Генетика и биохимия микробного синтеза полигидроксиалканоатов
Курсовой проект - Биология
Другие курсовые по предмету Биология
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Биологический факультет
Кафедра физиологии растений и биотехнологии
ГЕНЕТИКА И БИОХИМИЯ МИКРОБНОГО СИНТЕЗА ПОЛИГИДРОКСИАЛКАНОАТОВ
(Курсовая работа)
Н.Я. Бразгина
студентка 3 курса
Научный руководитель:
канд. биол. наук, доц.
И.В. Кожевников
Красноярск 2012
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1Физико-химические свойства биополиэстеров
1.2Метаболические пути синтеза
1.3Свойства и структура ПГА - синтазы, выделенной из R.eutropha
1.4Организация генов биосинтеза ПГА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
SUMMARY
ВВЕДЕНИЕ
Полиэфиры гидроксипроизводных жирных кислот, полигидроксиалканоаты (ПГА), активно изучаются в настоящее время в связи с их биодеградируемостью, относятся к резервным макромолекулам и образуются прокариотами при несбалансированном росте [2].
Актуальность данной темы заключается в том, что сейчас ведутся активные исследования ПГА, в связи с тем, что биополимеры используются для производства биоразлагаемых материалов, таких как пленки, на основе целлюлозы, хитина и хитозана, желатина, полипептидов и др.
Также, полигидроксиалканоаты могут быть использованы в медицине в качестве матрицы для тканевой инженерии, получения хирургических и нетканых материалов, элементов для остеосинтеза, сосудистых протезов, систем доставки лекарственных веществ, и многого другого.
Способность микроорганизмов синтезировать полигидроксиалканоаты (ПГА) различного состава вызывает большой интерес в связи с возможностью направленного получения полимеров с заданными свойствами. Также способность микробных ПГА разрушаться в различных средах представляет собой одно из наиболее привлекательных их коммерческих свойств, поэтому является предметом специальных исследований.
Существенное внимание различными авторами уделяется бактериям Ralstonia eutropha (бывшее систематическое название Alcaligenes eutrophus) в связи со способностью этих бактерий аккумулировать ПГА с высокими выходами на различных субстратах, в том числе различного состава (гомогенный полигидроксибутират, более технологичные сополимеры гидроксибутирата с гидроксивалератом, а также трехкомпонентные полимеры).
Для индустрии ПГА представляет интерес способность бактерий Ralstonia eutropha синтезировать ПГА с высоким выходом в автотрофных условиях, используя для роста Н2 и СО2, то есть без дорогостоящих органических сред [4].
Разработка и освоение новых, экологически чистых материалов, включающихся в биосферные круговоротные циклы, соответствует концепции экологически безопасного устойчивого промышленного развития. В этой связи большой интерес вызывает класс экологически чистых биополимеров, в частности ПГА [3].
Целью данной работы было изучение микробных полигидроксиалканоатов по литературным источникам, рассмотрение их физико-химических свойств, их метаболические путей синтеза, изучение на молекулярно-генетическом уровне, а также обзор свойств и структуры ПГА - синтазы, выделенной из R.eutropha.
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1Физико-химические свойства биополиэстеров
Полигидроксиалканоаты (ПГА) представляют семейство полиэстеров, имеющих термопластические и резиновые свойства, которые синтезируют прокариотические организмы в специфических условиях несбалансированного роста в качестве эндогенного депо энергии и углерода, используя для этого различные субстраты (сахара, органические кислоты, спирты и другое). Список микроорганизмов, способных с теми или иными выходами аккумулировать ПГА, быстро пополняется. К настоящему времени он насчитывает свыше 300 организмов. Однако, несмотря на имеющееся разнообразие микроорганизмов, аккумулирующих ПГА, для промышленного использования рассматривается очень небольшое число продуцентов. Среди них хемоорганотрофный организм Ralstonia (до недавнего времени известный как Alcaligenes), способный использовать различные источники углерода и гетеротрофные микроорганизмы, относящиеся к трем таксонам - Methylotrophus, Methylobacterium и Pseudomonas [9].
К настоящему времени идентифицировано свыше 100 различных ПГА, которые по химической структуре подразделяют на три группы: short-chain-lenght, (SCL), состоящие из кислот с длиной углеродной цепи от С3 до С5; medium-chain-lenght, (MCL) - от С6 до С14; и long-chain-lenght, (LCL) с содержанием кислот С17 и С18. Однако только для некоторых из них реализованы условия синтеза в количествах, позволяющих исследовать их структуру и физико-химические свойства.
Линейная структура молекул ПГА придает им свойство термопластичности и изменения прочности (возрастание по направлению растяжения). При нагревании молекулярные цепи в ПГА легко сдвигаются относительно друг друга, в результате этого материал размягчается и приобретает текучесть. Данное технологическое свойство имеет большую коммерческую ценность, так как позволяет с использованием различных методов (прессования, экструзии и др.) получать из ПГА разнообразные изделия и материалы. Следует отметить, что при переработке и прессовании широко используемых в настоящее время многих синтетических пластиков необходимы различные добавки (стабилизаторы, наполнители, красители и пр.). Этого не требует