پلي هيدروكسي آلكانوئات هاي با طول متوسط (Medium chain leught pcgy (3hA) گروه بزرگي از پلي استرهاي طبيعي هستند كه توسط باكتري ها توليد مي شوند و تنوع ساختاري بالقوه و بالفعل بالاي اين پليمرها باعث افزايش توجه نسبت به توليد اقتصادي آن ها شده می باشد . كنترل مونورهاي تشكيل دهنده و استراتژي هاي مختلف تخمير كه امكان طراحي و ساخت پليمرهاي با ساختار ويژه را فراهم مي سازد . علاوه بر آن پلي (3HA) هاي فعال شده براي تغييرات شيميايي بيشتر نيز توليد شده اند .

نکته مهم : برای بهره گیری از متن کامل پژوهش یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و پژوهش دانشگاهی در رشته های مختلف می باشد که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

توليد MCLPHA در طبيعت به اعضاي از جنس Pseudemenas كه متعلق به همولوژي rRNA نوع I هستند محدود مي گردد . درميان اين جنس گونه هاي P .flueresceus , .aeruginesa ‍‍P ، P.oleovorans ،P.lemonnieri  ، P . testeroni  ، P . puteda   ‌ ، قرار دارند .

MCL –poly3HA تنها يك نوع پليمر نيست بلكه خانواده هاي بزرگي از انواع پلي استرها می باشد كه تركيب و ويژگي هاي آن با در نظر داشتن تركيب مونورهاي در دسترس متفاوت می باشد تاكنون بيش از 100 نوع MCL –poly3HA شناسايي شده اند كه داراي مونورهاي بين 6 تا 16 كربن و زنجيره هاي متنوع اشباع ، غير اشباع ، بدون شاخه ، داراي شاخه‌ي آليفاتيك ، يا آروماتيك هستند . علاوه بر اين ها مونومرهاي با انواع گروههاي جانبي فعال نظير اتم هاي هالوژن ، هيدروكسي ، اپوكسي ، سيانو ، كربوكسيل ، فنوكسيل ، سيانوفنوكسي ، نيتروفنوكسي و همچنين كربوكسيل استري شده قابل پليمريزه شدن به MCL –poly3HA هستند . تمامي پيوندها به علت خاصيت فضا ويژگي آنزيم هاي پليمر از به صورت R مي باشند . وزن مولكولي پليمرها بسته به نوع ميكروارگانيسم ، نوع پليمر و شرايط رشد بين 105 ×2 تا 106 ×3 می باشد .

تأثیر زيستي

MCL –poly3HA ها به عنوان منابع ذخيره‌ي كربن ، انرژي در باكتري ها اقدام مي كنند و هنگامي كه كربن مازاد بر نياز در محيط موجود می باشد توليد مي شوند . از آنجا كه اين تركيبات به صورت پليمر ذخيره مي شوند بنابراين تغيير محسوسي در فشار اسمزي سلول نمي دهند . هنگامي كه منبع كربن خارج سلولي كاهش يابد اين پليمرها توسط آنزيم هاي دپليمراز درون سلولي تجزيه شده و مورد بهره گیری قرار مي گيرند . تبديل منابع غذايي اضافه به مواد ذخيره اي داراي ارزش بقا می باشد زیرا دسترسي ميكروارگانيسم هاي رقيب را به آنها كاهش مي دهد .

كاركرد احتمالي ديگري كه MCL –poly3HA ميتواند داشته باشد در سم زدايي می باشد . تركيباتي مثل آلكان ها ، آلكانول ها و اسيدهاي چرب در غلظت هاي پايين براي ميكروارگانيسم ها سمي محسوب مي شوند و حذف سريع آنها از طريق تبديلشان MCL –poly3HAزيستايي ميكروارگانيسم ها را افزايش مي دهد .

