人源谷胱甘肽S-转移酶mu 1介导硝化纤维素水解：反应机制与热分解行为的创新研究

针对废弃硝化纤维素(NC)处理中的安全与环境问题，南京工业大学团队创新性利用人源谷胱甘肽S-转移酶mu 1(GSTM1)实现NC生物催化脱硝。研究证实GSTM1能将NC氮含量从12.97%降至8.4%，通过酯基转化、分子量调控及热稳定性改变，为军事废弃物处理提供绿色解决方案。

　　

硝化纤维素(NC)作为火药主要成分，其废弃处理长期面临爆炸风险与环境污染的双重挑战。传统焚烧和填埋法不仅释放大量能量（硝酸酯键含能195.92 kJ·mol^?1
），还会产生腐蚀性烟雾。尽管化学水解（如NaOH、NH₂
NH₂
·H₂
O）能部分降解NC，但存在二次污染。微生物降解虽环保，但效率有限（氮含量仅降低0.9%）。南京工业大学团队另辟蹊径，首次将人源谷胱甘肽S-转移酶mu 1(GSTM1)应用于NC脱硝，相关成果发表于《International Biodeterioration》。

研究采用基因工程手段在E. coli BL21(DE3)中高效表达可溶性GSTM1，通过亲和层析纯化获得活性酶。结合元素分析、FTIR、GPC、SEM和TG-DSC等技术，系统评估了NC处理前后的理化性质变化，并采用Friedman模型分析热分解动力学。

材料与方法
研究选用军事来源NC（氮含量12.97%），通过pET28a(+)载体构建GSTM1重组菌株。酶反应条件优化采用单变量法，关键参数包括底物浓度（3.2 g·L^?1
）、酶剂量（1.0 g·L^?1
）和反应时间（8 h/37℃）。

表达与纯化
SDS-PAGE证实GSTM1以25-33 kDa可溶性形式表达（图1a），镍柱纯化后酶活达328.7 U·mg^?1
，为后续实验提供高纯度制剂。

NC脱硝机制
FTIR显示1720 cm^?1
处硝酸酯峰减弱，3400 cm^?1
羟基峰增强，证实GSTM1将-ONO₂
转化为-OH。GPC表明NC分子量从1.2×10⁵
Da降至8.3×10⁴
Da，分布指数由1.42增至1.87，提示酶解导致链断裂。

热稳定性改变
TG-DSC显示处理后的NC燃烧热降低，活化能(E_a
)从195.92降至168.47 kJ·mol^?1
，Friedman模型证实分解反应能垒下降，危险性显著降低。

结论与意义
该研究开创了GSTM1介导NC生物脱硝的新范式：

1. 实现温和条件下（37℃/常压）NC氮含量降低34.7%，优于微生物处理的9.2%
2. 首次阐明GSTM1通过"酯基水解-羟基再生-氢键重构"三步机制转化NC
3. 为多酶协同系统开发奠定基础，推动含能材料绿色回收技术发展

这项技术不仅解决了军事废弃物处置难题，更拓展了人源酶在环境修复中的应用边界，兼具学术创新性与工程应用价值。