Sự tồn tại, chuyển hóa, vai trò chuyển hóa và ứng dụng công nghiệp của polyhydroxyalkanoates (PHA) vi khuẩn

Polyhydroxyalkanoates (PHA), trong đó polyhydroxybutyrate (PHB) là dạng phổ biến nhất, là các vật liệu dự trữ carbon và năng lượng của vi khuẩn với sự xuất hiện rộng rãi. Chúng được cấu thành từ các đơn nguyên monomer axit 3-hydroxy và tồn tại dưới dạng một số lượng nhỏ hạt trong tế bào. Các tính chất của polymer đồng đẳng C4 PHB như một thermoplastic phân hủy sinh học lần đầu tiên thu hút sự quan tâm của ngành công nghiệp hơn 20 năm trước. Các copolymer của các đơn nguyên C4 (3-hydroxybutyrate [3HB]) và C5 (3-hydroxyvalerate [3HV]) đã được điều chỉnh với các tính chất vật lý khác; ví dụ, nhựa này ít giòn hơn so với PHB, trong khi các PHA chứa các monomer từ C8 đến C12 hoạt động như elastomers. Gia đình vật liệu này đang thu hút sự quan tâm thương mại đáng kể, và các copolymer 3HB-co-3HV đã được ICI plc tiếp thị dưới tên Biopol. Các polymer đã biết tồn tại dưới dạng xoắn ốc 2(1) với độ lặp sợi giảm từ 0.596 nm cho PHB xuống khoảng 0.45 nm cho các polymer C8 đến C10. Các copolymer mới mẻ với xương sống là 3HB và 4HB đã được thu được. Các hạt tự nhiên chứa polymer không tinh thể, và nước có thể đóng vai trò như một chất làm dẻo. Mặc dù quá trình tổng hợp sinh học và điều hòa PHB thường được hiểu rõ, thông tin tương ứng cho quá trình tổng hợp PHA chuỗi dài từ alkanes, alcohols và axit hữu cơ vẫn còn chưa đầy đủ. Các cơ chế chính xác của các enzyme polymer hóa và phân giải polymer cũng còn chưa được thiết lập. Các gen cấu trúc cho ba enzyme chính trong quá trình tổng hợp PHB từ acetyl coenzyme A trong Alcaligenes eutrophus đã được nhân bản, giải mã và biểu hiện trong Escherichia coli. Trọng lượng phân tử polymer dường như phụ thuộc vào loài. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự lựa chọn thương mại của sinh vật, cơ chất và quy trình tách chiết được thảo luận. Các chức năng sinh lý của PHB như một vật liệu dự trữ và trong việc cố định nitơ cộng sinh cũng như sự hiện diện của nó trong màng plasma của vi khuẩn và vai trò tiềm năng trong khả năng chuyển đổi và tín hiệu canxi cũng được xem xét.