MCL پیش روی SCL

در طبيعت انواع مختلف poly3HA ديده مي گردد و هر ناظري كاركردهاي متنوع را براي آنها انتظار دارد . هنگامي كه منبع غذايي باكتري تركيبات آليفاتيك باشند MCL –poly3HA ها فرم مناسبي براي ذخيره سازي هستند . پیش روی SCL – Pcly (3HA) ها در حضور كربوهيدرات بهتر و بهينه تر به نظر مي رسند . اگر فرض كنيم كه مونورهاي poly3HA پس از دپليمريزه شدن توسط ATP فعال مي شوند . دراين صورت به عنوان مثال تبديل كانوئيك اسيد به MCL –poly3HA و سپس تبديل آن به استيل كوآ نسبت به تبديل مستقيم آن به استيل كوآ تنها مصرف يك ATP اضافي را مي طلبد . در صورتي كه اگر پليمر SCL –poly3HA {poly3HA} باشد 5/2 مولكول ATP بايد مصرف گردد ( شكل – ) . دركنار صرفه جويي در انرژي توانايي MCL –poly3HA در حفظ قدرت احيا (Reducing power) ي مولكول نيز بيشتر می باشد . تبديل كانوئيك اسيد به 3- هيدروكسي كانوئيك اسيد تنها منجر به توليد يك FADH مي گردد و باقي قدرت احيا در مولكول محفوظ مي ماند . پیش روی تبديل آن به 3- هيدوركسي – بوتيريك اسيد معادل NADH 5/1 و FADH 4 توليد مي كند و قدرت احياي كمتري را در مولكول باقي مي گذارد .

پیش روی SCL –poly3HA ها در صورت بهره گیری از كربوهيدرات ها منابع ذخيره ي بهتري هستند . اين امر بدين خاطر می باشد كه توليد MCL –poly3HA از طريق سنتز اسيد چرب نيازمند مصرف ATP و قدرت احياي بيشتري می باشد با تجزيه ي آن توسط مسير بتا – اكسيد اسيون .

بنابراين به گونه اختصار در صورت بهره گیری از سوبستراهاي آليفاتيك MCL –poly3HA يك تركيب ذخيره اي مناسب و در صورت بهره گیری از سوبسترا هاي كربوهيدراتي SCL –poly3HA يك تركيب ذخيره اي مناسب می باشد .

بيوسنتز و متابوليسم :

همانطور كه پيشتر تصریح گردید ، نوع مونومرهاي تشكيل دهنده ي MCL –poly3HA بستگي به نوع منبع كربن حاضر در محيط دارد . مثلا در P.olecvorans بسته به نوع –n آلكاني كه به باكتري داده گردد نوع پليمر محصول متفاوت می باشد . در طي اين آزمايشها ديده شده كه اين آلكان طي از دست دادن گروههاي دو كربنه تجزينه شده اند . بنابراين احتمال اينكه مسير بتا – اكسيد اسيون در سنتز MCL –poly3HA دخيل باشد . مطرح شده اين نوع نتايج بعدا تائيد شده و ژن هاي مربوط شناسايي شدند . مسير معمول سنتز MCL –poly3HA از طريق بتا – اكسيداسيون در شكل – آمده می باشد شكل مقابل بتا- اكسيداسيون مسير بيوسنتز اسيدهاي چرب MCL –poly3HA بدين طريق نيز توليد ميشود :

نتايج آزمايشها با طبيعت اين مسيرها سازگار هستند . به عنوان مثال رد p.putede kt2442 سه نوع مسير متفاوت براي تبديل هگزانوئيك اسيد به MCL –poly3HA قابل نظاره می باشد هگزانوئيك اسيد مي تواند مستقيما پس طي يك نيم چرخه از بتا – اكسيداسيون تبديل به 3- هيدروكسي – هگزانوئيك اسيد شده و در ساختار PHA شركت كند . يا آنكه در چرخه ي بتا- اكسيداسيون تماما به استيل ـ كوآ تبديل شده و استيل كوآ براي بيوسنتز مونومرهاي مختلف C 6 تا C14 بكار گرفته گردد. از طرف ديگر وجود مونومرهاي غير اشباع حاكي از آن می باشد كه سنتز Denevo ي اسيدهاي چرب صورت مي پذيرد . همچنين مداركي مبني بر طويل شدن خود هگزانوئيك اسيد هست .

از طرف ديگر تركيباتي بي ارتباط زیرا گلوكز ، فروكتوز و گليسرول هم ميتوانند به MCL –poly3HA تبديل شوند . اين نوع پليمرها تنها مونومرهاي C8 و C10 دارند . علاوه بر اين حضور وابسته به دماي اسيدهاي چرب غير اشباع و قطع توليد MCL –poly3HA در حضور سرولنين (Cerulenin) ( يك مهار كننده ي سنتز اسيدهاي چرب ) تبديل اين تركيبات از طريق بيوسنتز اسيدهاي چرب ( مسير دوم ) را تائيد مي كند .

