Ферментативная деградация биопластиков

Микроорганизмы, продуцирующие и хранящие ПГА в условиях ограниченного количества питательных веществ, могут деградировать и метаболизировать его, когда ограничение снимается [47]. Однако способность накапливать ПГА не обязательно гарантирует способность разлагать его в окружающей среде [48]. Отдельные полимеры слишком велики, чтобы транспортироваться непосредственно через клеточную стенку бактерий, поэтому бактерии должны выделять внеклеточные гидролазы, способные превращать полимеры в соответствующие мономеры гидроксильных кислот [47,48].

Продуктом гидролиза ПГБ является бета-гидроксимасляная кислота (49), в то время как внеклеточная деградация ПГВ дает как 3-гидроксибутират, так и 3-гидроксивалерат [44]. Мономеры растворимы в воде, но достаточно малы, чтобы пассивно диффундировать через клеточную стенку, где они метаболизируются β-окислением и циклом трикарбоновых кислот с образованием углекислого газа и воды в аэробных условиях [50]. В анаэробных условиях также образуется метан [44]. В целом, при деградации ПГА не образуется вредных промежуточных продуктов или побочных продуктов [43], как показано на рисунке 9.

Рисунок 9. Биодеградация полигидроксимасляной кислоты [54]

Ферментативная деградация полимеров путем гидролиза представляет собой двухэтапный процесс, при котором фермент связывается с полимерным субстратом, а затем впоследствии катализирует внутриклеточные и внеклеточные деполимеразы в ПГБ/ПГВ-деградирующих бактериях и грибах. Внутриклеточная деградация - это гидролиз эндогенного углеродного резервуара самими накапливающими бактериями, в то время как внеклеточная деградация относится к использованию экзогенного источника углерода, но не обязательно накапливающими микроорганизмами [51].

Полигидроксиалканоат-деградирующие микроорганизмы выделяют ПГА-деполимеразы, которые внеклеточно гидролизуют полимер до водорастворимых продуктов и используют продукты гидролиза в качестве источников углерода и энергии для роста [52,53].