聚苹果酸及其衍生物的制备与应用研究进展

摘要：天然和合成聚合物因优良的特性引起了越来越多研究者的兴趣,并已被广泛用于人类的日常生活中。聚苹果酸（Polymalic acid,PMLA）一种天然的高分子聚酯材料,具有良好的生物相容性和完全生物降解性,其衍生物同样具有优异的生物学性能,被广泛应用于众多领域中。本文就聚苹果酸及其衍生物的结构、性质和合成方法进行了概述,并全面总结了其在制药和其他领域的应用研究现状,最后对未来发展方向进行了展望。     

重组大肠杆菌合成聚(3-巯基丙酸)和聚(3-羟基丁酸-3-巯基丙酸)的研究

利用Clostridium acetobutylicum的丁酸激酶基因 (buk) 和磷酸转丁酰基酶基因(ptb),以及Thiocapsa pfennigii的PHA合成酶基因,设计了一条能够合成多种聚羟基烷酸的代谢途径,用构建的质粒转化大肠杆菌,获得了重组大肠杆菌菌株.前期的研究表明,在合适的前体物条件下,该重组大肠杆菌能够合成包括聚羟基丁酸、聚(羟基丁酸-戊酸)等多种生物聚酯[Liu and Steinbüchel, Appl. Environ. Microbiol. 66739-743].利用该重组大肠杆菌,通过生物催化作用合成了3-巯基丙酸的同型共聚酯,同时利用该重组大肠杆菌还获得了含3-巯基丙酸单体的多种异型共聚物.实验首先研究了3-巯基丙酸对大肠杆菌生长的影响,在此基础上优化了培养过程中添加3-巯基丙酸的时机和浓度,结果表明,在实验的条件下,细胞合成聚(3-巯基丙酸)可达6.7%(占细胞干重),合成聚(3-羟基丁酸-3-巯基丙酸)(分子中3-巯基丙酸3-羟基丁酸=31)可达24.3%.实验进一步研究了同时或分别表达以上3个基因的重组大肠杆菌合成聚合物的能力,结果表明只有当3个基因同时表达时才能合成聚合物,说明3个基因对合成过程是必须的,从而表明了合成途径是按照设计的路线进行的.还通过GC/MS、GPC、IR等手段对合成的化合物进行了定性的研究.聚(3-巯基丙酸)或聚(3-羟基丁酸-3-巯基丙酸)等聚酯属于一类新型生物聚合物,它在分子骨架中含有硫酯键,不同于聚羟基烷酸酯的氧酯键,从而具有显著不同的物理、化学、光学等性质和具有重要的潜在应用价值.     

微生物解聚木质素合成聚羟基脂肪酸脂的研究进展

聚羟基脂肪酸脂(PHAs)作为一种具高生物降解性和易加工性的细胞内储能物质,有希望代替石油基塑料,在全球生物塑料市场受到越来越多的关注。木质素作为地球上最为丰富的天然可再生芳香聚合物,可作为底物通过微生物降解转化为苯酚等单环芳香化合物,然后芳香化合物进一步转化,最终合成PHAs。综述了木质素降解转化合成PHAs的微生物及其相关途径,阐述了目前存在的问题和困难。深入探讨了提高木质素降解转化合成PHAs的生产效率及产物性能的研究进展。同时提出了木质素转化合成PHAs面临的挑战以及对未来发展的展望。     

