UNIVERZITET U SARAJEVU
PRIRODNO – MATEMATIČKI FAKULTET
ODSJEK ZA HEMIJU – OPĆI SMJER
ENZIMATSKA RAZGRADNJA MATERIJALA
NA BAZI POLIHIDROKSIALKANOATA
SEMINARSKI RAD
Mentor: Prof. dr. Ismet Tahirović
Student: Sara Hodžić
Sarajevo, januar 2017.
4
stavlja se na hranljivu podlogu sa visokim udjelom nutrijenata uključujući ugljikohidrate,
mineralne tvari, peptone i lipide. Nakon što brzina rasta bakterijske kulture dostigne
konstantnu fazu, stimulira se sinteza PHA, pri čemu oni mogu činiti i do 80% bakterijske
mase (slika 2). Nakon sinteze polimeri se pohranjuju u krupne granule u ćeliji. Ti polimeri su
raznoliki, pa mogu biti i homo- i hetero- polimeri.
PHA-sintetaza je ključni enzim za produkciju PHA. Kao koenzim u ovoj reakciji
učestvuje koenzim A (CoA), a kao supstrat služe tioesteri ili masne kiseline. S obzirom
dapostoje dvije vrste PHA-sintetaza, mogu se razlikovati i dva krajnja produkta. To su: PHA
koji se dobiva iz masnih kiselina sa tri do pet ugljikovih atoma, hidroksi-masne kiseline
kratkog lanca (HA SCL), te PHA koji se također dobiva od masnih kiselina, ali sa nešto
dužim lancima, jer sadrži od šest do četrnaest atoma ugljika, hidroksi-masne kiseline srednjeg
lanca (HA MCL). Najjednostavnija, najčešća forma PHA je fermentacijski produkt
polihidroksibutirata, poli-3-hidroksibutirat (P(3HB)).
1.3. Polihidroksibutirat (PHB)
Polihidroksibutirat se sastoji od 1 000 do 30 000 monomernih jedinica. Koristi se u
produkciji ortopedskih pomagala, vještačkih kukova i ligamenata, pa čak i štapova i proteza.
Dobiva se polimerizacijom polihidroksialkanoata, a prvi ga je izolirao francuski mikrobiolog
Maurice Lemoigne (1925). Proizvode ga bakterije poput
Bacillus megaterium ili Alcaligenes
eutrophus
(slika 3). Ovaj polimer je primarni proizvod asimilacije ugljika u formi vezikula u
citoplazmi, kao rezervna materija i izvor ugljika. Sinteza PHB počinje kondenzacijom dvije
molekule acetil-CoA, pri čemu nastaje acetoacetil-CoA koji se zatim reducira do nastanka
hidroksibutiril-CoA. Ova komponenta je monomer PHB.
Poli-3-hidroksibutirat (slika 4) je najpoznatija forma polihidroksialkanoata, ali postoje
varijeteti poput: polihidroksibutirata, polihidroksivalerata, polihidroksiheksanoata, polihidro-
ksioktanoata i slično. Kada se govori o prednostima PHB, svakako treba istaći da je netopiv u
vodi i relativno rezistentan na hidrolitičku degradaciju. To je glavno svojstvo po kojem se
PHB razlikuje od ostalih tipova biodegradibilne plastike. Rezistentan je na UV svjetlost, ali je
i slabo otporan na kiseline i baze. Topiv je u hloroformu i drugim organskim otapalima. Tačka
topljenja je 175 °C. Kada se istopi, manje je ljepljiv u odnosu na ostale tipove plastike.
5
2. ENZIMATSKA RAZGRADNJA MATERIJALA NA BAZI PHA
2.1.
Struktura i svojstva ekstracelularne PHB--depolimeraze
Poli-3-hidroksibutirat
je čvrsti polimer velike molekulske mase, te je njegov transport
kroz ćelijsku membranu onemogućen. Različite vrste mikroorganizama izlučuju
ekstracelularnu PHB- depolimerazu koja hidrolizira čvrsti P(3HB) u vodotopive monomere i
oligomere. Neke vrste P(3HB)-razgradivih mikroorganizama su izolirane iz raznih dijelova
životne sredine, kao što su: zemlja, morska voda, voda iz jezera, zrak, gejziri i mulj.
Ekstracelularni PHB koji su izolirani iz različitih mikroorganizama su na osnovu toga i
karakterizirani. Izolirana PHB- depolimeraza sastoji se od jednog polipeptidnog lanca
molekulske mase u rasponu 37000 - 60000. Analiza strukturnih gena PHB-depolimeraze
pokazala je da se svi enzimi sastoje od: N-terminalne, katalitičke domene, C-terminalne,
supstrat-vezujuće domene i mjesta spajanja koje povezuje dvije domene (slika 5). Postojanje i
katalitičke i vezujuće domene potvrđeno je u mnogim depolimerizirajućim enzimima (poput
celulaze, ksilanaze i hitinaze) koji hidroliziraju vodonetopive polisaharide.
Slika 1.
Opća formula PHA.
Slika 4.
Opća formula P(3HB).
Slika 2.
Granule PHB u bakteriji.
Slika 3.
Alcaligenes eutrophus
.
