پلی هیدروکسی آلکانوئات های با طول متوسط (Medium chain leught pcgy (3hA) گروه بزرگی از پلی استرهای طبیعی هستند که توسط باکتری ها تولید می شوند و تنوع ساختاری بالقوه و بالفعل بالای این پلیمرها باعث افزایش توجه نسبت به تولید اقتصادی آن ها شده است . کنترل مونورهای تشکیل دهنده و استراتژی های مختلف تخمیر که امکان طراحی و ساخت پلیمرهای با ساختار ویژه را فراهم می سازد . علاوه بر آن پلی (3HA) های فعال شده برای تغییرات شیمیایی بیشتر نیز تولید شده اند .
تولید MCLPHA در طبیعت به اعضای از جنس Pseudemenas که متعلق به همولوژی rRNA نوع I هستند محدود می شود . درمیان این جنس گونه های P .flueresceus , .aeruginesa P ، P.oleovorans ،P.lemonnieri ، P . testeroni ، P . puteda ، قرار دارند .
MCL –poly3HA تنها یک نوع پلیمر نیست بلکه خانواده های بزرگی از انواع پلی استرها است که ترکیب و ویژگی های آن با توجه به ترکیب مونورهای در دسترس متفاوت است تاکنون بیش از 100 نوع MCL –poly3HA شناسایی شده اند که دارای مونورهای بین 6 تا 16 کربن و زنجیره های متنوع اشباع ، غیر اشباع ، بدون شاخه ، دارای شاخه‌ی آلیفاتیک ، یا آروماتیک هستند . علاوه بر این ها مونومرهای با انواع گروههای جانبی فعال نظیر اتم های هالوژن ، هیدروکسی ، اپوکسی ، سیانو ، کربوکسیل ، فنوکسیل ، سیانوفنوکسی ، نیتروفنوکسی و همچنین کربوکسیل استری شده قابل پلیمریزه شدن به MCL –poly3HA هستند . تمامی پیوندها به علت خاصیت فضا ویژگی آنزیم های پلیمر از به صورت R می باشند . وزن مولکولی پلیمرها بسته به نوع میکروارگانیسم ، نوع پلیمر و شرایط رشد بین 105 ×2 تا 106 ×3 است .
نقش زیستی
MCL –poly3HA ها به عنوان منابع ذخیره‌ی کربن ، انرژی در باکتری ها عمل می کنند و هنگامی که کربن مازاد بر نیاز در محیط موجود است تولید می شوند . از آنجا که این ترکیبات به صورت پلیمر ذخیره می شوند بنابراین تغییر محسوسی در فشار اسمزی سلول نمی دهند . هنگامی که منبع کربن خارج سلولی کاهش یابد این پلیمرها توسط آنزیم های دپلیمراز درون سلولی تجزیه شده و مورد استفاده قرار می گیرند . تبدیل منابع غذایی اضافه به مواد ذخیره ای دارای ارزش بقا است چون دسترسی میکروارگانیسم های رقیب را به آنها کاهش می دهد .
کارکرد احتمالی دیگری که MCL –poly3HA میتواند داشته باشد در سم زدایی است . ترکیباتی مثل آلکان ها ، آلکانول ها و اسیدهای چرب در غلظت های پایین برای میکروارگانیسم ها سمی محسوب می شوند و حذف سریع آنها از طریق تبدیلشان MCL –poly3HAزیستایی میکروارگانیسم ها را افزایش می دهد .
MCL در مقابل SCL
در طبیعت انواع مختلف poly3HA دیده می شود و هر ناظری کارکردهای متنوع را برای آنها انتظار دارد . هنگامی که منبع غذایی باکتری ترکیبات آلیفاتیک باشند MCL –poly3HA ها فرم مناسبی برای ذخیره سازی هستند . در مقابل SCL – Pcly (3HA) ها در حضور کربوهیدرات بهتر و بهینه تر به نظر می رسند . اگر فرض کنیم که مونورهای poly3HA پس از دپلیمریزه شدن توسط ATP فعال می شوند . دراین صورت به عنوان مثال تبدیل کانوئیک اسید به MCL –poly3HA و سپس تبدیل آن به استیل کوآ نسبت به تبدیل مستقیم آن به استیل کوآ تنها مصرف یک ATP اضافی را می طلبد . در صورتی که اگر پلیمر SCL –poly3HA {poly3HA} باشد 5/2 مولکول ATP باید مصرف شود ( شکل - ) . درکنار صرفه جویی در انرژی توانایی MCL –poly3HA در حفظ قدرت احیا (Reducing power) ی مولکول نیز بیشتر است . تبدیل کانوئیک اسید به 3- هیدروکسی کانوئیک اسید تنها منجر به تولید یک FADH می شود و باقی قدرت احیا در مولکول محفوظ می ماند . در مقابل تبدیل آن به 3- هیدورکسی – بوتیریک اسید معادل NADH 5/1 و FADH 4 تولید می کند و قدرت احیای کمتری را در مولکول باقی می گذارد .
در مقابل SCL –poly3HA ها در صورت استفاده از کربوهیدرات ها منابع ذخیره ی بهتری هستند . این امر بدین خاطر است که تولید MCL –poly3HA از طریق سنتز اسید چرب نیازمند مصرف ATP و قدرت احیای بیشتری است با تجزیه ی آن توسط مسیر بتا – اکسید اسیون .
بنابراین به طور خلاصه در صورت استفاده از سوبستراهای آلیفاتیک MCL –poly3HA یک ترکیب ذخیره ای مناسب و در صورت استفاده از سوبسترا های کربوهیدراتی SCL –poly3HA یک ترکیب ذخیره ای مناسب است .
بیوسنتز و متابولیسم :
همانطور که پیشتر اشاره شد ، نوع مونومرهای تشکیل دهنده ی MCL –poly3HA بستگی به نوع منبع کربن حاضر در محیط دارد . مثلا در P.olecvorans بسته به نوع –n آلکانی که به باکتری داده شود نوع پلیمر محصول متفاوت است . در طی این آزمایشها دیده شده که این آلکان طی از دست دادن گروههای دو کربنه تجزینه شده اند . بنابراین احتمال اینکه مسیر بتا – اکسید اسیون در سنتز MCL –poly3HA دخیل باشد . مطرح شده این نوع نتایج بعدا تائید شده و ژن های مربوط شناسایی شدند . مسیر معمول سنتز MCL –poly3HA از طریق بتا – اکسیداسیون در شکل – آمده است شکل مقابل بتا- اکسیداسیون مسیر بیوسنتز اسیدهای چرب MCL –poly3HA بدین طریق نیز تولید میشود :