Polyhydroksialkanoaatit, PHA (polyhydroksialkanoaatit, PHA) [gr. poly - monia, vety (ogenium) - vety , oksi (genium) - happi ja arabia. al-kohl - hieno antimonijauhe, -jauhe, -pöly] - hydroksihappojen polyesterit, mikro-organismien varapolymeerit (esim. Alcaligenes eutrophus , Azotobacter chroococcum , Ralstonia eutropha ). Ne syntetisoidaan olosuhteissa, joissa makro- tai mikroelementtejä, esimerkiksi typpeä tai fosforia, puuttuu hiilen ja energialähteiden läsnä ollessa. Mikro-organismit kerääntyvät rakeiden muodossa ja halkeavat tarpeen mukaan. Niillä on laaja valikoima fysikaalisia ja mekaanisia ominaisuuksia, minkä ansiosta niistä voidaan valmistaa lähes kaikentyyppisiä polymeerituotteita. Ne ovat hyvä vaihtoehto perinteisille synteettisille polymeereille, koska ne hajoavat helposti ympäristössä.
PHA:n biosynteesiä suorittavat PHA-syntaasi (PhaC) -entsyymit. Näiden entsyymien tärkeä piirre on niiden laaja substraattispesifisyys. Ne voivat katalysoida monien erilaisten hydroksihappojen polymeroitumista, joten PHA:iden valikoima on todella valtava. PHA-syntaasit toimivat dimeereinä. Entsyymien aktiivinen keskus on kysteiinin, histidiinin ja asparagiinihapon katalyyttinen triadi. Reaktio tapahtuu seuraavan mekanismin mukaisesti: ensin koentsyymi A:han kiinnittynyt hydroksihappojäännös tulee aktiiviseen keskukseen. Siellä tapahtuu deprotonoidun kysteiinitähteen karbonyylihiiliatomin nukleofiilinen hyökkäys, jonka jälkeen muodostuu entsyymin ja hydroksihapon välituoteyhdiste. Polymeeri tulee sitten aktiiviseen kohtaan. Sen terminaalinen hydroksyyliryhmä hyökkää karbonyylihiiliatomia vastaan ja muodostaa sen kanssa sidoksen, jonka jälkeen yhdellä yksiköllä lisääntynyt polymeeri poistuu aktiivisesta keskustasta.
Yleisin PHA on polyhydroksibutyraatti, 3-hydroksivoihapon polyesteri. Sillä on melko heikot mekaaniset ominaisuudet: alhainen lujuus ja pieni venymä. Lisäksi yli 170 C:n lämpötiloissa se hajoaa ja huoneenlämmössä uudelleenkiteytyy, minkä seurauksena sen ominaisuudet muuttuvat.
Polyhydroksialkanoaatteja on valtava valikoima. Ne syntetisoidaan erilaisista hydroksihapoista, jotka on yhdistetty homopolymeereiksi tai heteropolymeereiksi, joilla on satunnainen rakenne. PHA:n rakenne riippuu mikro-organismikannasta, lähtöaineista ja kasvuolosuhteista. Monien ominaisuuksien ansiosta PHA:ita voidaan käyttää moniin erilaisiin sovelluksiin.
Geenitekniikan menetelmien avulla on mahdollista edelleen lisätä polymeerien luonnollista monimuotoisuutta. On mahdollista muuttaa PHA-syntaasien rakennetta uusien polyhydroksialkanoaattien saamiseksi, joilla on halutut ominaisuudet, tai lisätä tämän entsyymin aktiivisuutta. Voit myös säädellä mikro-organismien aineenvaihduntaa tehostaaksesi tuotteen tuotantoa. Esimerkiksi mutanteista, joista puuttuu jotkin β-hapetuksesta vastuussa olevat geenit, on heikentynyt kyky käyttää rasvahappoja energialähteenä, joten niitä ei hajota, vaan ne varastoidaan PHA:na. Lupaava suunta on sellaisten mikro-organismien luominen, jotka pystyvät käyttämään kasvuun mitä tahansa saastelähteitä, esimerkiksi orgaanista yhdyskuntajätettä, jätevettä, öljyvuotoja.
PHA:n suurin haitta on niiden korkea hinta. Tämä ongelma voidaan kuitenkin ratkaista parantamalla niiden tuotantotekniikkaa ja hankkimalla uusia mikro-organismikantoja. Erittäin lupaava suunta on sellaisten mikro-organismien luominen, jotka käyttävät hiilenlähteenä mitä tahansa jätettä, esimerkiksi kotitalouksien orgaanista jätettä tai jätevettä. Tämä ei mahdollista vain arvokkaiden materiaalien hankkimista halvalla, vaan myös saastumisen poistamisen.
Toinen ongelma on, että monet biopolymeerit hajoavat hyvin vain kompostointiolosuhteissa eli korkeassa kosteudessa ja yli 60 C lämpötiloissa. Kaatopaikoilla ne hajoavat paljon hitaammin, ja kylmässä merivedessä ne eivät läheskään ole alttiina hajoamiselle. Siksi perinteisten synteettisten polymeerien korvaaminen biohajoavilla ei riitä ratkaisemaan jätteen kertymistä ympäristöön. Myös jätehuoltojärjestelmän uudistaminen ja väestön tietoisuuden lisääminen on välttämätöntä. Tämä vaatii paljon taloudellisia resursseja ja aikaa.
Kertakäyttöpakkausten valmistaminen polyhydroksialkanoaateista on epäkäytännöllistä, mutta näiden polymeerien käyttö muilla alueilla on erittäin lupaavaa.