طراحي فرآيند در دو گونه ي pseudemenas

طراحي فرايند در توليد MCL –poly3HA بيشتر روي بهينه سازي فاكتورهاي زیرا yield , producfivity و درصد poly3HA در بيومس توجه داشته می باشد . توليد MCL –poly3HA در مقياس پايلوت در مورد p.putida و p. oleovoraw به خوبي مطالعه شده می باشد . اين دو گونه تفاوت بسيار زيادي را در شراي توليد نسبت به يكديگر نشان مي دهند .

p.oleovoran به علت حضور پلازميد OCI 1 مي تواند از آلكان ها و آلكن ها به عنوان سوبستر بهره گیری كند . P.putidan قادر به اين كار نيست ولي پیش روی مي تواند كربوهيدرات را براي توليد MCL –poly3HA مصرف كند . p . putida قادر می باشد MCL –poly3HA را در فاز رشد نمايي ( هنگامي كه منابع به فراواني در دسترس هستند ) توليد كند ، در حالي كه p. oleovoran تنها در صورتيكه كمبود يكي از منابع رشد را محدود كرده باشد دست به توليد MCL –poly3HA مي زند .

  1. olevoran

بهره گیری از p. oleovoram براي توليد MCL –poly3HA در شرايط fed- batch و پيوسته ( continuom) صورت گرفته می باشد . محيط هاي رشد دو فازي شامل يك فاز آبي محتوي باكتري و يك فاز آلي اكتان بوده اند . وجود فاز الي در فرمانتوراين امكان را فراهم مي سازد كه بدون وارد كردن مرتب تركيبات كربني ، منبع كربن باكتري همواره تامين باشد . پس ازيك فاز batch اوليه ( 48 ساعت ) غلظت بيومن به 1-gl1/37 رسد كه حاوي %33 و MCL –poly3HA بود . پس از اين زمان نيتروژن به صورت منبع محدود در آمد . به گونه كل pooductivity معادل 1-gh1- h 25/0 بدست آمده می باشد .

كشت در شرايط پيوسته با نرخ رشد 1-h 05/0 در اكثر productivity 1- gl 58/0و حداكثر غلظت بيومس 1-gh1- l58/0انجام شده ولي در شرايط محتواي MCL –poly3HA به 20% كاهش يافت . به نظر مي رسد كه توانايي نگهداري بيو پليمر را كاهش مي دهد .

براي بهتر شدن كار ، محيط هاي كشت براي نتيجه دادن چگالي حدود 1- gl 100 سلول تنظيم شدند . در شرايط fed – batch بيشينه ي غلظت بيومس به1- gl 12 و priductivity بيومس بهgl -1 8/1 افزايش يافت . اما productivity ، MCL –poly3HA پايين و در حدود 1-gh1- l34/0 بود . ارائه ي همين شرايط به محيط chemistat كه در بالا معرفي گردید نيز موجب افزايش درصد بيوپليمر نشده و محتواي MCL –poly3HA در سلول در حدود 10% باقي مانده . علت پايين ماندن متحواي MCL –poly3HA در اين شرايط هنوز مشخص نيست . فمانتاسيون fed –batch ديگري نيز با سوبستراي اكتانول و اكتانوآت انجام گردید و در حضور اكسيژن خالص درصد MCL –poly3HA به %37 و pooductivity به 1-gh1- l 3/9 رسيد . به علت تجمع سمي اكتانوآت غلظت هاي بالاتر بيومس غير قابل دسترسي بود .

يك فرايند بهينه و كارا كه براي توليد بيشتر MCL –poly3HA به كار گرفته گردید شامل دو مرحله ي پيوسته بود . در مرحله‌ي نخست بيومس توليد گردید و در مرحله‌ي دوم MCL –poly3HA در غياب نيتروژن به %63 محتواي سلول به productivity ،       1-gh1- l06/1 رسيد . اين رقم بيشترين مقدار توليد شده ي MCL –poly3HA در pl oloeavoram تاكنون (1997) می باشد .

  1. putide

براي توليد MCL –poly3HA توسط p.putida ، برخلاف p.oleovoram نيازي نيست كه باكتري حتما در شرايط كمبود منبع قرار داده گردد . از طرف ديگر p.putida قادر به مصرف آلكان ها و آلكن ها نيست و در عوض از اسيدهاي چرب به عنوان منبع كربن براي اين باكتري بهره گیری شده می باشد . از اسيدهاي چرب نمي توان به عنوان فاز دوم در فرمانتور بهره گیری كرد زیرا غلظت بالاي آنها براي باكتري ها سمي می باشد . در شرايط پيوسته p . putida با بهره گیری از اولئيك اسيد MCL –poly3HA را با محتواي %33 در غلظت 1-gl 30 و با pooductivity ، 1-gh1- l67/0 توليد كرده می باشد .

