Полигидроксибутират

Полигидроксибутират ( ПГБ ) представляет собой полигидроксиалканоат (ПНА), полимер, принадлежащий к классу полиэфиров , которые представляют интерес как биопроизводные и биоразлагаемые пластики . ^{[ 1 ]} Поли-3-гидроксибутиратная (P3HB) форма ПОБ, вероятно, является наиболее распространенным типом полигидроксиалканоата, но другие полимеры этого класса продуцируются различными организмами: к ним относятся поли-4-гидроксибутират (P4HB), полигидроксивалерат (PHV) , полигидроксигексаноат (ПХГ), полигидроксиоктаноат (ПО) и их сополимеры .

Биосинтез

ПОБ продуцируется микроорганизмами (такими как Cupriavidus necator , Mmethylobacterium rhodesianum или Bacillus megaterium ), по-видимому, в ответ на условия физиологического стресса; ^{[ 2 ]} в основном условия, в которых питательные вещества ограничены. Полимер в первую очередь является продуктом ассимиляции углерода (из глюкозы или крахмала ) и используется микроорганизмами в качестве молекулы, запасающей энергию, которая метаболизируется, когда другие распространенные источники энергии недоступны. ^{[ нужна ссылка ]}

Микробный биосинтез ПОБ начинается с конденсации двух молекул ацетил-КоА с образованием ацетоацетил-КоА, который впоследствии восстанавливается до гидроксибутирил-КоА. Это последнее соединение затем используется в качестве мономера для полимеризации ПОБ. ^{[ 3 ]} Гранулы PHA затем восстанавливаются путем разрушения клеток. ^{[ 4 ]}

Структура поли-( R )-3-гидроксибутирата (P3HB), **полигидроксиалканоата.**

Химическая структура P3HB, PHV и их сополимера PHBV.

Термопластичный полимер

Большинство коммерческих пластмасс представляют собой синтетические полимеры, полученные из нефтехимических продуктов . Они имеют тенденцию сопротивляться биоразложению . Пластмассы, полученные из ПОБ, привлекательны тем, что они биоразлагаемы , являются биоразлагаемыми, производятся из возобновляемых источников энергии.

Компания ICI разработала этот материал для стадии пилотного производства в 1980-х годах, но интерес угас, когда стало ясно, что стоимость материала слишком высока, а его свойства не могут сравниться со свойствами полипропилена . Некоторые флаконы были изготовлены для серии шампуней Wella Sanara; пример использования торговой марки «Биопол» находится в коллекции Музея науки Лондоне в .

В 1996 году компания Monsanto (которая продавала ПГБ как сополимер с ПГВ) выкупила все патенты на производство полимера у ICI/Zeneca, включая торговую марку «Биопол» [1] . Однако права Monsanto на Biopol были проданы американской компании Metabolix в 2001 году, а ферментеры Monsanto, производящие ПГБ из бактерий, были закрыты в начале 2004 года. Монсанто начала концентрироваться на производстве ПГБ из растений, а не из бактерий. ^{[ 5 ]} Но теперь, когда средства массовой информации уделяют так много внимания ГМ-культурам, новостей о планах Монсанто в отношении PHB мало. ^{[ 6 ]}

Биопол в настоящее время используется в медицинской промышленности для наложения внутренних швов . Он нетоксичен и биоразлагаем, поэтому после восстановления его не нужно удалять. ^{[ 7 ]}

TephaFLEX — это поли-4-гидроксибутират бактериального происхождения, производимый с использованием процесса рекомбинантной ферментации компанией Tepha Medical Devices и предназначенный для различных медицинских применений, требующих биоразлагаемых материалов, таких как рассасывающиеся шовные материалы . ^{[ 8 ]}

Характеристики

Нерастворим в воде и относительно устойчив к гидролитическому разложению. Это отличает ПОБ от большинства других доступных в настоящее время биоразлагаемых пластиков , которые либо водорастворимы, либо чувствительны к влаге.
Хорошая кислородопроницаемость.
Хорошая устойчивость к ультрафиолету, но плохая устойчивость к кислотам и щелочам.
Растворим в хлороформе и других хлорированных углеводородах. ^{[ 9 ]}
Биосовместим и, следовательно, пригоден для медицинского применения.
Температура плавления 175°С, температура стеклования 2°С.
Прочность на разрыв 40 МПа , близка к полипропилену.
Тонет в воде (в то время как полипропилен плавает), способствуя его анаэробному биоразложению в осадках.
Нетоксичный.
Менее липкий при плавлении.

