polihidroxialcanoatos

1. María de los Ángeles del Río Herrero

2. Plásticos.
Definición, Características, Origen.
Clasificación, Aplicaciones, Problemas.
Biopolímeros.
Definición, Clasificación, Normativa, Usos.
Polihidroxialcanoatos.
- Definición. Funciones. Clasificación.
- Historia.
- Propiedades y aplicaciones.
- Producción y biosíntesis.
Rutas de síntesis, Genes implicados.
Microorganismos nativos, modificados genéticamente y plantas.
- Sustratos económicamente viables.
- Proceso de fermentación.
- Aislamiento y purificación.
- Biodegradación.

4. PLÁSTICO Del griego
"Plastikos", "Capaz de ser Moldeado".
Materiales poliméricos orgánicos que son "plásticos", es decir, que
poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de
elasticidad y flexibilidad y pueden moldearse y adaptarse a una
forma deseada por medio de extrusión, moldeo o hilado.

5. CARACTERÍSTICAS
∙ Baratos. ∙ Baja densidad
VENTAJAS
INCOVENEINTES
∙ Aislantes eléctricos. (Impactos de
∙ Aislantes térmicos. flotabilidad).
∙ Resistentes a la ∙ No biodegradables
corrosión y a estar a la ni fáciles de reciclar.
intemperie . ∙ Limitada resistencia
∙ Resistentes a muchos al calor.
factores químicos. ∙ Difícil reparación de
∙ Fáciles de trabajar. una pieza plástica.
∙ Inertes (Envasados ∙ Quema muy
seguros). contaminante.
∙ Livianos. ∙ Recalcitrantes.
∙ Maleables a Baja
temperatura.
∙ Versátiles.
∙ Propiedades de Barrera.

6. Cómo surgieron…
Resultado de un concurso realizado en 1860 por el fabricante estadounidense de bolas de
billar Phelan and Collander quien ofreció una recompensa de 10.000 dólares a quien
consiguiera un sustituto aceptable del marfil natural, para la fabricación de bolas de billar.
Wesley Hyatt desarrolló un material llamado celuloide (nitrato de celulosa de baja nitración
tratado previamente con alcanfor y una cantidad mínima de disolvente de alcohol).
Plásticos a partir de resinas de origen vegetal.
1839, Charles Goodyear: primera resina semisintética, el hule vulcanizado.
1910, Leo Baekeland: primer polímero completamente sintético comercializado, la resina
formaldehido Bakelita.
Años 20, Staundinger: término de macromolécula para describir los polímeros.
" Los polímeros están compuestos por numerosas moléculas grandes que contienen grandes
secuencias de unidades simples unidas entre sí por enlaces covalentes ".
Crecimiento de la industria petroquímica Auge en el desarrollo de plásticos derivados
del petróleo.

7. Clasificación según su
comportamiento frente al calor:
Termoplásticos
• A temperatura ambiente es deformable, se derrite a líquido
cuando es calentado y se endurece cuando es suficientemente
enfriado.
• Resinas celulósicas, Polietilenos, PVC, Metacrilatos…
Termoestables
• Tras el proceso de calentamiento-fusión y formación-solidificación
se convierten en materiales rígidos que no vuelven a fundirse.
• Polímeros del fenol, Resinas epoxi, Baquelita…
Elastómeros
• Propiedades elásticas a la temperaturas de uso. Cuando se
someten a tensión se alargan, pero cuando se suspende la
tensión recuperan su forma original.
• Neopreno, Siliconas, Poliuretanos, Poliisoprenos, Cauchos...

8. APLICACIONES
2008: Producción anual
global: 245Mt
Actualidad: 350 Mt
Consumo mundial: 30 kg/per cápita-año
Europa: 60 kg/per cápita-año
Oeste de Europa: 99 kg/per cápita-año
América: 80 kg/per cápita-año
India: 2 kg/per cápita-año
Para el 2050: ≃90 kg/per cápita-año

9. Incineración: incremento CO2 en la Reciclaje: Difícil manejo, recolección
atmósfera y liberación de compuestos y procesamiento.
químicos muy peligrosos: dioxinas, No pueden ser reciclados
cloruro y cianuro de hidrógeno. indefinidamente.
No todos son reciclables.
Relleno sanitario: Grandes áreas
disponibles, obras, drenajes,
sistemas de aireación.
España: consumo: 5 Mt/año –
reciclaje: 700.000 T ( AIMPAS)
95% residuos - rellenos sanitarios

10. "Gran Parche de Basura del Pacífico"
Compuestos tóxicos
contaminantes (bifenilos
policlorados, diclorodifenil
dicloroeteno, nonifenoles):
bioacumulación y entrada
en la cadena alimenticia.
Más de 6,4 Mt de plástico llegan cada año a las
profundidades de los océanos.
PNUMA : hay más de 13.000 fragmentos de desechos
plásticos flotando sobre cada Km2 del océano.

