塑料里的分子長(zhǎng)鏈像一根蔥，角質(zhì)酶則像一把小鍘刀，蔥放進(jìn)刀口，三下兩下就切段切末。日前，湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院省部共建生物催化與酶工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和湖北洪山實(shí)驗(yàn)室郭瑞庭教授團(tuán)隊(duì)發(fā)布最新研究成果，他們發(fā)現(xiàn)一種稱(chēng)為“角質(zhì)酶”的生物酶能高效降解農(nóng)用地膜、超市購(gòu)物袋、飯盒等PBAT塑料垃圾。
“PBAT是一種由己二酸、丁二醇和對(duì)苯二甲酸縮聚而成的新一代塑料。這種塑料自然降解過(guò)程一般長(zhǎng)達(dá)數(shù)月之久，而且光照反應(yīng)還會(huì)生成有害物質(zhì)，但通過(guò)角質(zhì)酶來(lái)降解，只需要48小時(shí)，且不會(huì)生成任何新的物質(zhì)?！?月26日，長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)記者采訪(fǎng)了該論文的共同第一作者、湖北大學(xué)楊鈺副教授，他介紹說(shuō)。
將一塊1厘米×1厘米的塑料地膜放入盛滿(mǎn)角質(zhì)酶液體的玻璃量杯中，4小時(shí)后，整塊塑料膜就變成幾份大碎片，邊緣也參差不齊；12小時(shí)后，塑料膜如絮狀，液體如蛋花湯；48小時(shí)，液體重新澄清，塑料膜完全不見(jiàn)。楊鈺指著論文中塑料消失的演示圖片表示，PBAT具有規(guī)則的晶體分子結(jié)構(gòu)，鏈條很長(zhǎng)，聚合物纖維排列非常緊密，是一塊難啃的“骨頭”，而角質(zhì)酶兩天就干了大自然半年的事兒，其高效就高效在切得準(zhǔn)，“刀口”齊。
楊鈺彎曲了一只手掌，折疊的形狀像一把小鍘刀，就是角質(zhì)酶的模樣。“PBAT分子鏈條嵌入刀口，咔嚓，長(zhǎng)鏈條被切成碎片。”楊鈺形容這個(gè)過(guò)程為“切蔥”，角質(zhì)酶很“聰明”，專(zhuān)挑分子鏈條里的苯環(huán)下刀，切下的碎片非常整齊，“可謂刀法精湛，每段都留下蔥白?！?/span>
角質(zhì)酶（TfCut）是大自然中廣泛存在的一種水解酶，專(zhuān)門(mén)降解生物的角質(zhì)蛋白。“比如西紅柿的表面就有一層像蠟的角質(zhì)，防止蟲(chóng)子的叮咬，而角質(zhì)酶能消化這層角質(zhì)?！睏钼曊f(shuō)。此前已有團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)角質(zhì)酶能降解PET塑料，但不太清楚其中的機(jī)制。郭瑞庭教授團(tuán)隊(duì)的研究則將角質(zhì)酶首次應(yīng)用到了PBAT塑料上，并且成功解析了其是怎樣工作的?！爸爸恢赖蹲忧惺[，但怎么切、切成了什么都不太清楚，這次我們做了功能還原、機(jī)制溯源，歷史搞清楚了，背景也弄明白了?！?/span>
PBAT、PET是塑料的不同種類(lèi)，簡(jiǎn)單說(shuō)，礦泉水瓶一般用的是PET，超市里摸起來(lái)軟軟的、皮膚感的可降解塑料袋用的就是PBAT。目前，因其優(yōu)良的延展性、熱穩(wěn)定性和可塑性，PBAT廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)（農(nóng)用地膜）、紡織業(yè)以及食品包裝等領(lǐng)域，但其廢棄物的大量積累也造成白色污染，給環(huán)境帶來(lái)巨大壓力。
生物酶法綠色降解塑料是塑料治污的最佳方案之一，郭瑞庭團(tuán)隊(duì)通過(guò)大規(guī)模篩選，終于鎖定角質(zhì)酶。野生角質(zhì)酶活性區(qū)入口處較為突出，影響了塑料分子鏈條的嵌入，他們又利用結(jié)構(gòu)生物學(xué)和酶學(xué)等技術(shù)給野生角質(zhì)酶“揭蓋”，將其改造成開(kāi)放結(jié)構(gòu)（TfCut-DM），入口處較為平坦，塑料分子鏈條嵌入就嚴(yán)絲合縫。
PBAT降解過(guò)程中，產(chǎn)成BTa、ABTa和TaBTa三種中間物，最終生成對(duì)苯二甲酸（TPA）。而提取自石油的對(duì)苯二甲酸正是制備PBAT塑料的重要原料，也就是說(shuō)，角質(zhì)酶降解PBAT，將產(chǎn)物變?yōu)樵?，?shí)現(xiàn)了對(duì)苯二甲酸的再利用?！敖琴|(zhì)酶將PBAT降解還原成TPA粉末，再拿去做塑料，是將塑料垃圾還原成塑料原料的循環(huán)過(guò)程，不會(huì)產(chǎn)生有害有毒物質(zhì)，也沒(méi)有生成新的東西，是一個(gè)純粹的可持續(xù)循環(huán)利用的過(guò)程。如果僅靠自然降解，生成的單體會(huì)慢慢揮發(fā)到周?chē)h(huán)境中去。對(duì)苯二甲酸釋放到自然界里去，還是有毒性的?！?/span>
大自然中存在著數(shù)不盡的酶，雖然沒(méi)有專(zhuān)門(mén)為降解塑料而生的酶，畢竟塑料的誕生也不過(guò)百年，但酶無(wú)窮變異的可能性，讓它們其中一部分有了降解塑料的能力，楊鈺憧憬說(shuō)，如果設(shè)立一個(gè)酶降解工廠(chǎng)，將塑料垃圾集中降解，產(chǎn)生的物質(zhì)再回收利用，那么它不僅是環(huán)保的降解工廠(chǎng)，還是垃圾處理廠(chǎng)、再生資源利用廠(chǎng)。
一種奇怪的蛋白質(zhì)酶，只要碰到塑料，就被吸引過(guò)去，忍不住把塑料切吧切吧剁了，酶的內(nèi)生動(dòng)力正是大自然的奇妙之處。角質(zhì)酶為人類(lèi)解決塑料污染提供了一條行之有效的途徑，而了解它為什么降解、如何降解，郭瑞庭教授團(tuán)隊(duì)花了五年以上的時(shí)間?！叭祟?lèi)目前認(rèn)識(shí)的酶，不過(guò)僅占世界上酶的很小一部分，大自然中還有各種各樣的酶，我們既不認(rèn)識(shí)它們，也不清楚它們的功能作用，這鼓勵(lì)我們永不止歇地探索?！睏钼曊f(shuō)。
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