重组大肠杆菌合成聚（3-巯基丙酸）和聚（3-羟基丁酸-3-巯基丙酸）的研究

利用Clostridium acetobutylicum的丁酸激酶基因 (buk) 和磷酸转丁酰基酶基因(ptb),以及Thiocapsa pfennigii的PHA合成酶基因,设计了一条能够合成多种聚羟基烷酸的代谢途径,用构建的质粒转化大肠杆菌,获得了重组大肠杆菌菌株。前期的研究表明,在合适的前体物条件下,该重组大肠杆菌能够合成包括聚羟基丁酸、聚（羟基丁酸戊酸）等多种生物聚酯［Liu and Steinbüchel, Appl. Environ. Microbiol. 66:739743］。利用该重组大肠杆菌,通过生物催化作用合成了3巯基丙酸的同型共聚酯,同时利用该重组大肠杆菌还获得了含3-巯基丙酸单体的多种异型共聚物。实验首先研究了3巯基丙酸对大肠杆菌生长的影响,在此基础上优化了培养过程中添加3-巯基丙酸的时机和浓度,结果表明,在实验的条件下,细胞合成聚（3-巯基丙酸）可达6.7%(占细胞干重),合成聚（3-羟基丁酸—3-巯基丙酸）（分子中3-巯基丙酸:3-羟基丁酸=3:1）可达24.3%。实验进一步研究了同时或分别表达以上3个基因的重组大肠杆菌合成聚合物的能力,结果表明只有当3个基因同时表达时才能合成聚合物,说明3个基因对合成过程是必须的,从而表明了合成途径是按照设计的路线进行的。还通过GC/MS、GPC、IR等手段对合成的化合物进行了定性的研究。聚（3-巯基丙酸）或聚（3-羟基丁酸-3-巯基丙酸）等聚酯属于一类新型生物聚合物,它在分子骨架中含有硫酯键,不同于聚羟基烷酸酯的氧酯键,从而具有显著不同的物理、化学、光学等性质和具有重要的潜在应用价值。     

微生物合成γ-聚谷氨酸的相关基因、合成机理及发酵的研究进展

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是一种天然的氨基酸聚合物,由于其水溶性好、可生物降解、食用,以及对人类、动物和环境无毒等特点,因此,在环境、医药、食品和化妆品、饲料添加剂等领域有广泛的应用前景。主要是对微生物合成γ-PGA所采用的菌株、相关基因、合成机理及发酵方面进行综述。     

高分子聚合物的微生物合成与废弃物资源化

γ- 聚谷氨酸(γ-PGA)、γ- 聚苹果酸(γ-PMA)、细菌纤维素(BC)和聚羟基脂肪酸酯(PHA)等都是微生物合成的重要生物高分子聚合物.     

不可降解塑料的全细胞催化降解及升级再造

石油基塑料产量大、应用广,常见的种类有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等聚烯烃类塑料以及聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯等聚酯类塑料。这些合成塑料分子量大、疏水性高,难以在自然环境中降解,因此大部分也被称作“不可降解塑料”。塑料的生物降解具有条件温和、应用潜力巨大的特点,塑料降解微生物和酶资源的挖掘以及新技术的开发方兴未艾,其中,基于全细胞催化降解与开环式升级再造技术受到越来越多的关注。本文介绍了国内外不可降解塑料全细胞催化转化技术的研究进展,阐述了对塑料废弃物天然全细胞降解体系和人工全细胞降解方法的开发情况,进而以聚对苯二甲酸乙二醇酯为例,探讨了塑料开环升级再造的技术策略,最后对塑料生物降解技术的研发方向和重点进行了讨论和展望。本文将为进一步开展塑料生物降解研究,挖掘塑料降解微生物资源,构建新型人工全细胞催化体系,最终实现不可降解塑料的高效降解和升级再造提供借鉴。     

环境保护及农业废物利用

951871用江河沉积物进行水溶性高分手量多羧酸的厌气生物降解[英]/Matsumura,S.…,Chem.Lett.-1992,9.一1859～1862[译自DBA,1992,11(23),92—133373 利用江河黑色沉积物作为接种物,在厌气条件下使指定作为生物降解功能聚合物的高分子置多羧酸钠生物降解到与在通气条件下同样的程度。每个生物降解槽(8升)装有BOD试验溶液1.8升、厌气预培养的微生物源200ml及试验聚合物(多聚卢-DI一-苹果酸钠,=羧酸钠直链淀粉和二羧酸钠木聚糖),用氮吹洗,并在烈碚中于2 7|℃培养,每天搅拌两次,每次1小时。根据凝胶渗透色谱和培养基的总有机碳评估生物降…     

活性污泥合成聚羟基脂肪酸脂的研究进展

聚羟基脂肪酸( PHAs) 是许多原核微生物在不平衡生长条件下合成的细胞内能量和碳源储藏性物质,同时也是一种可完全生物降解的塑料,由于其良好的环境效应及机械性能而受到广泛关注.使用活性污泥合成PHA既能降低PHA的生产成本,又能充分利用活性污泥资源,减少对环境的污染.综述了活性污泥合成PHA的研究进展, 包括合成PHA的主要微生物、碳源及影响PHA积累的因素.     