11. Descomposición de productos
orgánicos: 3 ó 4 semanas.
Plásticos: hasta 500 años.

13. BIOPOLÍMERO o BIOPLÁSTICO (BLP)
Material polímero fabricado a partir de recursos naturales
renovables, que no es fósil, que se degrada rápidamente,
se puede compostar y es completamente biodegradable.

14. CLASIFICACIÓN

15. Norma europea EN 13432
a) Biodegradabilidad: biodegradable si más del 90% de su
masa se convierte en CO2 y agua H2O en 6 meses.
b) Desintegración: si más del 90% del polímero debe
desintegrarse en piezas de menos de 2 mm en 3 meses de la
industria de compostaje.
c) Contenido en metales pesados:
d) Ecotoxicidad: El compost de residuos no debe
ejercer ningún efecto tóxico sobre la germinación
de las plantas y el crecimiento.

16. Happy Mais: juguetes ecológicos.
Goodyear: cubiertas de neumáticos.
Nestlé: bandeja para el empaquetado de chocolates, "Dairy
Box" fabricada con resina de almidón.
Fujitsu: primer ordenador biodegradable del mundo, con una
carcasa íntegramente de resinas vegetales.
Sony: carcasa para Walkman, discos DVD en formato Blu-ray
Toyota: alfombrillas para automóviles.
Coca-Cola Co.: vasos desechables.
PepsiCo Inc.: bolsas biodegradables para snacks.
Toneladas España: Sphere: resinas BIOPLAST.
2007 - 282.000
2008 - 510.000 Samsung: Eco Phone.
(Plásticos: 245 Mt)
2009 - 766.000
2010 - 1.100.000
2011 - 1.502.000
2013 -- 2.32Mt
2020 -- 3.45Mt
De 2,5 a 10 veces
mas caros.

18. Polímeros lineales de (R)-3- hidroxiácidos en los que el
PHA grupo carboxilo de un monómero forma un enlace tipo
éster con el grupo hidroxilo del monómero siguiente.
Intracelularmente en
formas de cuerpos de
inclusión.
Monocapa fosfolipídica (PM).
Tamaño: 0.2 - 0.5 μm
8-10 gránulos por célula.
Peso molecular 2 105 - 3 106 Da
Acumulación: hasta el 90% de su peso seco.

19. Funciones PHA:
- Estrategia para incrementar la supervivencia en
ambientes cambiantes (fuente de carbono y
energía en condiciones de escasez de
Producidos bajo condiciones nutrientes).
desbalanceadas de cultivo: - Fuente de carbono y energía para el
enquistamiento (Azotobacter sp.).
Exceso de fuente de C y
limitación de algún elemento - Esporulación (Bacillus sp.).
esencial (N,S,O,P o Mg).
- Protección del complejo nitrogenasa en las
bacterias fijadoras de nitrógeno (actúa como
compuesto oxidable).
- Constituyente de la membrana citoplasmática.
- Degradación de compuestos tóxicos.
" POLÍMEROS DOBLEMENTE VERDES "
Por su origen de fuentes renovables y por el
hecho de ser biodegradables.

20. CLASIFICACIÓN
PHAs de cadena corta (SCL):
(R)-hidroxialcanoatos con monómeros de 3-5 carbonos.
Termoplásticos con alto grado de cristalización, pero poco flexibles.
PHAs de cadena media (MCL):
(R)-hidroxialcanoatos con monómeros de 6-14 carbonos.
Hidrofóbicos, elásticos, con bajo grado de cristalización (elastómeros semicristalinos
termoplásticos) y con baja temperatura de fusión.
SCL-MCL PHAs (Copolímeros):
Dos o más tipos de hidroxiácidos, monómeros de 4-14 carbonos.
Propiedades físicas en función de la composición de monómeros.

