Los Poli-hidroxialcanoatos

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Los Poli-hidroxialcanoatos son polímeros biodegradables de naturaleza lipídica que se acumulan en el citoplasma de algunos microorganismos cuando éstos son sometidos a ciertas condiciones de cultivo. Los mismos son el producto de la polimerización/condensación de unidades monoméricas que difieren en el número de átomos de carbono de la cadena principal y en la naturaleza de radicales sustituidos en la misma. Se ha descrito que estos gránulos intracelulares funcionan como almacén energético para la célula, que lo puede reconvertir en material carbonado cuando las condiciones ambientales varían . La mayoría de los PHAs están compuestos por ácidos R(-)3- hidroxialcanoicos (C3- C14) como unidad repetitiva. Hasta el momento se han descrito más de cien unidades monoméricas. La forma más simple y estudiada de los PHAs es el poli b-hidroxibutirato, o PHB

Como se ha dicho, los PHA son polímeros lineales de hidroxiácidos, y se obtienen a partir de microorganismos que los acumulan como sustancias de reserva. Debido a que a veces estos microorganismos son difíciles de cultivar, resulta muy interesante la posibilidad de usar bacterias de laboratorio, mejor caracterizadas, a las que se les ha incorporado por ingeniería genética los genes necesarios para la síntesis de PHA.
De la misma manera, estos genes podrían introducirse en plantas y así abaratar los costos de producción. El PHA más conocido es el polihidroxibutirato (PHB), y el más usado en el envasado de alimentos El polihidroxibutirato (PHB) o ácido polihidroxibutírico es un polihidroxialcanoato (PHA); un polímero perteneciente a la clase de los poliésteres, y fue aislado y caracterizado por primera vez en 1925 por el microbiólogo francés Maurice Lemoigne.

El PHB comienza a acumularse durante la fase exponencial de crecimiento, y continúa acumulándose hasta fase estacionaria temprana, donde se alcanza su concentración máxima. La producción de PHB ha sido investigada en distintos géneros fijadores de nitrógeno: Azotobacter sp, Beijerinckia 5p., Azospirillum sp. y Derxia sp

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El modelo de la micela asume que las enzimas encargadas de la síntesis del polímero (PHA sintasas) se encuentran libres en el citoplasma, y tras oligomerizar y encontrar sustratos adecuados para la polimerización (hidroxiacil-CoA), empezarían a generar cadenas de PHA, que por interacción hidrofóbica tenderían a asociarse, dando lugar a un gránulo incipiente al que progresivamente se unirían los demás elementos constituyentes, como fasinas, despolimerasas, etc.

El segundo modelo, del brote o gránulo incipiente, propone la generación del gránulo a partir de la membrana citoplásmica interna; las PHA sintasas estarían asociadas a esta membrana en regiones localizadas hacia los polos celulares, a partir de la cual se generarían vesículas membranosas englobando el acúmulo de PHA, que terminarían escindiéndose en fases posteriores para formar el gránulo maduro.

Sin embargo el modelo del andamio es el que cuenta con más evidencias experimentales a su favor, gracias a los recientes trabajos publicados por los laboratorios de los doctores Sinskey y Stubbey con el organismo modelo para la producción de PHB Ralstonia eutropha. Según este modelo, las PHA sintasas se anclarían a una estructura citoplásmica sobre la que desarrollarían su actividad, dando origen a nuevos gránulos de PHB.

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Definición, estructura y propiedades de los polihidroxialcanoatos

Los PHA son polímeros de ácidos hidroxialcanoicos que algunas bacterias, arqueas y microalgas acumulan intracelularmente como material de reserva, para usarlo posteriormente como fuente de carbono y energía.

Los polihidroxialcanoatos o ácidos polihidroxialcanoicos (PHAs) son una clase de polímeros, hidrofóbicos clasificados desde el punto de vista químico como polioxoésteres alifáticos, producidos y acumulados por una enorme variedad de bacterias, así como ciertas arqueas, principalmente de la familia. Se estima que más del 30% de las bacterias del suelo son capaces de sintetizar algún tipo de PHA.

La polimerización de los ácidos hidroxialcanoicos, por acción de enzimas intracelulares, tiene lugar mediante condensación del grupo carboxilo de un monómero (ácido hidroxialcanoico), con el grupo hidroxilo del siguiente, formándose un enlace éster de allí que también se les conozca como biopoliésteres. Se acumulan como polímeros líquidos, móviles y amorfos en forma de gránulos que se alojan en el citoplasma microbiano rodeados de una monocapa de fosfolípidos que contiene enzimas polimerasas y despolimerasas. Las investigaciones sobre el proceso de acumulación de PHA indican que el número de gránulos por célula se define en las primeras etapas de acumulación y que la producción del polímero cesa cuando su contenido alcanza cerca del 80 % del peso celular en base seca. Este fenómeno ha llevado a la conclusión de que existen restricciones físicas que impiden a la célula acumular más polímero, a pesar de la disponibilidad de sustrato y actividad de la enzima PHA polimerasa (Wang y Lee 1997). Estas inclusiones se observan bajo el microscopio como gránulos esféricos de diferentes tamaños

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Estas estructuras, de entre 100 y 500 nm, son visibles al microscopio de contraste de fases como glóbulos brillantes, y pueden llegar a representar el 90% del peso seco de la célula productora

Los gránulos nativos de PHA presentan una envoltura superficial que los estabiliza y mantiene el estado amorfo y fluido del PHA en el citoplasma. Esta capa está compuesta mayoritariamente por proteínas, que recubren casi totalmente la superficie del gránulo de PHA. Estas proteínas se encuentran asociadas al polímero principalmente por interacciones hidrofóbicas, y también se ha detectado una pequeña fracción fosfolipídica. Mediante estudios de microscopía electrónica de transmisión se ha calculado que el grosor de la capa externa es de aproximadamente 4 nm, lo que descarta la presencia de una bicapa lipídica (típicamente presentan un grosor en torno a 8 nm) y concuerda precisamente con la existencia de una monocapa, que expondría los grupos polares de los fosfolípidos hacia el citoplasma y las cadenas apolares hacia el núcleo hidrofóbico de PHA. No obstante, la existencia de esta capa lipídica no ha sido corroborada desde las primeras observaciones realizadas en los años 60, debido a la dificultad de determinar la composición exacta de los gránulos nativos de PHA sin romper la membrana de la célula productora. Cualquier método de análisis que implique la lisis celular del organismo productor puede generar artefactos, debido a la diseminación de los fosfolípidos de la membrana tras la rotura, y a la elevada probabilidad de que dichos lípidos se adhieran a la superficie hidrofóbica de los gránulos nativos de PHA durante el proceso de aislamiento

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