基于二氧化碳共聚物的全生物降解塑料

二氧化碳(CO2) 是主要的温室气体,同时也是一种取之不尽、用之不竭的廉价碳氧资源.以二氧化碳为原料合成可生物降解的脂肪族聚碳酸酯是二氧化碳固定和利用领域的重要课题,其中最受关注的是由二氧化碳和环氧丙烷共聚制备聚丙撑碳酸酯(PPC) .由于其具备良好的生物降解性能,成本相对较低,且大量利用了二氧化碳(聚合物中CO2 的重量超过40%),而受到高度重视.     

大肠杆菌利用葡萄糖和木糖合成乙醇酸、乳酸和3-羟基丁酸共聚酯

以大肠杆菌为宿主,构建了以葡萄糖和木糖为底物获得乙醇酸、乳酸和3-羟基丁酸共聚酯的生物合成途径,包括过表达塔格糖-3-差向异构酶、核酮糖激酶、醛缩酶、醛脱氢酶、丙酰辅酶A转移酶、β-酮硫解酶、乙酰乙酰辅酶A还原酶和聚合酶等。在此基础上,表达聚羟基脂肪酸酯颗粒结合蛋白,提高了聚合物的合成,重组菌的细胞干重达到3.73g/L,含有38.72wt%的共聚酯。采用混菌共培养策略,实现以葡萄糖和木糖混合物为底物合成共聚酯,摇瓶实验中细胞干重达到4.01g/L,含有21.54wt%的聚合物。文中提供了一种以葡萄糖和木糖混合物为碳源合成聚合物的方法,为下一步纤维素水解物的有效利用提供了参考。     

导读

<正>本期主要围绕生物活性物的生物制造，环二肽、灯盏乙素、紫苏酸等天然化合物和17α-OH孕酮等甾体化合物的生物合成，特别是其中涉及到的P450酶的分子改造，以及多聚磷酸激酶再生ATP、D-甘露糖的生物合成、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate, PET)的生物降解和肠道微生物资源库等文章进行导读。     

代谢工程构建重组耶氏解脂酵母生产中长链聚羟基脂肪酸酯

中长链聚羟基脂肪酸酯(mcl-PHA)是一大类由微生物合成的天然生物聚酯,因具有可再生性和生物降解性越来越受到人们的关注。Mcl-PHA可由一些假单胞菌类利用自身的脂肪酸合成途径或β-氧化途径来合成。耶氏解脂酵母具有很好的脂/脂肪酸分解代谢能力,但是它体内缺乏PHA合成酶不能合成mcl-PHA。采用代谢工程策略构建重组解脂酵母,外源表达来自铜绿假单胞菌PAO1(Pseudomonas aeruginosa PAO1)的PHA合成酶。在PHA合成酶的C端添加PTS1过氧化物酶体定位信号序列,使其在过氧化物酶体内发挥功能,并对其编码基因PhaC1进行密码子优化得到oPhaC1。利用pINA1312载体构建表达框,借助载体上的zeta序列元件将oPhaC1基因表达框整合至酵母基因组,完成基因的稳定表达。重组菌PSOC在葡萄糖为唯一碳源的培养基中几乎不产PHA,添加0.5%的油酸时可合成占细胞干重0.67%的mcl-PHA。在含三油酸甘油酯的培养基中发酵72h产生1.51% mcl-PHA(wt%)。实验结果充分证明重组解脂酵母作为有潜力的微生物细胞工厂可以用于生产mcl-PHA,也为将来利用富含油脂和其他营养的餐厨垃圾水解液等廉价资源生产mcl-PHA打下基础。     

生物降解可吸收形状记忆聚合物的生物相容性研究

目的:我们利用经美国FDA批准成为临床使用材料的聚己内酯为主要原料,发明了一种可吸收的形状记忆聚合物,添加的辅料偶联剂为烃氧基硅烷;多官能团单体选自含2个到3个烯键的有机酯,如季戊四醇三烯酸酯等;填料选用含有活性钙离子的化合物,如磷酸氢钙等,均为生物相容性良好,且可吸收的材料(专利号:200610023175).通过体外细胞学实验,对该生物降解可吸收记忆聚合物的生物相容性进行评价.方法:实验采用3T3细胞进行原代及传代培养,然后将细胞接种到两组载体上—生物降解可吸收记忆聚合物组和裸皿培养组,建立不同的3T3细胞培养系统.利用绘制细胞生长曲线、MTT比色及3H-胸腺嘧啶(3H-TdR)掺入方法观察体外培养3T3细胞在生物降解可吸收记忆聚合物载体上的活力、增殖及DNA合成情况,研究生物降解可吸收记忆聚合物载体的生物相容性.结果:在生物降解可吸收记忆聚合物和裸皿中培养时,3T3细胞的活力、增殖和代谢等生物学特性无明显差别.结论:体外细胞学实验表明这种生物降解可吸收记忆聚合物具有良好的生物相容性.     