История

Полигидроксибутират был впервые выделен и охарактеризован в 1925 году французским микробиологом Морисом Лемуаном . ^{[ 10 ]}

Биодеградация

Фирмикуты и протеобактерии могут разлагать ПОБ. Виды Bacillus , Pseudomonas и Streptomyces могут разлагать ПОБ. Pseudomonas lemoigne , Comamonas sp. Acidovorax faecalis , Aspergillus fumigatus и Variovorax paradoxus — почвенные микробы, способные к разложению. Alcaligenes faecalis , Pseudomonas и Illyobacter delafieldi получают из анаэробного ила. Comamonas testosteroni и Pseudomonas stutzeri были получены из морской воды. Лишь немногие из них способны разлагаться при более высоких температурах; особенно за исключением термофильных Streptomyces sp. и термофильный штамм Aspergillus sp. ^{[ 11 ]}

Ссылки

^ Лихтенталер, Фридер В. (2010). «Углеводы как органическое сырье». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.n05_n07 . ISBN 978-3-527-30673-2 .
^ Акерманн, Йорг-уве; Мюллер, Сюзанна; Лёше, Андреас; Блей, Томас; Бабель, Вольфганг (1995). «Клетки Mmethylobacterium rhodesianum имеют тенденцию удваивать содержание ДНК в условиях ограничений роста и накапливать PHB». Журнал биотехнологии . 39 (1): 9–20. дои : 10.1016/0168-1656(94)00138-3 .
^ Штайнбюхель, Александр (2002). Биополимеры, 10 томов с указателем . Вайли-ВЧ . ISBN 978-3-527-30290-1 . ^{[ нужна страница ]}
^ Жакель, Николя; Ло, Чи-Вэй; Вэй, Ю-Хонг; Ву, Хо-Шинг; Ван, Шоу С. (2008). «Выделение и очистка бактериальных поли(3-гидроксиалканоатов)». Биохимический инженерный журнал . 39 (1): 15–27. Бибкод : 2008BioEJ..39...15J . дои : 10.1016/j.bej.2007.11.029 .
^ Пуарье, Ив; Сомервилл, Крис; Шехтман, Ли А.; Сатковски, Майкл М.; Нода, Исао (1995). «Синтез высокомолекулярного поли([r]-(-)-3-гидроксибутирата) в трансгенных растительных клетках Arabidopsis thaliana». Международный журнал биологических макромолекул . 17 (1): 7–12. дои : 10.1016/0141-8130(95)93511-У . ПМИД 7772565 .
^ «Пластик, который можно есть» . Проверено 17 ноября 2005 г.
^ Каридураганавар, Махадеваппа Ю.; Киттур, Арджуманд А.; Камбл, Равиндра Р. (2014). «Синтез и переработка полимеров». Природные и синтетические биомедицинские полимеры . стр. 1–31. дои : 10.1016/B978-0-12-396983-5.00001-6 . ISBN 9780123969835 .
^ Обзор технологий медицинского оборудования Tepha
^ Жакель, Николя; Ло, Чи-Вэй; Ву, Хо-Шинг; Вэй, Ю-Хонг; Ван, Шоу С. (2007). «Растворимость полигидроксиалканоатов экспериментально и термодинамические корреляции» . Журнал Айше . 53 (10): 2704–14. Бибкод : 2007AIChE..53.2704J . дои : 10.1002/aic.11274 . ИНИСТ 19110437 .
^ Лемуань, М. (1926). «Продукты дегидратации и полимеризации β-оксимасляной кислоты» [Продукт дегидратации и полимеризации β-оксимасляной кислоты]. Бык. Соц. Хим. Биол. (на французском языке). 8 : 770–82.
^ Токива, Ютака; Калабия, Бонавентура П.; Угву, Чарльз У.; Айба, Сейичи (2009). «Биоразлагаемость пластмасс ». Международный журнал молекулярных наук . 10 (9): 3722–42. дои : 10.3390/ijms10093722 . ПМК 2769161 . ПМИД 19865515 .

