超声辅助与分子改造加速角质酶LCC降解PET塑料的研究

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聚对苯二甲酸二乙酯(PET)是一种典型的线性热塑性树脂材料,被广泛用于制造纤维,薄膜和饮料瓶。然而,PET为人类带来生活便利的同时也对全球环境造成不利影响,因为其难被降解,造成了严重的白色污染。最近,学者们经分子改造获得了一个快速降解PET的耐热角质酶,本研究在大肠杆菌BL21(DE3)中重组表达了该角质酶,研究了其相关酶学性质,并使用物理手段(超声波辅助)和生物手段(分子改造)来促进LCC降解PET,主要的研究内容和结果如下:将合成的角质酶基因LCC克隆至载体p ET-26b(+),构建表达载体p ET-26b(+)-LCC,并将其转化至E.coli BL21(DE3),成功获得能够表达重组LCC的表达菌株E.coli BL21(DE3)-p ET-26b(+)-LCC。优化后的诱导条件为:在菌液OD600值为0.6-0.8时加入0.2 m M的诱导剂IPTG,在16℃诱导20 h,可以高效表达重组LCC。经Ni离子亲和层析纯化后,得到电泳纯的重组LCC,酶活约为320 U/mg。重组LCC的最适温度为65℃,最适p H为8.0。研究了超声功率和时间对重组LCC降解PET的影响,超声的最佳条件为25 W的超声功率条件下超声5 h,在降解反应24 h后,降解效率是未超声的1.21倍。通过傅里叶变换红外光谱分析重组LCC的二级结构发现,超声使得重组LCC的结构变得更加无序,重组LCC的性质也因此发生了相应的变化。通过扫描电子显微镜(SEM)这一表征手段证实了超声促进了重组LCC降解PET。成功获得能够表达融合蛋白LCC-CBM和LCC-PBM的重组工程菌E.coli BL21(DE3)-p ET-26b(+)-LCC-CBM和E.coli BL21(DE3)-p ET-26b(+)-LCC-PBM。研究了融合结合模块CBM、PBM对重组角质酶降解PET的影响,在降解24 h时,融合蛋白LCC-PBM对PET的降解效率是重组LCC的2.1倍,融合蛋白LCC-CBM对PET的降解效率是重组LCC的1.6倍。通过扫描电子显微镜(SEM)这一表征手段证实了融合结合模块促进了重组LCC降解PET。
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