Polyhydroxyalkanoáty, PHA (polyhydroxyalkanoáty, PHA) [gr. poly - many, hydr (ogenium) - vodík , oxi (genium) - kyslík a arabština. al-kohl - jemný antimonový prášek, prášek, prach] - polyestery hydroxykyselin, rezervní polymery mikroorganismů (například Alcaligenes eutrophus , Azotobacter chroococcum , Ralstonia eutropha ). Jsou syntetizovány za podmínek nedostatku makro- nebo mikroprvků, například dusíku nebo fosforu, za přítomnosti uhlíku a zdrojů energie. Hromadí se mikroorganismy ve formě granulí a štěpí se podle potřeby. Mají širokou škálu fyzikálních a mechanických vlastností, což umožňuje vyrábět z nich téměř všechny typy polymerních produktů. Jsou dobrou alternativou k tradičním syntetickým polymerům, protože se v prostředí snadno rozkládají.
Biosyntéza PHA je prováděna enzymy PHA syntázy (PhaC). Důležitým rysem těchto enzymů je jejich široká substrátová specifita. Mohou katalyzovat polymeraci mnoha různých hydroxykyselin, takže rozmanitost PHA je skutečně obrovská. PHA syntázy fungují jako dimery. Aktivním centrem enzymů je katalytická triáda cysteinu, histidinu a kyseliny asparagové. Reakce probíhá podle následujícího mechanismu: nejprve zbytek hydroxykyseliny navázaný na koenzym A vstupuje do aktivního centra. Tam dochází k nukleofilnímu útoku na karbonylový atom uhlíku deprotonovaným cysteinovým zbytkem, po kterém se vytvoří meziproduktová sloučenina enzymu a hydroxykyseliny. Polymer pak vstupuje do aktivního místa. Jeho koncová hydroxylová skupina napadá karbonylový atom uhlíku a vytváří s ním vazbu, načež polymer zvýšený o jednu jednotku opouští aktivní centrum.
Nejběžnějším PHA je polyhydroxybutyrát, polyester kyseliny 3-hydroxymáselné. Má spíše slabé mechanické vlastnosti: nízkou pevnost a nízkou tažnost. Navíc se při teplotách nad 170C rozkládá a při pokojové teplotě prochází rekrystalizací, díky které se mění jeho vlastnosti.
Existuje obrovské množství polyhydroxyalkanoátů. Jsou syntetizovány z různých hydroxykyselin spojených do homopolymerů nebo heteropolymerů s náhodnou strukturou. Struktura PHA závisí na kmeni mikroorganismu, výchozích sloučeninách a podmínkách růstu. Vzhledem k široké škále vlastností mohou být PHA použity v široké škále aplikací.
Pomocí metod genového inženýrství je možné dále zvyšovat přirozenou diverzitu polymerů. Je možné změnit strukturu PHA syntáz za účelem získání nových polyhydroxyalkanoátů s požadovanými vlastnostmi nebo zvýšení aktivity tohoto enzymu. Můžete také regulovat metabolismus mikroorganismů pro efektivnější výrobu produktu. Například mutanti, kterým chybí některé geny odpovědné za β-oxidaci, mají sníženou schopnost využívat mastné kyseliny jako zdroj energie, takže se nerozkládají, ale ukládají jako PHA. Slibným směrem je vytváření mikroorganismů schopných využívat k růstu jakékoli zdroje znečištění, například organický komunální odpad, splašky, ropné skvrny.
Hlavní nevýhodou PHA je jejich vysoká cena. Tento problém však lze vyřešit zlepšením technologie jejich výroby, získáním nových kmenů mikroorganismů. Velmi slibným směrem je vytváření mikroorganismů, které využívají jako zdroj uhlíku jakýkoli druh odpadu, například organický odpad z domácností nebo splaškové vody. To umožní nejen levně získat cenné materiály, ale také eliminovat znečištění.
Dalším problémem je, že mnoho biopolymerů se dobře rozkládá pouze za podmínek kompostování, tedy při vysoké vlhkosti a teplotách nad 60C. Na skládkách se rozkládají mnohem pomaleji a ve studené mořské vodě téměř nepodléhají degradaci. Nahrazení tradičních syntetických polymerů biologicky odbouratelnými proto k vyřešení problému hromadění odpadu v životním prostředí nestačí. Nezbytná je také modernizace systému odpadového hospodářství a zvýšení informovanosti obyvatel. To bude vyžadovat mnoho ekonomických zdrojů a času.
Vyrábět jednorázové obaly z polyhydroxyalkanoátů je nepraktické, ale použití těchto polymerů v jiných oblastech je velmi slibné.