Внешние ссылки

Резюме награды для PHA

[1] Лихтенталер, Фридер В. (2010). «Углеводы как органическое сырье». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.n05_n07 . ISBN 978-3-527-30673-2 .

[AckermannMüller1995-2] Акерманн, Йорг-уве; Мюллер, Сюзанна; Лёше, Андреас; Блей, Томас; Бабель, Вольфганг (1995). «Клетки Mmethylobacterium rhodesianum имеют тенденцию удваивать содержание ДНК в условиях ограничений роста и накапливать PHB». Журнал биотехнологии . 39 (1): 9–20. дои : 10.1016/0168-1656(94)00138-3 .

[Biopolymers-3] Штайнбюхель, Александр (2002). Биополимеры, 10 томов с указателем . Вайли-ВЧ . ISBN 978-3-527-30290-1 . ^{[ нужна страница ]}

[4] Жакель, Николя; Ло, Чи-Вэй; Вэй, Ю-Хонг; Ву, Хо-Шинг; Ван, Шоу С. (2008). «Выделение и очистка бактериальных поли(3-гидроксиалканоатов)». Биохимический инженерный журнал . 39 (1): 15–27. Бибкод : 2008BioEJ..39...15J . дои : 10.1016/j.bej.2007.11.029 .

[Poirier-5] Пуарье, Ив; Сомервилл, Крис; Шехтман, Ли А.; Сатковски, Майкл М.; Нода, Исао (1995). «Синтез высокомолекулярного поли([r]-(-)-3-гидроксибутирата) в трансгенных растительных клетках Arabidopsis thaliana». Международный журнал биологических макромолекул . 17 (1): 7–12. дои : 10.1016/0141-8130(95)93511-У . ПМИД 7772565 .

[CouldEat-6] «Пластик, который можно есть» . Проверено 17 ноября 2005 г.

[7] Каридураганавар, Махадеваппа Ю.; Киттур, Арджуманд А.; Камбл, Равиндра Р. (2014). «Синтез и переработка полимеров». Природные и синтетические биомедицинские полимеры . стр. 1–31. дои : 10.1016/B978-0-12-396983-5.00001-6 . ISBN 9780123969835 .

[8] Обзор технологий медицинского оборудования Tepha

[9] Жакель, Николя; Ло, Чи-Вэй; Ву, Хо-Шинг; Вэй, Ю-Хонг; Ван, Шоу С. (2007). «Растворимость полигидроксиалканоатов экспериментально и термодинамические корреляции» . Журнал Айше . 53 (10): 2704–14. Бибкод : 2007AIChE..53.2704J . дои : 10.1002/aic.11274 . ИНИСТ 19110437 .

[10] Лемуань, М. (1926). «Продукты дегидратации и полимеризации β-оксимасляной кислоты» [Продукт дегидратации и полимеризации β-оксимасляной кислоты]. Бык. Соц. Хим. Биол. (на французском языке). 8 : 770–82.

[11] Токива, Ютака; Калабия, Бонавентура П.; Угву, Чарльз У.; Айба, Сейичи (2009). «Биоразлагаемость пластмасс ». Международный журнал молекулярных наук . 10 (9): 3722–42. дои : 10.3390/ijms10093722 . ПМК 2769161 . ПМИД 19865515 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]