A descoberta de uma enzima de engenharia oferece uma solução sustentável para a reciclagem de plásticos de poliuretano
Anúncios
Uma equipa de investigação alcançou um marco significativo no domínio da gestão de resíduos plásticos ao elucidar, pela primeira vez, o mecanismo catalítico através do qual a esterase Aes72 hidrolisa as ligações de uretano no poliuretano (PU) e ao desenvolver a enzima para melhorar ainda mais a sua eficiência catalítica. O estudo, publicado na revista Engineering, descreve em pormenor a elucidação estrutural e a engenharia de uma esterase promíscua, a Aes72, que demonstra uma maior capacidade de decomposição dos resíduos de PU à base de poliéter. Este avanço oferece uma alternativa promissora e amiga do ambiente aos métodos tradicionais de reciclagem, que consomem muita energia.
Percepções mecanísticas sobre a hidrólise de ligações uretano pela esterase Aes72 e engenharia de proteínas
Jiawei Liu et al.
O PU é o quinto polímero sintético mais produzido a nível mundial, com milhões de toneladas fabricadas anualmente. A sua utilização generalizada em produtos de consumo e industriais criou desafios significativos à gestão de resíduos. As actuais estratégias de fim de vida, tais como a trituração mecânica ou a reciclagem química, sofrem frequentemente de um elevado consumo de energia, da geração de subprodutos indesejados e de requisitos rigorosos de qualidade das matérias-primas. Consequentemente, o desenvolvimento de tecnologias de reciclagem biocatalítica - que funcionam em condições suaves sem solventes orgânicos - tornou-se uma prioridade para os investigadores que pretendem alcançar uma economia circular.
A equipa de investigação, liderada por especialistas da Universidade Tecnológica de Nanjing, da Universidade de Shandong, do Instituto de Biotecnologia Industrial de Tianjin e da Universidade de Greifswald, centrou-se na esterase Aes72. Embora muitas enzimas possam degradar plásticos do tipo poliéster, a identificação de catalisadores que possam efetivamente clivar as ligações de uretano encontradas em diversos resíduos de PU continua a ser um desafio formidável. Ao resolver a estrutura cristalina sem ligandos da Aes72 com uma resolução elevada de 1,80 Å, os investigadores obtiveram informações essenciais sobre a arquitetura da enzima.
Utilizando simulações avançadas de mecânica quântica/mecânica molecular (QM/MM) em várias escalas, a equipa mapeou o mecanismo catalítico da clivagem da ligação de uretano. Identificaram um processo de reação em quatro etapas, apontando o ataque nucleofílico como a etapa determinante da taxa. Munidos desta compreensão mecanicista, os cientistas utilizaram uma estratégia de conceção semirracional para criar a bolsa de ligação da enzima.
O mutante duplo resultante, F276A/L141I, apresentou um notável aumento de duas vezes na eficácia catalítica em relação ao substrato modelo bis(4-hidroxibutil) (metilenobis(4,1-fenileno)) dicarbamato (BMC) em comparação com a enzima de tipo selvagem. Além disso, a variante demonstrou um desempenho de degradação significativamente melhorado em materiais de PU à base de poliéter. Em experiências, a variante Aes72 modificada levou a uma cisão pronunciada da cadeia e a uma perda de peso substancial em poliéter-PU termoplástico, confirmando o seu potencial para aplicação industrial.
Esta descoberta fornece informações mecanísticas essenciais sobre a relação estrutura-função da esterase promíscua Aes72 na degradação de PU. Embora o estudo saliente que a degradação de espumas de PU termoendurecíveis altamente reticuladas continua a ser um desafio devido à sua estrutura complexa, a engenharia bem sucedida da Aes72 estabelece uma base vital para esforços futuros. Ao combinar a biologia estrutural com a conceção computacional, esta investigação abre caminho a catalisadores mais potentes e de base biológica, aproximando a comunidade científica da obtenção de uma reciclagem sustentável e eficiente de diversos resíduos plásticos.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Anúncios
Outras notícias do departamento ciência