21. PE-HD: polietileno de
alta densidad
PE-LD: polietileno de
baja densidad
PS: poliestireno
PHB: sustituto potencial del PP, del PE-HD, del PS y del ABS: acrilonitrilo-
ABS. butadienestireno
PET: polietileno
mcl-PHAs y copolímeros: sustitutos del PE-HD, del PE- tereftalato
LD y del PP. En menor proporción sustitutos del PVC, PP: polipropileno
PUR: poliuretano
del PET y del PUR.
PVC: cloruro de
polivinilo
PHBcoHV: propiedades semejantes al PE-HD.

23. 1988 Beijerinck: Observación de gránulos de PHAs en bacterias a
través del microscopio.
1926 Lemoigne: Descubrimiento del primer PHA, el PHB producido por
Bacillus megaterium.
1958 Williamson y Wilkinson: Acumulación de poli-β-hidroxibutirato en
Bacillus megaterium cuando la relación glucosa/nitrógeno en el medio
de cultivo no se encuentra en equilibrio y degradación cuando hay
deficiencia de fuentes de carbono o energía.
1962 J. N. Baptist: Primera patente de PHB en EEUU.
1964 Identificación del ácido 3-hidroxi-2-butenóico producido por
Nocardia.
1974 Wallen y Rohdwedder: Otros PHAs: ácido 3-
hidroxivalérico, ácido 3-hidroxihexanóico y ácido 3-
hidroxiheptanóico.

24. 1976 Imperial Chemical Industries Ltd. (ICI): Estudios para la producción de P3HB a
partir de Ralstonia eutropha.
1982 ICI: Primer biopoliéster de uso comercial, BiopolTM (copoliester de
hidroxibutirato e hidroxivalerato), a partir de glucosa y ácido propiónico.
Procter & Gamble y Kaneka Corporation: Nuevos PHA, NodaxTM (copolímero
de hidroxibutirato e hidroxihexanoato).
Mediados de los 90s ICI: Venta de sus biopolímeros a la compañía Monsanto.
2001 Metabolix: Adquisición de los activos de Monsanto.
1983 De Smet et al: Descubrimiento de una cepa de Pseudomonas oleovorans
(ATCC 29347) productora de PHB.
Actualidad: Uso biomédico de los PHAs: Ingeniería de tejidos.

25. Actualidad: 150 monómeros
diferentes de PHAs.
China: + investigaciones, 50%
empresas productoras.
Tepha: Investigación biomédica.

27. PROPIEDADES
Insolubles en agua.
Biodegradables.
Bioreabsorbibles.
Biocompatibles
Endógenos.
Fotoresistentes.
Resistentes al calor.
Termo-moldeables.
Hidrofóbicos.
No tóxicos.
Resistentes a químicos.
Estables ante los rayos UV.
Barrera a la luz.
Barrera a gases (O2, CO2, C2H4).
Barrera al vapor de agua.
Barrera a la pérdida de aromas y sabores.
Alto grado de polimerización (del orden de 105 a 107 Da).
Pueden ser moldeados, fundidos y conformados como los plásticos.

29. Matrices liberadoras de sustancias:
Agricultura: Liberación de compuestos
químicos de manera dosificada para
aplicación de fertilizantes, fungicidas,
herbicidas, insecticidas…
Biomedicina: Implantes con fármacos
microencapsulados para su liberación
MEDICINA controlada.
Vendas hechas con fibras de PHA PHBV ⇨ Ácido R-β-hidroxibutírico: 3-10 mg/100ml
para el tratamiento de heridas. sangre
Generación de implantes e injertos. PHB ⇨ Ácido R-3-hidroxibutanoico: 0.3-1.3 mM.
Sutura. Albúmina , lipoproteínas de baja densidad de la
Reparadores de menisco. sangre…
Grapas.
Tornillos. P4HB ⇨ Ácido 4-hidroxibutanoico.
Recubrimiento de huesos. Cerebro, riñón, corazón, hígado, pulmón y músculo.
Parches cardiovasculares. ⇨ 4HB: Anestésico intravenoso, tratamiento de
Barreas de adhesión. narcolepsia, tratamiento de adicciones alcohólicas.
Reparación de cartílago articular.
Guías de nervios. mcl-PHAs
Reparación de tendones.
Precursores de moléculas con
Válvulas de venas.
propiedades
Injertos de tendón y ligamento.
antireumáticas, analgésicas, radiopot
Sustitución de piel.
enciadores, antitumorales.
Sustitución de huesos.
Biopelículas y soportes de
Hemostatos.
fármacos, nuevas suturas y soportes
regenerativos de tejidos vasculares.