石油基塑料的微生物降解

石油基塑料种类繁多、数量巨大、应用广泛,常见的有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氨酯(PUR)等。这些合成塑料因其高分子量、高疏水性及高化学键能的特点难以被微生物降解,从而在环境中长期存在和累积,"白色污染"已经成为一个全球性问题。因此安全经济的微生物降解合成塑料是人类面临的一个选择和难题。文中从微生物资源及相关酶学研究方面综述了聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚氯乙烯这6种石油基塑料的生物降解的研究现状。目前关于上述6种石油基塑料的微生物降解研究依然大多停留在微生物资源的寻找中,已发现的具备相关能力的菌株种类较少,并且微生物降解效率均非常缓慢;对于其降解机理及关键基因和酶的研究比较少。文中为进一步开展塑料生物降解研究,寻找高效的塑料降解菌株资源以及进一步在遗传、分子和生化水平研究塑料生物降解机理研究,从而最终实现合成塑料的彻底降解和高值化利用提供了借鉴。     

德利用工程植物生产可生物降解的塑料

Agrieell Reporter 2003年40卷3期19页报道：已知利用编码β-酮硫解酶（pha A）、乙酰乙酰辅酶A还原酶（phaB）和3-羟基丁酸聚酯（PHB）合酶（pha C）的三种基因细菌（Ralstonia eutropha）的顺序性作用,可使其合成理化特性类似于人工合成聚合物的PHB。由于这种PHB可以生物降解,故认为其可用作工业上生产塑料的原材料。     

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)生物降解的研究进展

聚丁二酸丁二醇酯(poly(butylene succinate),PBS)是一种人工合成的脂肪族聚酯化合物。PBS的生产成本低、热稳定性好,具有良好加工性能、机械性能以及力学性能等优点。本文就近年来PBS在生物降解方面的研究进展进行了综述,具体包括PBS的生物堆肥降解、PBS的微生物降解以及PBS降解酶的相关研究。最后对PBS生物降解研究进展做出了总结。     

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的生物降解的研究进展

聚丁二酸丁二醇酯(poly(butylene succinate), PBS)是一种人工合成的脂肪族聚酯化合物。PBS的生产成本低、热稳定性好,具有良好加工性能、机械性能以及力学性能等优点。本文就近年来PBS在生物降解方面的研究进展进行了综述,具体包括PBS的生物堆肥降解、PBS的微生物降解以及PBS降解酶的相关研究。最后对PBS生物降解研究进展做出了总结。     

七株聚丙烯酰胺降解菌对PAM的降解性能评价

研究了从油田产聚合物污水和污泥中分离到的7株聚丙烯酰胺（PAM）降解菌对纯PAM的降解效果。结果表明,PAM微生物降解的过程中,会伴随有pH的降低。由于7株菌组成的微生物群落对PAM的生物降解作用,使得培养基中的PAM的运动粘害怂650．mm^2．／s降低至100mm^2／s左右。添加液蜡或酵母膏等导致微生物菌群的共代谢作用,可加快PAM的生物降解。     

废油脂生物合成聚羟基脂肪酸酯的研究进展

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是微生物细胞内合成的高分子生物聚酯,当培养基中生长所必需的营养物质含量有限,而碳源物质过多时,会促进PHA的积累。众多PHA产品均具有生物可降解性以及优异的物理化学特性,有望替代传统塑料从而减少"白色塑料垃圾"的产生。但是较高的生产成本限制了PHA进一步的产业化和大规模应用。利用廉价易得的原材料作为微生物的碳源制备PHA是降低生产成本的有效途径之一。废弃油脂作为碳氢化合物,具有良好的微生物利用潜力。目前,以废油脂为原料、通过微生物合成可生物降解塑料已成为研究热点。该方法不但可以降低PHA的生产成本,解决废油脂的处理和高值化利用问题,还可以替代部分传统塑料的使用,符合我国绿色循环可持续发展的战略。文章系统总结了PHA的种类和应用,利用废弃油脂微生物合成PHA的最新进展以及微生物胞内PHA的提取方法,并对其合成PHA的有效实现和发展前景进行了展望。