Les poly(hydroxyalcanoate)s (PHA) - Les polyesters bactériens

Thèmes abordés

PHA Polyhydroxyalcanoate, médecine, biologie, polyester bactérien, polyester aliphatique, bactérie, production bactérienne, copolymère, granule de PHB, biosynthèse de PHA, voie métabolique, acide gras, dégradation extracellulaire, structure cristalline, modification chimique, Biopol, polymère

Résumé du document

Les polyesters aliphatiques synthétisés par les bactéries ont des propriétés mécaniques modulables intéressantes (qui permettent de remplacer les polymères pétrochimiques) et sont biodégradables à 100%.

Extraits

[...] - 3 - hydroxy . le signifie la chaîne R présente sur le carbone asymétrique (voir diapositives précédentes) PHA à chaîne latérale courte (Ralstonia eutropha et Rhodospirillium rubrum) Les 3 enzymes permettent la synthèse des unités de répétition en présence de différents substrats Substrat : butyrate, acétate, glucose, CO2, méthanol et éthanol On cherche à changer les propriétés du copolymères obtenu pour avoir divers applications Biopol HB Zeneca Bioproducts Source de carbone % HB CH3) % HV = CH2CH3) Acide propionique Acide valérique Acide pentanoïque Acide pentanoïque/Acide butnoïque 90/ 80/ 70/ 60/ 50/ 25/ Acide pentanoïque/glucose 97/ 95/ Exemple du P(HB-HH) produit par Aeromonas caviae Déviation des voies métaboliques impliquant les acides gras PHA à chaîne latérale moyenne 1re voie : voie des Ag PHA polymérase ne reconnaît que la configuration R 2e voie : voie des sucres (réalisée pendant la croissance) À partir des sucres : Voie N°1 PHAs composés majoritairement de monomères constitués de 8 à 10 atomes de carbone On n'obtient pas toujours des homopolymères On obtient aussi des copolymères Certaines bactéries produisent des PHA en passant par les 2 voies On cherche des voies moins coûteuses . [...]

[...] OUI Différence entre le valérate HV et le butyrate HB : quantité de C PHB n'est pas intéressant car Tf très forte donc peu soluble HH = hydroxyl exanoate Différence entre HB et HH : quantité de C supplémentaire. Le polymère de HH est moins cristallin donc la Tf diminue HO = hydroxyl octanoate MODIFICATIONS CHIMIQUES (POSSIBLES) Matériaux sur mesure (cahier des charges)  Modification de l'hydrophilie par Greffage (COOH) Deux démarches : Faire produire le polymère fonctionnalisé par la bactérie Pas très intéressant car coûteux Toxicité vis-à-vis de la bactérie Coûts élevés de substrats Contrôle de la composition délicat Modification chimique sur les chaînes latérales (insaturations) On casse la db liaison pour y incorporer une fonction COOH Nécessite des bactéries qui produisent naturellement des polyesters . [...]

[...] Les poly(hydroxyalcanoate)s (PHA) - Les polyesters bactériens Propriétés mécaniques modulables intéressantes (qui permettent de remplacer les polymères pétrochimiques), biodégradables à 100% Pourquoi les bactéries ?  réserve de carbone et d'énergie chez certaines bactéries lors d'une condition de stress S'accumulent sous forme Polyesters aliphatiques synthétisés par les bactéries de granules lorsque les conditions de croissance sont peu favorables 300 bactéries productrices monomères différents Historique HB = hydroxybutyrate HV = hydroxyvalérate HH = hydroxyexanoate Production bactérienne des PHAs STRUCTURE 3 types Chaînes latérales PRÉSENTATION DES PHAs = COPOLYMÈRES COURTES MOYENNES LONGUES C = 1 à 3 C = 4 à 9 C = 10 à 14 La nature du copolymère dépend de la SOURCE de C des bactéries 3HV = 3 C dans la chaîne principale 4HB = 4 C dans la chaîne principale Glucose + biomolécules à base N Synthèse des constituants nécessaires à leur métabolisme, leur croissance et leur développement Augmentation de la biomasse bloquée Déséquilibre SYNTHÈSE DE PHAs = Réserves intracellulaires d'énergie de carbone Conditions de production : Appauvrissement en un facteur nutritif : appauvrissement de Fe, Mn, et sur-approvisionnement de C Nature et composition dépendent du type de micro-organismes et de la composition du milieu Ex. [...]

[...] Mais elle ne possède pas de PHA dépolymérase Donc stockage sans dégradation Donc production de polymères à chaînes longues Autres méthodes : PRODUCTION DE PHA PAR DES PLANTES 1992, MIT Techniques de transfert de gènes sur des plantes Production de PHB dans plantes (Arabidopsis thaliana) PHAs bien tolérés par les plantes Mais moins rentable que fermentation bactérienne Rendement brut donc beaucoup trop faible finalement . EXTRACTION PAR UN SOLVANT PROCÉDÉS D'EXTRACTION DU POLYMÈRE Utilisation de solvants chlorés (dichlorométhanes, chlorofore) qui vont solubiliser le PHA. On lyophilise d'abord les cellules puis on les dépose dans la cartouche du Soxhlet et on va faire des cycles pour enrichir le solvant en polymère. On va éliminer les lipides par une purification par précipitation (on mélange dans de l'éther, le polymère va précipiter vu qu'il n'est pas soluble) et on obtient finalement 2 phases. [...]

[...] DEGRADATION INTRACELLULAIRE PHA dépolymérase : enzyme intra cytoplasmique située à la surface des granules de PHA Dégradation à l'extérieur du microorganisme Attaque en surface des PHA PHA PHA dépolymérase Oligomères = moins de 10 motifs hydrolase Clivage entre deux unités R Monomères Bilan : Les PHA sont BIODEGRADABLES en présence de ces enzymes surface spécifique motifs en position R propriétés physico-chimiques CO2 dégagé témoigne de la dégradation/ la métabolisation des PHA par les microorganismes Le PHA est d'abord dégradé en oligopolymères puis en monomères donc on met du temps à détecter la quantité de PHA dégradée. Processus long. Biodégradation dans compost du P(HB-HV) PHB = Poly hydroxybutyrate PHV = Poly hydroxyvalérate PHH = Poly hydroxylexanoate PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DES PHA LA STRUCTURE CRISTALLINE 60% de cristallinité Friable Propriétés thermiques et cristallinité modulable + c'est cristallin plus la Tf est élevée Comment modifier la cristallinité des PHA  En introduisant des motifs hydrophiles ou hydrophobes CRISTALLINITE IMPORTANTE POUR LA SOLUBILISATION ? [...]