聚3-羟基丙酸及其共聚物的生物合成

3-羟基丙酸是重要的平台化合物,其聚合物是一种性能优异的新型可生物降解塑料,而且3-羟基丙酸与其他羟基脂肪酸形成共聚物时,可提高材料的延展性和生物降解能力.由于已知的生物都不能天然合成聚3-羟基丙酸,所以早期研究中聚3-羟基丙酸及含3-羟基丙酸单体的共聚物的生物合成都依赖于3-羟基丙酸或其结构相关前体,如丙烯酸、1,3-丙二醇等.这些价格昂贵的前体物质的使用,增加了聚3-羟基丙酸的生产成本.近年来,随着基因工程技术的应用,已有两条人工代谢途径可利用廉价碳源(如葡萄糖、甘油等)合成聚3-羟基丙酸,而且结构和单体比例可控的系列3-羟基丙酸共聚物也已成功合成.与使用结构相关前体相比,聚3-羟基丙酸及其共聚物的生产成本已大大降低,但仍然高于石化基塑料.目前,聚3-羟基丙酸合成研究的主要问题是如何进一步提高聚3-羟基丙酸及其共聚物的合成效率,降低生产成本.

以甘油为底物利用重组大肠杆菌生产聚3-羟基丙酸

【目的】解决前期研究中所构建的以甘油为底物合成聚3-羟基丙酸(P3HP)的代谢途径中存在两个主要的问题——细胞内还原力不平衡和质粒丢失,以提高P3HP的产量。【方法】克隆来源于肺炎克雷伯氏菌的1,3-丙二醇(1,3-PDO)氧化还原酶基因,构建P3HP和1,3-PDO联产的菌株,解决细胞内还原力不平衡的问题。利用自杀性载体系统介导的同源重组技术,将甘油脱水酶及其激活因子的基因整合到大肠杆菌基因组中,提高质粒的稳定性。同时,对发酵条件进行优化。【结果】菌种改造和发酵条件优化显著提高了P3HP产量,在摇瓶条件下到达2.7 g/L,比以前的报道提高2倍,并可同时得到2.4 g/L 1,3-PDO。【结论】该重组大肠杆菌合成P3HP的产量得到提高,具有较好的工业化生产前景。

重组大肠杆菌转化甘油合成聚3-羟基丙酸-co-乳酸

聚羟基脂肪酸酯作为性质优良的生物塑料,引起了广泛的关注。由于聚羟基脂肪酸合成酶PhaC特异性较强,难以通过生物合成方法获得含乳酸单体聚合物。为了实现乳酸的聚合,PhaC的筛选至关重要。以甘油为底物,通过引入Klebsiella pneumoniae的甘油脱水酶DhaB123及其激活因子GdrAB以及Salmonella typhimurium LT2的丙醛脱氢酶基因PduP,获得3-羟基丙酰辅酶A;通过引入Megasphaera elsdenii DSM 20460的丙酰辅酶A转移酶PCT,获得乳酰辅酶A;并对3种不同聚羟基脂肪酸合成酶的作用进行考察。在Pseudomonas putida的原始酶PhaC1或者PhaC2的作用下,不能实现乳酸的聚合;而在双位点突变（Ser325Thr和Gln481Lys）的PhaC1（STQK）存在条件下,重组菌可以利用甘油合成聚3-羟基丙酸-co-乳酸。经过对溶氧、有机氮源等发酵条件的优化,聚3-羟基丙酸-co-乳酸的产量可以达到0.22g/L,占细胞干重的3.2%,是含乳酸单体聚合物生物合成研究的一次有益尝试。

