Siberian Federal University

Issue

Journal of Siberian Federal University. Biology. 2021 14 (1)

Authors

Kiselev, Evgenii G.; Vasiliev, Alexander D.; Volova, Tatiana G.

Contact information

Kiselev, Evgenii G.: Institute of Biophysics SB RAS FRC “Krasnoyarsk Science Center SB RAS” Krasnoyarsk, Russian Federation; Siberian Federal University Krasnoyarsk, Russian Federation; ; ORCID: 0000-0003-4472-7087; Vasiliev, Alexander D.: Siberian Federal University Krasnoyarsk, Russian Federation; L.V. Kirenskii Institute of Physics SB RAS FRC “Krasnoyarsk Science Center SB RAS” Krasnoyarsk, Russian Federation; Volova, Tatiana G.: Institute of Biophysics SB RAS FRC “Krasnoyarsk Science Center SB RAS” Krasnoyarsk, Russian Federation; Siberian Federal University Krasnoyarsk, Russian Federation; ORCID: 0000-0001-9392-156X

Keywords

polyhydroxyalkanoates (PHAs); biosynthesis; precursor substrates; copolymers; physicochemical properties

Abstract

В культуре бактерий Cupriavidus necator B10646 в режиме синтеза резервных полигидроксиалканоатов при включении в состав ростовой среды, помимо основного субстрата, глюкозы, субстратов-предшественников различных мономеров монокарбоновых кислот – солей валериановой и гексановой кислот, пропионата, γ-бутиролактона, синтезировано семейство трех- и четырехкомпонентных полимеров с различным набором и соотношением мономеров и исследованы физико-химические свойства. Трехкомпонентные образцы были образованы мономерами 3-гидроксибутирата (3ГБ), 3-гидроксивалерата (3ГВ), 4-гидроксибутирата (4ГБ) или 3-гидроксигексаноата (3ГГ) и имели следующие составы: П(3ГБ/3ГВ/4ГБ) и П(3ГБ/3ГВ/4ГГ); четырехкомпонентные сополимеры имели состав П(3ГБ/3ГВ/4ГБ/3ГГ). Все сополимерные образцы, независимо от состава и соотношения мономеров, обладали сниженными значениями молекулярной массы и повышенными значениями полидисперсности по сравнению с высококристалличным гомополимером 3-гидроксибутирата, но сохраняли свойства термостабильности, имея разрыв между температурой плавления и термической деградации не менее 100-110 °С. Включение в С-цепь 3ГБ мономеров 3ГВ, 4ГБ и 3ГГ вызывало значительные изменения соотношения кристаллической и аморфной фаз и снижение степени кристалличности (Сх), зависящие от типа мономеров и их содержания в сополимере. Максимальное снижение Сх (до 9-17 %) зарегистрировано у трехкомпонентных образцов П(3ГБ/3ГВ/4ГБ), у четырехкомпонентных сополимеров П(3ГБ/3ГВ/4ГБ/3ГГ) – до 30-36 %. Доказана возможность синтеза полимеров разного, в том числе нового, состава, существенно различающихся базовыми свойствами

Cupriavidus necator B10646 bacterial cells were cultivated in the mode of synthesis of the reserve polyhydroxyalkanoates (PHAs) in the growth medium that contained, in addition to glucose as the main substrate, precursor substrates of the monomers of various monocarboxylic acids – salts of valeric and hexanoic acids, propionate, and γ-butyrolactone. PHA terpolymers and quaterpolymers with different compositions and proportions of monomers were synthesized, and their physicochemical properties were studied. The terpolymers were composed of monomers of 3-hydroxybutyrate (3HB), 3-hydroxyvalerate (3HV), 4-hydroxybutyrate (4HB), or 3-hydroxyhexanoate (3HHx) and had the following compositions: P(3HB/3HB/4HHx) and P(3HB/3HV/4HHx). The quaterpolymers had the following composition: P(3HB/3HV/4HB/3HHx). All copolymer samples, regardless of the composition and proportions of monomers, had lower molecular weights and higher polydispersity values compared to the highly crystalline 3-hydroxybutyrate homopolymer, but retained thermal stability properties, with a difference between the melting point and thermal degradation of at least 100-110 °С. The inclusion of 3HV, 4HB, and 3HHx monomers in the C-chain of 3HB caused changes in the crystalline to amorphous phase ratio and a significant decrease in the degree of crystallinity (Cx), which depended on the type of monomers and their contents in the copolymer. The maximum decrease in Cx (9-17 %) was detected in the P(3HB/3HV/4HB) terpolymer and the P(3HB/3HV/4HB/3HHx) quaterpolymer (30-36 %). The study confirms that there is the possibility of synthesizing polymers with various compositions, including new ones, which differ significantly in their basic properties

Pages

97–113

DOI

10.17516/1997-1389-0325

Paper at repository of SibFU

https://elib.sfu-kras.ru/handle/2311/135535

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License (CC BY-NC 4.0).