31. VÍAS METABÓLICAS:
PHAscl:
∎ Degradación de azúcares
(Acetil CoA por descarboxilación
oxidativa del ácido pirúvico)
PHAmcl:
∎ Degradación de ácidos grasos
por β-oxidación.
∎ Biosíntesis de ácidos grasos
de Novo.

32. scl-PHAs
∎ Degradación de azúcares.
1) Condensación de 2 moléculas de tioésteres catalizada por su respectiva
enzima cetiolasa.
- Glucosa y ácido acético: Condensación de 2 moléculas de acetil-CoA
provenientes de la descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico para producir
acetoacetil-CoA.
Enzima: β-cetotiolasa ⇨ gen phaA.
-Ácido butírico: Tioéster: S-3-hidroxibutiril-CoA, condensación a acetoacetil-CoA.
- Glucosa y ácido propiónico: Condensación de 2 tioésteres diferentes: Acetil-CoA
y propionil-CoA para producir 3-ketovaleril-CoA.
Enzima: 3-ketiolasa ⇨ gen bktB.
2) Reducción del acetoacetil-CoA a (R)-3-hidroxibutiril-CoA por la enzima
acetoacetil-CoA dehidrogenasa o reductasa dependiente de NADPH ⇨ gen phaB.
3) Polimerización de los monómeros (R)-3-hidroxibutiril-CoA por acción de la
enzima PHA sintasa ⇨ gen phaC.

33. mcl-PHAs
∎ Degradación de ácidos grasos por β-oxidación.
A partir de ácidos alcanoicos o ácidos grasos.
Conversión a ésteres CoA.
Vía de β-oxidación.
Generación de intermediarios de 3-hidroxiacil-CoA.
β-oxidación: Isómeros S de 3-hidroxiacil-CoA vs PHA sintasa: Isómeros R de 3-
hidroxiacil-CoA.
Enzimas S ⇨ R:
- Epimerasa 3-hidroxiacil-CoA: Conversión reversible de S y R isómeros de 3-
hidroxiacil-CoA.
- 3-cetoacil-CoA reductasa.
∎ Biosíntesis de ácidos grasos de Novo.
A partir de intermediarios 3-hidroxiacil-ACP de la ruta de biosíntesis de ácidos
grasos de Novo.
PhaG: enzima con actividad 3-hidroxiacil-CoA-ACP transferasa : Conversión de
intermediarios 3-hidroxiacil-ACP a 3-hidroxiacil-CoA.

35. Producción de PHAs
IN VITRO:
A partir de lactona, ácido hidroxialcanóico o 3-hidroxiacetil-CoA, empleando enzimas
aisladas: lipasas, esterasas y/o proteasas.

37. phaA: β-cetotiolasa
phaB: Acetoacetil-CoA reductasa
phaC: PHA sintasa

38. phaC: PHA sintasa
Preferencia por los SCL.
Chromatium vinosum, Thiocystis violacea,
Thiocapsa pfennigii (scl y mcl) y Synechocystis
sp. PCC6803.
ENZIMA CLAVE.
Conversión estéreo-selectiva de sustratos (R)-3-hidroxiacil-CoA
a PHAs con liberación de CoA.
Unida a la superficie de los gránulos de PHA.

39. Alcaligenes latus, Pseudomonas acidophila,
Ralstonia eutropha y Acinetobacter spp.:
Genes phaCAB en tándem en el cromosoma.
C. vinosum, P. acidophila, R. Zoogloea ramigera, Paracoccus denitrificans
eutropha, R. meliloti y T. violacea: y Rhizobium meliloti:
Gen phaF: Regulación PHA. Gen phaC y operón phaAB interrumpidos.
Chromatium vinosum, Thiocystis
vinolaceae y Synechocystis sp. PCC 6803:
2 genes, phbE y phbC, codifican las 2
subunidades de la PHA polimerasa.
phaEC and phaAB en el mismo loci pero
en orientaciones opuestas.
Aeromonas caviae:
Gen phaC acompañado del gen phaJ
(enoil-Coa hidratasa), que proporciona
monómeros al enzima.
Pseudomonas oleovorans y P.
aeruginosa:
Operón phaC1ZC2D.
Sintasa: 2 genes phaC: phaC1 y
phaC2, separados por el gen phaZ
(depolimerasa).

