徐虹，馮小海，徐得磊，邱益彬

南京工業(yè)大學(xué)食品與輕工學(xué)院，南京 211816

聚氨基酸功能高分子的發(fā)展?fàn)顩r與應(yīng)用前景

徐虹，馮小海，徐得磊，邱益彬

南京工業(yè)大學(xué)食品與輕工學(xué)院，南京 211816

聚氨基酸是一類重要的功能性高分子，利用生物法可制得結(jié)構(gòu)特殊、分子量可控的聚氨基酸，如γ-聚谷氨酸（γ-PGA）和ε-聚賴氨酸（ε-PL）。作為生物聚合物，其分子量和用途直接關(guān)聯(lián)。目前聚氨基酸已在食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，但合成酶聚合機(jī)制和分子量調(diào)控機(jī)制尚未完全闡明，其次生產(chǎn)成本過高也制約了聚氨基酸應(yīng)用。文章介紹了最新的研究和應(yīng)用進(jìn)展。

天然聚氨基酸；生物合成；應(yīng)用范圍

徐虹，教授，博士生導(dǎo)師?，F(xiàn)任南京工業(yè)大學(xué)食品與輕工學(xué)院院長，材料化學(xué)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任。一直致力于生物高分子合成機(jī)理、發(fā)酵代謝調(diào)控及應(yīng)用開發(fā)研究，主持了包括國家自然科學(xué)基金、國家“863”項(xiàng)目、國家“973”課題等30余項(xiàng)國家與省部級項(xiàng)目及20多項(xiàng)企業(yè)合作項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)與社會效益，作為第一完成人獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎。發(fā)表學(xué)術(shù)論文150余篇，其中SCI/EI論文60余篇，申請和授權(quán)國家發(fā)明專利50余項(xiàng)，出版學(xué)術(shù)專著一部。E-mail：xuh@njtech.edu.cn

1 天然聚氨基酸的結(jié)構(gòu)

天然聚氨基酸是一類微生物合成的由酸性或堿性氨基酸通過酰胺鍵連接而成的氨基酸同聚物，其側(cè)鏈存在的大量羧基或氨基基團(tuán)，使其具有良好的水溶性、保濕性、抗菌性、易螯合金屬離子、易修飾等優(yōu)點(diǎn)，并賦予一些特殊的生理功能[1]，可應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和新材料領(lǐng)域，成為天然生物高分子的典型代表。目前自然界發(fā)現(xiàn)的由單一種類氨基酸聚合而成的天然聚氨基酸為[2]：γ-聚谷氨酸（γ-PGA）、ε- 聚賴氨酸（ε-PL）、 γ-聚二氨基丁酸（γ-PAB）和β-聚二氨基丙酸（β-PDAP），結(jié)構(gòu)式如圖1所示。其中 γ-PGA和ε-PL已被規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用。

圖1 目前已發(fā)現(xiàn)的微生物源聚氨基酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

γ -PGA是微生物利用 L-谷氨酸和D-谷氨酸單體通過 γ-酰胺鍵聚合而成的一種陰離子多肽型聚合物，具有直鏈纖維狀的基本骨架，分子量為100～2500kDa[3]。γ-PGA的分子量與其應(yīng)用領(lǐng)域直接相關(guān)[4]。在農(nóng)業(yè)方面，高分子量γ-PGA（＞700kDa）可作為肥料增效劑，作為化妝品原料使用時(shí)不同分子量γ-PGA則體現(xiàn)出不同的功效，超高分子量γ-PGA（＞2000kDa）具有成膜性，有效防止水分流失，低分子量γ-PGA（1～10kDa）利于透皮吸收，深層保濕并護(hù)理皮膚，另外，低分子量γ-PGA還可作為藥物載體和水處理劑。

ε-PL是微生物利用L-賴氨酸的α-羧基和ε-氨基通過酰胺鍵連接而成的線性聚合物，其常見分子量為3.2～4.5kDa[5]。由于具有抑菌譜廣、安全性高、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)良特性，ε-PL作為一種天然食品防腐劑目前已被日本、韓國、歐美等國家/地區(qū)廣泛使用，2014年我國也批準(zhǔn)ε-PL及其鹽酸鹽作為新型食品添加劑[6]。ε-PL的聚合度主要分布在25～35，低聚合度產(chǎn)生菌分布較少。研究表明，不同分子量的ε-PL往往表現(xiàn)出不同的特性，聚合度大于9的ε-PL才表現(xiàn)出較高的抑菌活性[5]，15～27的低聚合度ε-PL相比于25～35高聚合度ε-PL對革蘭陰性菌、陽性菌以及酵母具有更好的抑菌效果[7]。同時(shí)，在食品行業(yè)添加低聚合度ε-PL，能夠消除大量添加高聚合度ε-PL帶來的苦味。而作為新型抗菌材料時(shí)，高聚合度的ε-PL在保持優(yōu)良抗菌性能的同時(shí)更利于分子修飾，衍生得到更多存在形式的功能型材料。離子型更強(qiáng)，能形成交聯(lián)性更強(qiáng)的凝膠[8]。

