研究背景
肉类加工、皮革鞣制、明胶生产以及医药和化妆品等行业的工业废水中，常常含有复杂的糖胺聚糖，如硫酸软骨素。这些化合物通常难以被常规微生物降解，从而导致废水中化学需氧量COD和生化需氧量BOD长期维持在较高水平。这不仅降低了生物处理效率，还延长了处理周期并增加了资源消耗，最终限制了废水处理过程的经济性与可持续性。
传统的肉类加工废水处理方法，如生物法和化学法，长期以来一直是工业中的主要处理手段。然而，这些传统方法往往存在处理效率低、时间长等问题。而软骨素裂解酶（Chase）作为一种高选择性酶，能够为复杂废弃物的处理提供更有效的解决方案。Chase 能够特异性地水解硫酸软骨素中的糖苷键，将复杂的糖胺聚糖分解为小分子的寡糖或单糖，从而显著降低废水中的 COD 和 BOD。此外，Chase 在温和条件下即可发挥活性，相比于传统的强氧化或化学处理方式，更加环保且节能。这种酶促降解方式不仅能够高效分解肉类加工副产物（如骨性副产物）中的有机物，还避免了化学处理过程中可能带来的环境负担。通过减少化学试剂的使用，Chase 不仅提高了废物的可生物降解性，还降低了处理成本并提升了处理效率，从而有助于实现更具经济性与可持续性的废水治理方案。
尽管 Chase 在复杂糖胺聚糖废弃物处理方面展现出巨大潜力，但其实际应用仍面临若干关键挑战。目前商业化的 Chase在实际应用中存在诸多问题。首先，作为一种内切型酶，其难以精确控制最终产物的大小和组成，影响了在特定应用场景中产品的质量与效果，尤其在需要严格控制寡糖或生物活性产物结构时更为明显。其次，这些商业化酶的催化活性不足，导致其在大规模生产中效率偏低。此外，其底物特异性较差，也限制了其在不同工业过程中的应用。因此，亟需探索并开发具有更高催化性能、特异性和产率的新型软骨素裂解酶，以克服现有酶在催化性能和实用性方面的局限。
为了解决这些问题，本研究旨在筛选并表征一种具有高催化效率、底物特异性和产物控制能力的新型软骨素裂解酶。通过初步筛选，从Pseudarthrobacter sp. PL-410 中分离获得了一种高活性酶Ps_Chase。本研究系统性地探讨了Ps_Chase的酶学性质、降解动力学、底物选择性及其结构–功能关系，并结合分子模拟与 QM/MM 计算阐明其催化机制。同时，在 0.5–3 L 控制体系中验证了该酶的实验性能。总体而言，本研究揭示了Ps_Chase的催化特性与作用机理，为其在糖胺聚糖降解及环境友好型应用中的潜在价值奠定了基础。
肉类加工、皮革鞣制、明胶生产以及医药和化妆品等行业的工业废水中，常常含有复杂的糖胺聚糖，如硫酸软骨素。这些化合物通常难以被常规微生物降解，从而导致废水中化学需氧量COD和生化需氧量BOD长期维持在较高水平。这不仅降低了生物处理效率，还延长了处理周期并增加了资源消耗，最终限制了废水处理过程的经济性与可持续性。
传统的肉类加工废水处理方法，如生物法和化学法，长期以来一直是工业中的主要处理手段。然而，这些传统方法往往存在处理效率低、时间长等问题。而软骨素裂解酶（Chase）作为一种高选择性酶，能够为复杂废弃物的处理提供更有效的解决方案。Chase 能够特异性地水解硫酸软骨素中的糖苷键，将复杂的糖胺聚糖分解为小分子的寡糖或单糖，从而显著降低废水中的 COD 和 BOD。此外，Chase 在温和条件下即可发挥活性，相比于传统的强氧化或化学处理方式，更加环保且节能。这种酶促降解方式不仅能够高效分解肉类加工副产物（如骨性副产物）中的有机物，还避免了化学处理过程中可能带来的环境负担。通过减少化学试剂的使用，Chase 不仅提高了废物的可生物降解性，还降低了处理成本并提升了处理效率，从而有助于实现更具经济性与可持续性的废水治理方案。
尽管 Chase 在复杂糖胺聚糖废弃物处理方面展现出巨大潜力，但其实际应用仍面临若干关键挑战。目前商业化的 Chase在实际应用中存在诸多问题。首先，作为一种内切型酶，其难以精确控制最终产物的大小和组成，影响了在特定应用场景中产品的质量与效果，尤其在需要严格控制寡糖或生物活性产物结构时更为明显。其次，这些商业化酶的催化活性不足，导致其在大规模生产中效率偏低。此外，其底物特异性较差，也限制了其在不同工业过程中的应用。因此，亟需探索并开发具有更高催化性能、特异性和产率的新型软骨素裂解酶，以克服现有酶在催化性能和实用性方面的局限。
为了解决这些问题，本研究旨在筛选并表征一种具有高催化效率、底物特异性和产物控制能力的新型软骨素裂解酶。通过初步筛选，从Pseudarthrobacter sp. PL-410 中分离获得了一种高活性酶Ps_Chase。本研究系统性地探讨了Ps_Chase的酶学性质、降解动力学、底物选择性及其结构–功能关系，并结合分子模拟与 QM/MM 计算阐明其催化机制。同时，在 0.5–3 L 控制体系中验证了该酶的实验性能。总体而言，本研究揭示了Ps_Chase的催化特性与作用机理，为其在糖胺聚糖降解及环境友好型应用中的潜在价值奠定了基础。
结论与展望
本研究从Pseudarthrobacter sp. PL-410 中发现并鉴定出一种新型软骨素裂解酶Ps_Chase，具有高催化活性、优异的热稳定性和底物特异性，可在短时间内高效降解硫酸软骨素并显著降低废水中 BOD 和 COD 含量。分子模拟与 QM/MM 结果揭示 Tyr280、Arg334、His271 等残基通过双质子转移介导β-消除反应，是其高效催化的关键机制。Ps_Chase的发现不仅为糖胺聚糖废水的绿色酶促降解提供了高效生物催化剂，也为肉类加工副产物的资源化利用开辟了新途径；未来可通过酶工程改造、固定化应用及副产物高值化研究进一步推动其工业化与环境可持续应用。图文赏析
本研究从Pseudarthrobacter sp. PL-410 中发现并鉴定出一种新型软骨素裂解酶Ps_Chase，具有高催化活性、优异的热稳定性和底物特异性，可在短时间内高效降解硫酸软骨素并显著降低废水中 BOD 和 COD 含量。分子模拟与 QM/MM 结果揭示 Tyr280、Arg334、His271 等残基通过双质子转移介导β-消除反应，是其高效催化的关键机制。Ps_Chase的发现不仅为糖胺聚糖废水的绿色酶促降解提供了高效生物催化剂，也为肉类加工副产物的资源化利用开辟了新途径；未来可通过酶工程改造、固定化应用及副产物高值化研究进一步推动其工业化与环境可持续应用。图文赏析