40. phaP: Phasins
Proteínas anfipáticas estructurales no
catalíticas asociadas a la superficie de
los gránulos de PHAs.
Afectan al tamaño, a la forma intracelular del
gránulo, a la pureza, al número de gránulos
y a su estabilidad citoplasmática.
Impiden que otras proteínas puedan
asociarse inespecíficamente.
Composición inclusiones de
Interacción: Proteínas no catalíticas con P3HB de B. megaterium:
proteínas enzimáticamente activas ⇨ Velocidad 97.7% P3HB
de producción de PHA. 1.87% Proteínas
0.46% Lípidos

42. Factores para la selección de los
microorganismos:
Habilidad de la célula para crecer en
fuentes de carbón económicas.
Tiempo de generación.
Velocidad de síntesis del polímero.
Cantidad máxima posible de acumulación
del polímero.

43. Ralstonia eutropha
Otros sustratos:
CO2
Ácido 4-hidroxibutírico
Ɣ-butirolactona
1,4-butanodiol

44. Rhodopseudomonas rubrum
2 enol-CoA hidratasas.
L-(+)-3-hidroxibutiril CoA ⇨ D-(-)-3-hidroxibutiril CoA

45. Pseudomonas pertenecientes
al grupo I de homología rRNA
P. Oleovorans y P. fragii
β-oxidación de ácidos grasos de
alcanos, alcanoles y ácidos alcanoicos.

46. Pseudomonas pertenecientes
al grupo II de homología rRNA
Pseudomonas aeruginosa, P.
aureofaciens, P.
citronellolis, P. putida y P.
mendocina.
Intermediarios de la 3-hidroxiacil-ACP
de la ruta de biosíntesis de ácidos
grasos de Novo.

48. PROBLEMAS MICROORGANISMOS NATIVOS
Tiempo de generación largo.
Tª de crecimiento relativamente bajas.
Difíciles de lisar.
Poseen enzimas que degradan el polímero acumulado.
PROBLEMAS
E. coli No posee la capacidad de sintetizar
PHAs ⇨ expresión de genes pha.
Necesarios vectores de expresión
estables con un alto número de
copias.
VENTAJAS
Microorganismo modelo, ideal para su uso en fermentaciones.
Tempo de generación corto.
Fácil de lisar.
Fisiología, bioquímica y genética muy estudiadas
No posee enzimas que degraden PHAs.
Capaz de usar sustratos económicos.
Herramientas disponibles para ingeniería genética.
Organismo adecuado para ensayos previos al traspaso de los genes pha a
plantas.

49. E. Coli recombinante con operón phaCAB de R. eutropha.
E. Coli mutantes fadA y fadB ⇨ Acumulación intermediarios
β-oxidación. Introducción phaC (mcl-PHA sintasa) de
Pseudomonas aeruginosa.
Acil-CoA deshidrogenasa

51. Ventajas:
Cultivos en grandes cantidades.
Económico: Luz solar, agua, CO2
Problemas: atmosférico, nutrientes minerales.
Metabolismo vegetal compartimentalizado ⇨ Expresión de genes
pha en el compartimiento celular con mayor [acetil-CoA].
Interferencia en el crecimiento de la planta.

52. β-cetotiolasa endógena. (mevalonato ⇨ isoprenoides)
3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA
Acetil-CoA carboxilasa
A.thaliana:
phaB y phaC de R. eutropha. Zea mays L.
Promotor constitutivo 35S del virus del mosaico Nicotiana tabacum L.
de la coliflor. Brassica napus.
0.1% dwt Patata.
Problemas en el crecimiento de la planta. Fibras de algodón: 0.34% PHB.

53. A.thaliana:
- Genes individuales: 14% dwt. Clorosis en las hojas.
- Triple construcción genómica: 40% dwt. Alteraciones
morfológias, enanismo, no producción de semillas.
No cetotiolasa endógena.
Alfalfa (0.18%)
Tabaco (1.7%, crecimiento
retardado y esterilidad)
Treonina deaminasa (E.coli)
Copolímeros:
A.thaliana: 1.6% dwt.
B.napus: 2.3% dwt
(6%mol HV).

