产红青霉菌对脲醛树脂的降解机制

作     者：郭仕伟 向阳 仝迎芳 刘亚青 郭建峰 白玉洁 高焕 秦旭巍 王芳 Guo Shiwei;Xiang Yang;Tong Yingfang;Liu Yaqing;Guo Jianfeng;Bai Yujie;Gao Huan;Qin Xuwei;Wang Fang

作者机构：中北大学化学与化工学院山西太原030051 纳米功能复合材料山西省重点实验室山西太原030051 山西省高分子复合材料工程技术研究中心山西太原030051 

出 版 物：《山西农业大学学报（自然科学版）》 (Journal of Shanxi Agricultural University(Natural Science Edition))

年 卷 期：2024年第44卷第3期

页      面：99-107页

学科分类：0710[理学-生物学] 1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 100705[医学-微生物与生化药学] 07[理学] 09[农学] 071005[理学-微生物学] 10[医学] 

基　　金：中央引导地方科技发展资金项目(YDZJSX2021B007) 山西省重点研发计划项目(202302040201007) 纳米功能复合材料山西省重点实验室开放基金(NFCM202003) 山西省农业农村领域“六新”项目 山西省高分子缓控释肥料重点研发中心 

主　　题：脲醛树脂 P.rubens 23229 脲醛降解酶 生物降解 

摘      要：[目的]每年有30多万吨脲醛用做树脂、粘合剂和绝缘材料,由于其降解持久性,此类物质废弃后对环境造成广泛的损害。本研究以产红青霉菌(Penicillium rubens 23229)为对象,研究其对脲醛树脂(UF)的降解过程和降解酶的性质。[方法]用X-射线衍射(XRD)和失重率评价*** 23229及其酶的降解能力,通过液相-质谱联用(LC-MS)分析降解过程中间代谢产物,应用凝胶色谱柱对降解酶进行纯化。[结果]*** 23229作用于UF,30 d后,材料失重率(降解率)为35%,结晶度由26.21%提升至29.44%,经计算得出,降解的35%包括UF结晶区7%,非结晶区28%;从菌种和脲醛共培养液中得到*** 23229脲醛降解粗酶液,其最适作用温度为50℃,最适pH为4.0,LC-MS结果表明该粗酶液在降解过程中,首先将高分子UF主链降解,形成四甲基五脲、三甲基四脲等短链中间代谢物,然后进一步分解中间代谢产物为二氧化碳以及甲醛等终产物,降解作用位点包括脲醛主链中亚甲基与尿素间的C-N、酰胺键等。进一步对比了*** 23229粗酶液与商业脲酶、蛋白酶对UF的降解能力,发现蛋白酶几乎无降解效果,脲酶有一定降解能力,但显著低于*** 23229粗酶液。粗酶经纯化后降解效率提高28倍,凝胶渗透色谱(GPC)显示出分子量为6.89 kD和220.83 kD的2个峰,对应前面降解过程分析,说明降解过程包含主链降解酶和中间代谢物降解酶至少2种酶的复合体系共同发挥作用。[结论]*** 23229脲醛降解酶由主链降解酶和中间代谢物降解酶共同组成,其中包含脲酶作用类似的酶,但降解主链的酶与已有蛋白酶作用方式不同,其具体的组成与性质有待于进一步研究。本研究对UF的生物降解具有一定的参考价值。