براي آزمايش شرايط fed – bafch روي اين باكتري نياز بود كه غلظت اسيدهاي چرب به طريقي سنجيده و تنظيم گردد كه بالا رفتن آن باعث ممانعت از توليد نشده و پايين آمدن آن نيز ادامه رشد باكتري ها را محدود نكند . روش هاي HPLC براي سنجش تركيبات آليفاتيك معرفي شده اند ولي اين روشها كارايي لازم را براي سنجش اسيدهاي چرب طويل در محيط آبي ندارند . در عوض ، براي تامين شرايط مطلوب Exhansticn سوبسترا كه به خاطر افزايش ناگهاني غلظت اكسيژن ايجاد مي گردید به عنوان سيگنالي براي وارد كردن مقداري اسيد چرب ( به صورت يك پالس ) به محيط در نظر گرفته گردید . به اين ترتيب و مدت زماني كمبود اسيد چرب حداقل و امكان مسموميت نيز كاهش يافت . با بهره گیری از اسيدهاي چرب روغن نارگيل به عنوان سوبسترا در اين مسمويت نيز كاهش يافت . با بهره گیری از اسيدهاي چرب روغن نارگيل به عنوان سوبسترا در اين فرايند1- gl131 بيومس پس از 36 ساعت بدست آمد كه محتوي %59 MCL –poly3HA با pooductivity  ،1-gh1- l3/2 بود كه بالاترين ميزان گزارش شده تاكنون می باشد . همين آزمايش با اسيدهاي چرب حاصل از تركيبات ديگري نظير با مخلوطي از آنها با موفقيت انجام شده می باشد كه امكان توليد MCL –poly3HA با مونومرهاي مختلف فراهم ساخته می باشد. اين نتايج نشان مي دهند كه فرايند fed-batch براي p.putida مناسب می باشد و بيومن پايين كه در chemiytat ايجاد مي گردد ، cale – up آن را از لحاظ اقتصادي مشكل مي كند.

تنظيم مونومرهاي MCL –poly3HA

همانطور كه در بخش بيوشيمي گفته گردید، چرخه هاي بتا –اكسيداسيون بيوسنتز اسيدهاي چرب، در متابوليسم MCL –poly3HA دخيل هستند . ازآنجا كه اعضاي اين چرخه ها و همچنين آنزيم هاي سنتز كننده ي PHA شدت غير اختصاصي هستند. دستكاري و تعيين مونومرهاي تشكيل دهنده ي MCL –poly3HA از طريق تغيير سوبستر امكان پذير می باشد .

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

طول و عدم اشباعيت مونومرهاي MCL –poly3HA . بهره گیری از اولئيك اسيد ( يك پيوند غير اشباع و 3- هيدوركسي – اسيد چرب هاي 3: 16c و 3: 14 c به ترتيب باعث حضور مونومرهاي داراي يك، دو و سه پيوند غير اشباع در MCL –poly3HA       مي گردد. همچنين بهره گیری از مخلوطي از اكتان و 1- اكتن بسته به نوع 1- اكتن ميزان پيوندهاي غير اشباع بين % 0 تا % 50 تغيير مي كند. همچنين بهره گیری از اسيدهاي چرب، آلكان ها و يا آلكن هاي با طول هاي مختلف حضور مونومرهاي متناسبي را در MCL –poly3HA باعث مي گردد و در صورت بهره گیری از مخلوط ها نوع مونومرها بستگي به نسبت سوبستراهاي بهره گیری شده دارد. MCL –poly3HA با بهره گیری از اسيدهاي چرب حاصل از مازاد توليدات صنعتي نظير talleil نيز قابل توليد می باشد و بنابراين راه حل خوب و ارزاني براي تجديد بسياري از منابع محسوب ميشود. جالب اينجاست كه مگر در مورد مونومرهاي         دار و گروه بزرگي از تك مونومرهاي با فراواني پايين ، ساختار كلي MCL –poly3HA تفاوت چنداني با پليمر حاصل از اولئيك اسيد نداشته می باشد.

دسته بندی : مواد - متالوژی

دیدگاهتان را بنویسید