{"id":175938,"date":"2026-04-22T07:35:00","date_gmt":"2026-04-22T05:35:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=175938"},"modified":"2026-04-16T13:54:07","modified_gmt":"2026-04-16T11:54:07","slug":"technischer-durchbruch-bei-enzymen-bietet-nachhaltige-losung-fur-das-recycling-von-polyurethan-kunststoffen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/technischer-durchbruch-bei-enzymen-bietet-nachhaltige-losung-fur-das-recycling-von-polyurethan-kunststoffen\/","title":{"rendered":"Technischer Durchbruch bei Enzymen bietet nachhaltige L\u00f6sung f\u00fcr das Recycling von Polyurethan-Kunststoffen"},"content":{"rendered":"\n\n\n

Ein Forscherteam hat einen bedeutenden Meilenstein im Bereich der Kunststoffabfallbewirtschaftung erreicht, indem es zum ersten Mal den katalytischen Mechanismus aufgekl\u00e4rt hat, durch den die Esterase Aes72 Urethanbindungen in Polyurethan (PU) hydrolysiert, und indem es das Enzym so konstruiert hat, dass seine katalytische Effizienz weiter verbessert wurde. Die Studie, die in der Fachzeitschrift\u00a0Engineering<\/em>\u00a0ver\u00f6ffentlicht wurde<\/a>, beschreibt die Strukturaufkl\u00e4rung und die Entwicklung einer vielseitigen Esterase, Aes72, die eine verbesserte F\u00e4higkeit zum Abbau von PU-Abf\u00e4llen auf Polyetherbasis aufweist. Dieser Fortschritt bietet eine vielversprechende, umweltfreundliche Alternative zu herk\u00f6mmlichen, energieintensiven Recyclingmethoden.<\/p>\n\n\n

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\"Mechanistische
Mechanistische Einblicke in die Hydrolyse von Urethanbindungen durch die Esterase Aes72 und Proteintechnik \u00a9 Jiawei Liu et al.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

PU ist das f\u00fcnftmeistproduzierte synthetische Polymer der Welt und wird j\u00e4hrlich in Millionen Tonnen hergestellt. Seine weit verbreitete Verwendung in Verbraucher- und Industrieprodukten hat zu erheblichen Herausforderungen in der Abfallwirtschaft gef\u00fchrt. Die derzeitigen Strategien f\u00fcr das Ende der Lebensdauer, wie mechanische Zerkleinerung oder chemisches Recycling, leiden oft unter einem hohen Energieverbrauch, der Entstehung unerw\u00fcnschter Nebenprodukte und strengen Anforderungen an die Rohstoffqualit\u00e4t. Daher ist die Entwicklung biokatalytischer Recyclingtechnologien, die unter milden Bedingungen ohne organische L\u00f6sungsmittel arbeiten, zu einer Priorit\u00e4t f\u00fcr Forscher geworden, die eine Kreislaufwirtschaft anstreben.<\/p>\n\n\n\n

Das Forscherteam, das von Experten der Nanjing Tech University, der Shandong University, des Tianjin Institute of Industrial Biotechnology und der Universit\u00e4t Greifswald geleitet wurde, konzentrierte sich auf die Esterase Aes72. W\u00e4hrend viele Enzyme polyesterartige Kunststoffe abbauen k\u00f6nnen, bleibt die Identifizierung von Katalysatoren, die die Urethanbindungen, die in verschiedenen PU-Abf\u00e4llen vorkommen, effektiv spalten k\u00f6nnen, eine gewaltige Herausforderung. Durch die Aufl\u00f6sung der ligandenfreien Kristallstruktur von Aes72 mit einer hohen Aufl\u00f6sung von 1,80 \u00c5 gewannen die Forscher entscheidende Erkenntnisse \u00fcber die Architektur des Enzyms.<\/p>\n\n\n\n

Mithilfe fortschrittlicher Multiskalen-Simulationen der Quantenmechanik\/Molekularmechanik (QM\/MM) kartierte das Team den katalytischen Mechanismus der Urethanbindungsspaltung. Sie identifizierten einen vierstufigen Reaktionsprozess, wobei sie den nukleophilen Angriff als den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt identifizierten. Ausgestattet mit diesem mechanistischen Verst\u00e4ndnis wandten die Wissenschaftler eine semi-rationale Designstrategie an, um die Bindungstasche des Enzyms zu ver\u00e4ndern.<\/p>\n\n\n\n

Die resultierende Doppelmutante, F276A\/L141I, zeigte eine bemerkenswerte zweifache Steigerung der katalytischen Wirksamkeit gegen\u00fcber dem Modellsubstrat Bis(4-hydroxybutyl) (methylenbis(4,1-phenylen)) dicarbamat (BMC) im Vergleich zum Wildtyp-Enzym. Dar\u00fcber hinaus zeigte die Variante eine deutlich verbesserte Abbaubarkeit von PU-Materialien auf Polyetherbasis. In Experimenten f\u00fchrte die ver\u00e4nderte Aes72-Variante zu einer ausgepr\u00e4gten Kettenspaltung und einem betr\u00e4chtlichen Gewichtsverlust in thermoplastischem Polyether-PU, was ihr Potenzial f\u00fcr die industrielle Anwendung best\u00e4tigt.<\/p>\n\n\n\n

Dieses Ergebnis liefert wesentliche mechanistische Erkenntnisse \u00fcber die Struktur-Funktions-Beziehung der promiskuitiven Esterase Aes72 beim PU-Abbau. Die Studie macht deutlich, dass der Abbau hochvernetzter duroplastischer PU-Schaumstoffe aufgrund ihrer komplexen Struktur eine Herausforderung bleibt. Die erfolgreiche Entwicklung von Aes72 bildet jedoch eine wichtige Grundlage f\u00fcr k\u00fcnftige Bem\u00fchungen. Durch die Kombination von Strukturbiologie und computergest\u00fctztem Design ebnet diese Forschung den Weg f\u00fcr wirkungsvollere, biobasierte Katalysatoren und bringt die wissenschaftliche Gemeinschaft dem Ziel eines nachhaltigen und effizienten Recyclings verschiedener Kunststoffabf\u00e4lle n\u00e4her.<\/p>\n\n\n\n

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Originalver\u00f6ffentlichung<\/h3>\n\n\n\n

Jiawei Liu, Mingna Zheng, Yuan Wen, Wei Xia, Xu Han, Jie Zhou, Weidong Liu, Ren Wei, Yanwei Li, Weiliang Dong, Min Jiang; “Structural Elucidation and Mechanisms-Guided Engineering of a Promiscuous Esterase for Enhanced Polyurethane Depolymerization<\/a>“; Engineering, Volume 58<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

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