54. Maíz: 2% dwt
A. thaliana: phaC1 de P. aeruginosa.
Señal de transporte a peroxisomas: últimos 34 aás
de isocitrato liasa de B. napus.
mcl-PHAs con monómeros de 6-16 C
Peroxisomas más grandes.
Crecimiento no afectado.

55. Introducción de genes de R. eutropha en Arabidopsis thaliana ⇨14% dwt
Otras plantas transgénicas: Colza: almacena altas cantidades de aceites.
Incremento de la producción: 20 - 40% dwt ⇨ Reducción del coste a 0.20
dólares.
Monsanto: P(3HB-co-3HV) en plastidios de A. thaliana y Brassica napus.
Otros sistemas de producción de PHAs:
- Insectos: Spodoptera frugiperda.
- Levaduras: Saccharomyces cerevisiae.
- In vitro con PHA sintasas purificadas.
- Cianobacterias.

57. Precio no
competitivo.
Bioplásticos: de 2,5 a 10 veces más caros que los
plásticos convencionales.
PP y PE: 0.25-0.90 dólares/kg
Biopol™ ⇨ 1990: 16 dólares/kg
⇨ Actualidad: 4 dólares/kg
Coste materia prima: 20%-50% del coste
total de producción.
Objetivo: Abaratar el coste de producción
de PHAs.
⇨ Utilización de fuentes de carbono
económicas.
Residuos agroindustriales.
⇨ Aprovechamiento de subproductos que
además suponen un gasto en su eliminación.

58. MELAZAS
Producto líquido espeso
derivado de materiales ricos
en azúcares como la caña
de azúcar y la remolacha
azucarera.
RESIDUOS DE LA INDUSTRIA LÁCTEA
Lactosuero: subproducto generado
durante la producción de queso, rico en
nutrientes fermentables tales como la
lactosa, lípidos y proteínas solubles.

59. ÁCIDOS GRASOS
Por ejemplo, triacilglicéridos
vegetales.
RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS
Representan el mayor componente de
los residuos agrícolas y desechos
agroindustriales.
- Sometidos a pretratamientos para
obtener una solución de azúcares
fermentables.
- Algunos microorganismos tienen la
capacidad de utilizar directamente estos
residuos hidrolizados.

60. GLICEROL CRUDO
Subproducto del proceso de
producción de biodiesel.
Compuesto principalmente de
glicerol, ácidos grasos
libres, metilésteres de ácidos grasos
y algunas trazas de sales.

62. Cultivo fed-batch de dos etapas.
1ª fase: CRECIMIENTO CELULAR
Medio enriquecido para obtener la mayor
cantidad de biomasa posible.
2ª fase: PRODUCCIÓN
Crecimiento detenido y disminución de
algunos nutrientes esenciales asociados
con el crecimiento celular (N,S,O,P o
Mg).
⇨ Potencia la síntesis de PHAs.

63. Tipos de microorganismos en función de las condiciones de cultivo que
requieren para la síntesis de PHA:
Requieren de limitación de un nutriente esencial y de un exceso de
carbono. Alcaligenes eutrophus, Protomonas extorquens, y Protomonas
oleovorans.
No requieren de limitación de nutrientes y pueden acumular el polímero
durante el crecimiento.
Alcaligenes latus, un mutante de Azotobacter vinelandii y E. coli
recombinante.
Rendimiento: Tª, pH, relación carbono/nitrógeno, [sustratos], [elementos
trazas], [iones], intensidad de agitación y oxígeno disuelto.
Costes: Aireación y Tª del proceso.
Optimización de los procesos de fermentación:
∎ Disminución de requerimientos de calor y aireación.
Uso de microorganismos anaerobios o microaerobios.
Modificación genética para disminuir la dependencia al oxígeno.
∎ Mejora del rendimiento de los microorganismos.
Aumento del rendimiento de conversión de sustrato a PHA.
Disminución de los tiempos de operación.

65. Proceso de separación:
Pretratamiento, extracción y
purificación.
Pretratamiento:
Para debilitar la membrana celular.
Con calor, álcalis, sales o por
congelación.
Extracción:
Destrucción de la membrana
celular y disolución del PHA en
solventes.

