Polyhydroxyalkanoate

  Polyhydroxyalkanoate (PHA; Polyhydroxyfettsäuren) sind natürlich vorkommende Kopf-Schwanz-Polyester, die von einer Vielzahl von Bakterien (z.B. von Alcaligenes latus) gebildet werden können.   Die Biosynthese wird meist durch bestimmte Mangelbedingungen (z.B. Mangel an den Makroelementen Phosphor, Stickstoff oder Mangel an Spurenelementen, oder aber auch Sauerstoffmangel) und gleichzeitigem Überangebot an Kohlenstoffquellen induziert. Die Polyester dienen den Mikroorganismen als Reservestoff und werden in Form von stark lichtbrechenden Granula intrazellulär abgelagert. Je nach Mikroorganismus und Kultivierungsbedingungen können Homo- oder Copolyester mit den unterschiedlichsten Hydroxyalkansäuren und entsprechend variablen mechanischen Eigenschaften erhalten werden. Der am häufigsten vorkommende Vertreter der PHA ist das Poly(R-3-hydroxybutyrat) ("Polyhydroxybuttersäure", PHB), das nach der Isolierung aus den Bakterienzellen thermoplastisch verarbeitet werden kann und in seinen Materialeigenschaften dem Polypropylen (PP) ähnelt.

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Die Biosynthese des PHB durch Bakterien verläuft im allgemeinen in drei Schritten, die von drei Enzymen katalysiert werden: Zwei Moleküle Acetyl-CoA kondensieren in einer Claisen-Kondensation durch Katalyse der β-Ketothiolase zu Acetoacetyl-CoA, welches in einer stereospezifischen Reaktion durch die NAD(P)H-abhängige Acetoacetyl-CoA Reduktase zu R-3-Hydroxybutyryl-CoA reduziert wird. Dieses dient der PHB-Synthase als Substrat zur Polymerisation zum PHB. Aufgrund ihrer biologischen Abbaubarkeit gelten die PHA als Kandidaten für "Kunststoffe" aus nachwachsenden Rohstoffen, die sowohl für kurzlebige Verbrauchsgüter bis hin zu hochspezialisierten Materialien für den medizinischen Bereich (Implantatmaterialien) eingesetzt werden können.

Literatur

• Doi, Y.: Microbial Polyesters. VCH Publishers Inc., New York 1990
• W. Tänzer: Biologisch abbaubare Polymere. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Stuttgart 2000)
• A. Steinbüchel: Perspectives for biotechnological production and utilization of biopolymers: Metabolic engineering of polyhydroxyalkanoate biosynthesis pathways as a successful example. Macromol. Bioscience 1:1-24 (2001)