Polihidroxialcanoați, PHA (polihidroxialcanoați, PHA) [gr. poli - multe, hidr (ogeniu) - hidrogen , oxi (geniu) - oxigen și arabă. al-kohl - pulbere fină de antimoniu, pulbere, praf] - poliesteri ai hidroxiacizilor, polimeri de rezervă ai microorganismelor (de exemplu, Alcaligenes eutrophus , Azotobacter chroococcum , Ralstonia eutropha ). Ele sunt sintetizate în condițiile lipsei de macro sau microelemente, de exemplu, azot sau fosfor, în prezența surselor de carbon și energie. Acumulat de microorganisme sub formă de granule și împărțit la nevoie. Au o gamă largă de proprietăți fizice și mecanice, ceea ce face posibilă producerea aproape tuturor tipurilor de produse polimerice din ele. Sunt o alternativă bună la polimerii sintetici tradiționali, deoarece sunt ușor degradați în mediu.
Biosinteza PHA este realizată de enzimele PHA sintază (PhaC). O caracteristică importantă a acestor enzime este specificitatea lor largă de substrat. Ele pot cataliza polimerizarea multor hidroxiacizi diferiți, astfel încât varietatea de PHA este cu adevărat enormă. PHA sintazele funcționează ca dimeri. Centrul activ al enzimelor este triada catalitică a cisteinei, histidinei și acidului aspartic. Reacția are loc după următorul mecanism: mai întâi, reziduul de hidroxiacid atașat la coenzima A intră în centrul activ. Acolo are loc un atac nucleofil al atomului de carbon carbonil de către un reziduu de cisteină deprotonat, după care se formează un compus intermediar al enzimei și hidroxiacidului. Polimerul intră apoi în locul activ. Gruparea sa hidroxil terminală atacă atomul de carbon carbonil și formează o legătură cu acesta, după care polimerul crescut cu o unitate părăsește centrul activ.
Cel mai comun PHA este polihidroxibutirat, un poliester al acidului 3-hidroxibutiric. Are caracteristici mecanice destul de slabe: rezistență scăzută și alungire scăzută. În plus, la temperaturi peste 170C, se descompune, iar la temperatura camerei suferă recristalizare, din cauza căreia i se schimbă proprietățile.
Există o mare varietate de polihidroxialcanoați. Ele sunt sintetizate din diverși hidroxiacizi combinați în homopolimeri sau heteropolimeri cu o structură aleatorie. Structura PHA depinde de tulpina de microorganism, de compușii inițiali și de condițiile de creștere. Datorită varietății mari de proprietăți, PHA-urile pot fi utilizate într-o mare varietate de aplicații.
Cu ajutorul metodelor de inginerie genetică, este posibilă creșterea în continuare a diversității naturale a polimerilor. Este posibilă modificarea structurii PHA sintetazelor pentru a obține noi polihidroxialcanoați cu proprietăți dorite sau pentru a crește activitatea acestei enzime. De asemenea, puteți regla metabolismul microorganismelor pentru o producție mai eficientă a produsului. De exemplu, mutanții cărora le lipsesc unele dintre genele responsabile de β-oxidare au o capacitate redusă de a utiliza acizii grași ca sursă de energie, astfel încât aceștia nu sunt defalcați, ci stocați ca PHA. O direcție promițătoare este crearea de microorganisme capabile să utilizeze orice sursă de poluare pentru creștere, de exemplu, deșeuri municipale organice, canalizare, scurgeri de petrol.
Principalul dezavantaj al PHA este costul lor ridicat. Cu toate acestea, această problemă poate fi rezolvată prin îmbunătățirea tehnologiei de producere a acestora, obținerea de noi tulpini de microorganisme. O direcție foarte promițătoare este crearea de microorganisme care utilizează orice tip de deșeu ca sursă de carbon, de exemplu, deșeurile organice menajere sau canalizarea. Acest lucru va permite nu numai obținerea de materiale valoroase ieftin, ci și eliminarea poluării.
O altă problemă este că mulți biopolimeri se descompun bine doar în condiții de compostare, adică la umiditate ridicată și temperaturi peste 60C. În gropile de gunoi se descompun mult mai lent, iar în apa rece de mare aproape că nu sunt supuse degradării. Prin urmare, înlocuirea polimerilor sintetici tradiționali cu cei biodegradabili nu este suficientă pentru a rezolva problema acumulării deșeurilor în mediu. De asemenea, este necesară modernizarea sistemului de management al deșeurilor și creșterea gradului de conștientizare a populației. Acest lucru va necesita o mulțime de resurse economice și timp.
Nu este practic să se facă ambalaje de unică folosință din polihidroxialcanoați, dar utilizarea acestor polimeri în alte domenii este foarte promițătoare.