66. Procesos de separación
EXTRACCIÓN CON SOLVENTES:
Modifica la permeabilidad de la membrana celular y disuelve el PHA.
Solventes: Hidrocarburos clorados (cloroformo, 1,2-dicloroetano, cloruro de metileno), solventes de
carbonatos cíclicos (cabonato de propileno y etileno), solventes halogenados (cloroetanos y
cloropropanos), solventes no halogenados, alcoholes, ésteres, amidas y cetonas.
Problemas: Grandes cantidades de solvente por gramos de PHA extraído. Repercusiones
ambientales y en la salud humana.
DIGESTIÓN:
Química: Uso de agentes químicos para destruir los componentes de la membrana celular.
Agentes químicos: Biosurfactantes, hipoclorito de sodio, hipoclorito de sodio, cloroformo, surfactante
hipoclorito...
Enzimática: Uso de enzimas para degradar la membrana celular.
Enzimas proteolíticas: Alta especificidad y pocos efectos sobre la degradación de PHA.

67. DISRUPCIÓN MECÁNICA:
Disrupción con molino de bolas, homogenización a alta presión, disrupción con
ultrasonido, centrifugación o tratamientos químicos.
EXTRACCIÓN CON FLUIDOS SUPERCRÍTICOS:
CO2: Fluido supercrítico más usado ⇨ baja toxicidad y reactividad, Tª y P crítica
moderada, disponibilidad, bajo costo y no es inflamable.
Combinada con pretratamientos con NaOH o sales.
LIBERACIÓN ESPONTÁNEA:
Especies Escherichia coli recombinante.
Purificación mediante centrifugación y/o lavado con agua destilada.

69. Microorganismos productores de PHAs: depolimerasa intracelular.
(Proceso lento, degradación 10x< síntesis).
Otros microorganismos (bacterias Gram positivas, Gram negativas,
actinobacterias y hongos) con enzimas extracelulares.
FACTORES
Condiciones aerobias: CO2 y H2O
Condiciones anaerobias: Metano Actividad microbiana.
Área de superficie expuesta.
Parámetros fisicoquímicos del ambiente:
VENTAJAS
Humedad, Tª, pH, salinidad, cantidad de O2…
- Eliminar desechos derivados de Procesamiento del bioplástico.
productos bioplásticos. Peso molecular del PHA.
- Generar productos fertilizantes Composición, estructura y cristalinidad del polímero.
orgánicos derivados de la composta. Naturaleza de las unidades monoméricas (PHB > 3HB-co-3HV).

70. phaZ: Depolimerasa
ESTERASA
Cataliza la liberación de (R)-3-hidroxi-acil/aril-CoA
derivados de polímeros intracelulares.
Presente en la superficie del gránulo.
Especificidad de sustrato muy amplia.
-Mutación: Incapacidad de movilizar
los gránulos de PHAs.
- Sobreexpresión: No acumulación
de PHAs.

71. 2 pasos:
a) Adsorción a la superficie del gránulo.
b) Hidrólisis de las cadenas del polímero.
Especies diversas, abundantes y presentes en ambientes muy diversos:
sedimentos y agua de lagos, ambientes marinos, lodos de plantas de
tratamiento de aguas residuales, suelo, compostas...

72. Biodegradación de films de PHAs producidos por una bacteria
marina, Halomonas hydrothermalis, a partir del glicerol crudo obtenido en la
producción de biodiesel a través de Jatropha curcas.
PÉRDIDA DE PESO.
PHB: 60%. Film no intacto y roto en pequeñas partes.
Completamente degradado sin dejar rastro en 6
meses en el suelo.
PHB-Acrilato: 10% tras 180 días. Sin signos de
degradación.
Acrilato: NO pérdida de peso.
a) Film de PHB a 0 días.
b) Film de PHB tras 50 días.
c) Film de PHB control (suelo estéril).
d) Film mezcla: PHB + Acrilato, a 0 días.
e) Film mezcla: PHB + Acrilato, tras 50 días.
f) Film sintético a 0 días.
g) Film sintético tras 50 días.

73. The price of crude oil and public awareness of the environmental issues have become a
notable driving force for extended research on biopolymers.
Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are biodegradable substitutes to fossil fuel plastics that
can be produced from renewable raw materials.
PHAs are polyesters of hydroxyalkanoates synthesized and stored in the cell cytoplasm
as waterinsoluble inclusions by various microorganisms, including Ralstonia
eutropha, Pseudomonas, recombinant Escherichia coli…
PHAs synthesis consist of three enzymatic reactions catalyzed by successive action of
β-ketothiolase which is encoded by the phaA gene, acetoacetyl-CoA reductase which is
encoded by the phaB gene and PHA synthase which is encoded by the phaC gene.
Their high production cost limits their industrial applications, although their application
in area from biomedical is becoming a reality because their potential therapeutic
properties.
The future trend is to focus on the development of more efficient and economical
processes for PHA production and their production by transgenic plants suggests a
promising future for PHAs.

