Biosynthesis and Degradation of Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) in Alcaligenes sp. SH-69

Alcaligenes sp. SH-69에서의 Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) 생합성 및 분해

The cyclic metabolism of poly(3-hydroxyhutyrate-co-3-hydroxyvalerate) synthesized from glucose by Alcaligenes sp. SH-69 in the presence or absence of new carbon substrate was investigated. In batch culture, the content and weight average molecular weight of the copolymer already stored in the cell decreased rapidly when there was no other carbon source available. After the depletion of carbon source, the amount of high molecular weight copolymer decreased more rapidly than that of low molecular weight copolymer, and as a result, average molecular weight distribution shifted to the lower value. The addition of a mixture of glucose and levulinic acid when the initial carbon substrate, glucose, was nearly depleted supported the continual increase in cell mass and the accumulation of poly(3HB-co-3HV) with high molar fraction of 3HV. However, solvent fractionation of the polymer with acetone revealed the degradation of pre-existing polyhydroxyalkanoale (PHA) in parallel with the synthesis of PHA from new carbon substrate. Even though PHAs obtained from each substrate alone were the copolymer of 3HB and 3HV, it was found that the polymer accumulated in the cells grown by sequential feeding was mainly physical mixture of two poly(3HB-co-3HV) copolymers containing different molar fractions of 3HV.

Alcaligenes sp. SH-69에서 탄소원의 고갈 또는 새로운 탄소원의 첨가시 포도당을 단일탄소원으로 하여 생합성된 poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) [poly(3HB-co-3HV)] 공중합체의 물질대사 변화 양상을 조사하였다. 회분배양 과정 중 탄소원이 고갈된 후에는 세포 내에 축척되었던 poly(3HB-co-3HV) 공중합체의 분해가 일어나 고분자 함량의 감소와 함께 무게평균 분자량도 감소하였다. 분해 과정 중에는 저분자량의 PHA에 비하여 상대적으로 고분자량의 PHA양이 크게 감소하여 평균 분자량 분포가 보다 낮은 방향으로 이동되는 양상을 보였다. 이에 반하여 1차 탄소원(기질)으로 사용된 포도당의 고갈 직후 2차 기질로서 포도당과 함께 3HV의 전구물질인 levulinic acid를 혼합기질로 첨가해 주었을 경우, 세포 건체량의 지속적인 증가와 아울러 3HV 함량이 높은 poly(3HB-co-3HV) 공중합체의 합성이 이루어졌다. 그러나 아세톤을 이용한 고분자의 분획 실험 결과, 2차 기질로부터의 poly(3HB-co-3HV) 공중합체의 생합성과 1차 기질로부터 생합성된 공중합체의 분해가 동시에 일어나며, 또한 각 기질로부터 생합성된 고분자가 단지 3HV의 함량이 다른 poly(3HB-co-3HV) 공중합체임에도 불구하고 혼합물 형태로 존재하고 있음을 확인하였다.