聚羥基脂肪酸酯合成酶的改造和代謝途徑構建的研究進展

李 浩， 黃媛媛， 李 曼， 宋水山

(1. 河北工業大學化工學院，天津300130； 2. 河北省科學院生物研究所，石家莊050051；3. 河北省主要農作物病害微生物控制工程技術研究中心，石家莊050081)

聚羥基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates,PHA)是微生物在非平衡生長(如碳源過剩，氮氧、磷、鐵等營養缺乏)條件下在胞內積累的碳源和能源儲存物質，具有生物降解性和生物相容性，是替代化學常規塑料的理想材料，也在生物醫學方面極具應用前景[1]。PHA是一類由3-羥基脂肪酸組成的線性聚酯，根據組成PHA單體的碳鏈長度可以把PHA分為兩大類：短鏈PHA和中長鏈PHA。短鏈PHA單體主要由3～5個碳原子組成，其材料性質與化學塑料聚丙烯較為接近。中長鏈PHA的單體主要由6～14個碳原子組成，其材料性質與橡膠、彈性纖維較為接近。最近研究發現，如果在聚-3-羥基丁酸[P(3HB)]的骨架中插入少量的中長鏈的單體，可以合成像聚乙烯那樣的低密度材料[2-8]。

PHA生物合成過程主要涉及兩個反應步驟：一是利用各種代謝分子合成單體羥酰基輔酶A (3-hydroxyacyl-CoAs,HA-CoAs)；二是PHA聚合酶使HA-CoAs聚合生成PHA。聚-3-羥基脂肪酸酯因具有生物可降解性、光學活性、抗紫外輻射、生物相容性等許多優點而被研究最為廣泛。但P(3HB)易脆，柔軟度差，后期加工性能差。為了促進PHA的商業化，滿足不同應用領域對材料性能的要求，需要合成具有不同性能的PHA。PHA聚合酶的活性、底物特異性以及微生物代謝途徑決定著PHA的單體組成，進而影響著PHA的理化特性和材料性能。本文將概述PHA合成酶分子改造和PHA合成代謝工程方面的研究進展，并討論含稀有單體PHA的合成。……