75. ARTÍCULOS CIENTÍFICOS
-Tajalli Keshavarz and Ipsita Roy: Polyhydroxyalkanoates: bioplastics with a green agenda.
Current Opinion in Microbiology 2010, 13:321–326.
-José Mª Luengo, Belén García, Ángel Sandoval, Germán Naharroy and Elías R Olivera:
Bioplastics from microorganisms. Current Opinion in Microbiology 2003, 6:251–260.
-Shilpi Khanna, Ashok K. Srivastava: Recent advances in microbial polyhydroxyalkanoates.
Process Biochemistry 40 (2005) 607–619.
-Surabhi Naik S. K., Venu Gopal, Priti Somal: Bioproduction of polyhydroxyalkanoates from
bacteria: a metabolic approach. World J Microbiol Biotechnol (2008) 24:2307–2314.
-Pornpa Suriyamongkol, Randall Weselake, Suresh Narine, Maurice Moloney, Saleh Shah:
Biotechnological approaches for the production of polyhydroxyalkanoates in microorganisms and
plants — A review. Biotechnology Advances 25 (2007) 148–175.
-K. Sudesh, H. Abe, Y. Doi: Synthesis, structure and properties of polyhydroxyalkanoates:
biological polyesters. Prog. Polym. Sci. 25 (2000) 1503 1555.
-C.S.K. Reddy, R. Ghai, Rashmi, V.C. Kalia: Polyhydroxyalkanoates: an overview. Bioresource
Technology 87 (2003) 137–146.
-Katsuyuki Mukai and Yoshiharu Doi: Microbial degradation of polyhydroxyalkanoates. RIKEN
Review No. 3 (October, 1993): Focused on Microbial Diversity.
-Anupama Shrivastav, Sanjiv K. Mishra, Imran Pancha, Deepti Jain, Sourish Bhattacharya,
Sheetal Patel, Sandhya Mishra: Biodegradability studies of polyhydroxyalkanoate (PHA) film
produced by a marine bacteria using Jatropha biodiesel byproduct as a substrate. Springer
Science+Business Media B.V. 2010. World J Microbiol Biotechnol DOI 10.1007/s11274-010-
0605-2.

76. OTROS RECURSOS
Alejandra de Almeida, Jimena A. Ruiz, Nancy I. López y M. Julia Pettinari: Bioplásticos: una alternativa
ecológica. Revista QuímicaViva número 3, año 3, abril 2004.
Daniel Segura, Raúl Noguez y Guadalupe Espín: Contaminación ambiental y bacterias productoras de
plásticos biodegradables. Biotecnología V14 CS3.indd.
PLASTIVIDA, Boletín técnico informativo.
Julieth Yadira Serrano Riaño: Determinación del cluster (phaC1, phaZ, phaC2, phaD, phaF, phaI)
asociado con la producción de polihidroxialcanoatos (PHAs) sintasa tipo II en una cepa nativa
colombiana. Posgrado interfacultades de microbiología Bogotá 2010.
Javier Mauricio Naranjo Vasco: Producción de polihidroxibutirato a partir de residuos agroindustriales.
Tesis para optar por el título de Magister en Ingeniería_Ingeniería Química. Universidad nacional de
Colombia. 25 de mayo 2010.
Proyecto de Análisis de Bioplásticos. Diciembre 2007. Cátedra Ecoembes de medio ambiente.
http://bibliotecadigital.umsa.bo:8080/rddu/bitstream/123456789/622/1/TN1018.pdf
http://www.eis.uva.es/~macromol/curso08-09/pha/historia.htm
http://www.textoscientificos.com/polimeros/polihidroxialcanoatos
http://biotecnologia1tecnoparque.blogspot.com/2010/05/biopolimeros-polihidroxialcanoatos-phas.html
http://www.eic.cat/gfe/docs/4541.pdf
http://es.scribd.com/doc/49961402/Polihidroxialcanoatos
http://www.javeriana.edu.co/biblos/tesis/ciencias/tesis219.pdf