【技术分享】降解塑料中的清流！PHA的生物合成途径大全
PBS降解塑料报道
1988年，PHA合成途径的关键基因被发现和克隆，这也标志着代谢工程的开始。PHA的合成途径在罗氏真养菌（Ralstonia eutropha）、拜氏固氮菌（Azotobacterbeijerinckii）等多数微生物中，scl-PHA是从乙酰辅酶A或者丙酰辅酶A开始合成。第一步由β-酮基脂酰辅酶A硫解酶（由phaA编码）催化两个乙酰辅酶A或者一个乙酰辅酶A和一个丙酰辅酶A缩合，产生乙酰乙酰辅酶A或者3-酮基戊酰辅酶A。第二步,由依赖于NADPH的乙酰辅酶A还原酶（由phaB编码）催化立体选择性反应，从乙酰乙酰辅酶A或者3-酮基戊酰辅酶A产生（R）-3-羟基丁酰辅酶A或者（R）-3-羟基戊酰辅酶A。第三步依赖PHA聚合酶（由phaC编码）的作用下将（R）-3-羟基脂酰辅酶A单体聚合，产生PHB或者PHBV，同时释放游离的辅酶A。存在于上述微生物中的PHA聚合酶还能利用4-羟基丁酸（4HB）、4-羟基戊酸（4HV）、5-羟基戊酸（5HV）作为底物合成scl-PHA。这一途径是目前研究最多，分布最广的一条途径，在很多不同种属的细菌中都发现了这条途径。假单胞菌能够利用烷烃、烯烃或者脂肪酸为底物合成单体组成与底物结构直接相关的mcl-PHA。外加长链脂肪酸为碳源时，经β-氧化途径生成各种中间产物，如L-3-羟脂酰辅酶A、烯酰辅酶A、酮脂酰辅酶A等，这些中间代谢物为PHA合成的前体，均可转化为3HA-辅酶A，在P.aeruginosa为代表的的假单胞菌中主要将（R）-烯脂酰辅酶A在烯脂酰辅酶A水合酶（由phaJ编码）的催化下形成PHA的前体（R）-3-羟基脂酰辅酶A，再由PHA聚合酶（由phaC编码）催化聚合形成PHA。1997年，德国Steinbuchel课题组的Qi等人首先将此代谢途径表达到大肠杆菌中。荧光假单胞菌能够从糖基质合成以C10和C8为主的mcl-PHA。糖基质代谢产生的乙酰辅酶A进入脂肪酸从头合成途径，其中间代谢物（R）-3-羟脂酰ACP在（R）-3-羟脂酰ACP：辅酶A酰基转移酶（由phaG编码）的催化下生成PHA的前体（R）-3-羟基脂酰辅酶A（3HA-辅酶A），进一步由PHA聚合酶（由phaC编码）催化生成PHA。深红红螺菌（Rhodospirillum rubrum）可以利用糖基质合成P（3HB）。其代谢途径类似R.eutropha的PHB合成途径，不同的是第二步由依赖于NADH的还原酶将乙酰乙酰辅酶A还原成（S）-3-羟基丁酰辅酶A，然后在两个烯脂酰辅酶A水合酶的催化下，分别经过脱水和水合的过程，转变成（R）-3-羟基丁酰辅酶A，最后聚合成P（3HB）。赤红球菌（Rhodococcus rube）和珊瑚诺卡氏菌（Nocardia Corallina）能从非相关碳源合成含有3HV的PHA。其前体之一的3HV-辅酶A来自一分子的乙酰辅酶A和一分子的丙酰辅酶A，经过类似于R. eutropha途径的硫解和还原途径。利用放射性标记的葡萄糖作为碳源，表明丙酰辅酶A来自于三羧酸循环的中间体琥珀酰辅酶A。糖酵解的产物丙酮酸经羧化形成草酰乙酸，草酰乙酸经过三羧酸循环的逆反应形成琥珀酰辅酶A，再经过异构化形成甲基丙二酰辅酶A，然后脱羧形成丙酰辅酶A。6、烯酰辅酶A水合酶自脂肪酸合成P（3HB-co-mcl-PHA）途径豚鼠气单胞菌（Aeromonas caviae）利用偶数碳脂肪酸或橄榄油为碳源培养时，能够合成含3HB和3HHx单体的聚合物。Fukui等从Aeromonas caviae中克隆得到PHA的生物合成基因：phaC（编码PHA聚合酶）、phaJ（编码烯酰辅酶A水合酶）和phaP（编码Phasin），三者构成pha操纵子。生化研究表明，PhaJ为（R）-构型专一的烯酰辅酶A水合酶，可将丁酰辅酶A转化为（R）-3-羟基丁酰辅酶A，另外还能将己酰辅酶A转化为PHA前体。因此推测豚鼠气单胞菌合成PHA是从脂肪酸氧化途径中的烯酰辅酶A衍生物开始的。这一合成途径也可能存在于深红红螺菌（R. rubrum）中，因为该菌可以从长链脂肪酸合成以C4或C5单体为主，含有少量C6或C7单体的PHA聚合物。在目前已知的天然存在的PHA合成途径中，以上述提到的前三条合成途径为主，需要注意的是同一种微生物体内可能存在一种以上的合成途径.例如恶臭假单胞菌（Pseudomonads putida）中至少存在3种合成3-羟基脂酰辅酶A的途径：（3）乙酸为底物时的乙酰辅酶A与3-羟基脂酰辅酶A缩合的链延伸反应途径
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