生物合成聚3-羟基丙酸酯的研究进展

聚3-羟基丙酸酯(P3HP)作为聚羟基脂肪酸酯家族(PHAs)中的新型热塑性塑料,具有生物降解性和生物相容性等优点。目前,未见野生微生物可以合成P3HP的报道,生产途径主要为化学法和生物法。其中,通过化学法或添加3-HP单体及其结构类似物作为前体的P3HP合成效率低、成本高且不具环保性;而通过构建和改造工程菌的生物代谢途径,能够利用廉价、可再生的碳源,已经逐渐成为研究热点。文中综述了国内外P3HP生物合成研究进展,并对甘油途径、丙二酸单酰辅酶A(Malonyl-Co A)途径和β-丙氨酸途径等合成方法进行了优缺点分析,为生物合成P3HP的深入研究奠定理论基础。

重组肺炎克雷伯氏菌转化甘油为聚3-羟基丙酸

聚3-羟基丙酸[Poly(3-hydroxypropionate),P3HP]是一种生物可降解及生物相容的新型聚羟基脂肪酸酯。目前已鉴定的生物均不能天然合成P3HP。采用PCR克隆鼠伤寒沙门氏菌的丙醛脱氢酶(Pdu P)基因及罗尔斯通氏菌的聚羟基脂肪酸酯合成酶(Pha C)基因,构建共表达载体,转化肺炎克雷伯氏菌后获得两株重组菌。以甘油为唯一碳源进行摇瓶发酵,pdu P和pha C共用tac启动子的工程菌K.p(p ET-tac-pdu P-pha C)产生0.054 g/L的P3HP,而pdu P和pha C各自独用tac启动子的工程菌K.p(p ET-tac-pdu P-tac-pha C)产生0.091 g/L的P3HP。

磺酸功能化离子液体催化3-羟基丙酸甲酯酯交换聚合反应

以磺酸功能化咪唑离子液体为催化剂,以3-羟基丙酸甲酯为原料,采用自身酯交换法合成了具有生物可降解性能的聚羟基脂肪酸酯.系统考察了离子液体种类、反应温度以及聚合反应时间对反应性能的影响,同时采用红外、核磁、热分析等手段对产物进行表征.研究结果表明:阴离子为CF3SO-3的磺酸功能化离子液体在120℃的低温下催化聚合反应所得聚酯Mw可达10 159,收率82.1%;通过水洗方法可有效去除产物中的离子液体催化剂,从而避免催化剂污染产物.

3MP组分可控的共聚酯P(3MP-co-3HB)体外合成及产物性质分析

[目的]以3-巯基丙酸(3MP)作为第二组分,利用设计的单相反应体系实现共聚酯P(3MP-co-3HB)中3MP组分的可控合成,并分析3MP组分掺入对聚羟基丁酸酯(PHB)性质的影响。[方法]根据设计的P(3MP-co-3HB)体外合成途径,利用体外重组表达纯化的乙酰辅酶A合成酶(ACSPt)、CoA转移酶(PCT_(Cp))、PHA合酶(PhaCRe)作为催化剂,以不同摩尔比的(R)-3-羟基丁酸[(R)-3HB]和3MP作为底物,合成共聚物P(3MP-co-3HB)s。利用1H-NMR、GPC、DSC和TG等测试手段分析产物的结构与热性质。[结果]产物的1H-NMR结果表明,3MP∶3HB的摩尔比为0∶1、1∶3和1∶1时,分别合成PHB、P(55.4 mol%3MP-co-3HB)和P(70 mol%3MP-co-3HB),产量分别为2.00 g/L、0.72 g/L和0.26 g/L。产物的GPC结果表明,随着3MP摩尔组分的增加,共聚物的Mn由40.10 kDa增加至45.40 kDa,Mw由91.00 kDa增加至102.80 kDa,PDI在2.25~2.27范围。DSC、TG测试结果表明,P(55.4 mol%3MP-co-3HB)和P(70 mol%3MP-co-3HB)的Tm、Td分别为134.90℃、112.50℃和239.70℃、271.40℃。[结论]利用设计的OPRS可合成含高3MP摩尔比例的P(3MP-co-3HB)s,其3MP组分在0 mol%~70 mol%范围内可控。含有3MP组分的共聚酯能很好地改善PHB的加工性能。