γ-PAB和β-PDAP兩者都是作為ε-PL產(chǎn)生菌副產(chǎn)物鑒定時(shí)被發(fā)現(xiàn)的[9-10]。γ -PAB和β-PDAP分別由L-二氨基丁酸和L-2，3-二氨基丙酸（L-DAP）單體聚合形成，其中，γ-PAB平均分子量為2.1～2.2 kDa，β-PDAP分子量分布在0.5～1.5kDa，目前研究結(jié)果顯示，γ-PAB和β-PDAP在熱穩(wěn)定性、水溶性等方面具有與ε-PL類似的性質(zhì)，由于兩者鏈長小于ε-PL，故γ-PAB和β-PDAP的電荷密度要高于ε-PL，表現(xiàn)為對酵母具有極強(qiáng)的抑制能力和一定的細(xì)菌與霉菌抑制活力，這與ε-PL抗菌譜有互補(bǔ)性，在食品防腐領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

2 天然聚氨基酸生物合成及聚合機(jī)制

2.1 γ-PGA的生物合成過程

2.1.1 γ-PGA產(chǎn)生菌

目前報(bào)道的γ-PGA 生產(chǎn)菌株主要集中在芽孢桿菌屬，根據(jù)其對外源谷氨酸的利用情況可以分為兩類[11]：一類為谷氨酸依賴型（培養(yǎng)基中需加入谷氨酸才能生產(chǎn)γ-PGA），這類菌株具有較高的γ-PGA合成效率，產(chǎn)物濃度可達(dá)20～50g/L，是目前γ-PGA主要工業(yè)生產(chǎn)菌株，但由于培養(yǎng)基中需加入大量谷氨酸，導(dǎo)致成本較高。而與之相對應(yīng)的另一類為谷氨酸非依賴型，這類菌株無需額外添加谷氨酸，只需普通培養(yǎng)基即可生產(chǎn)γ-PGA，然而，這類菌株的γ-PGA產(chǎn)率極低（＜10g/L），至今還未見用于工業(yè)生產(chǎn)的報(bào)道。另一方面，目前所報(bào)道的生產(chǎn)菌株合成的γ-PGA分子量普遍較大，如Bacillus subtilis NX-2合成的γ-PGA分子量為1000～ 2500kDa[12]，Bacillus licheniformis WX-02合成的γ-PGA分子量為1000～1200kDa[13]，Bacillus licheniformis ATCC 9945a合成的γ-PGA分子量為140～980kDa[14]。研究表明，γ-PGA不同的生理活性會隨著分子量的變化而發(fā)生改變，同時(shí)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大分子量的γ-PGA易導(dǎo)致發(fā)酵體系黏度增加，造成發(fā)酵液中的溶氧量下降，低溶氧則限制了菌體的生長以及γ-PGA的進(jìn)一步合成；另外，高黏度的發(fā)酵產(chǎn)物對下游的分離工藝又提出了較高的要求，不利于γ-PGA的工業(yè)化生產(chǎn)。因此，鑒于不同分子量γ-PGA在不同領(lǐng)域上的應(yīng)用，通過發(fā)酵調(diào)控生產(chǎn)不同分子量的γ-PGA成為未來的發(fā)展趨勢。

2.1.2 γ-PGA的合成機(jī)制

γ-PGA作為一種新型生物高分子，對其合成機(jī)理的解析一直是研究的熱點(diǎn)。近年來，有關(guān)γ-PGA代謝途徑及關(guān)鍵酶的研究已取得一定的進(jìn)展。γ -PGA是由D /L-谷氨酸單體通過γ-酰胺鍵聚合而成，如何將這些單體有序地連接成最終產(chǎn)物成為研究γ-PGA合成機(jī)制的突破口。Ashiuchi等[15]對γ-PGA聚合酶基因（pgs）的揭示開啟了γ-PGA研究的新時(shí)代，如圖2所示，研究發(fā)現(xiàn)pgsB，pgsC，pgsA及pgsE為聚合酶的4個(gè)基因，它們在基因組上排列成一個(gè)基因簇，在其他γ -PGA產(chǎn)生菌中對應(yīng)的同源基因分別是ywsC，ywtAB和capBCA。其中pgsA編碼的PgsA負(fù)責(zé)將PgsBCA復(fù)合體錨定在細(xì)胞膜上，并且將已合成的γ-PGA分子從緊密的細(xì)胞膜上去除；PgsB具有親水性結(jié)構(gòu)，經(jīng)鑒定為酰胺連接酶，主要負(fù)責(zé)催化聚合反應(yīng)；P gsC的結(jié)構(gòu)與乙酰轉(zhuǎn)移酶相似，主要負(fù)責(zé)γ-PGA的轉(zhuǎn)運(yùn)；目前PgsE的具體功能還尚未可知，有研究猜測其可能與膜蛋白CapE相似，但在缺失PgsE的條件下，菌株同樣可以合成γ-PGA，說明PgsE對于γ-PGA的合成并非是必需的。

雖然目前已經(jīng)獲知Pgs具有的一部分功能，但是由于其晶體結(jié)構(gòu)尚未得到解析，其在γ-PGA合成過程中具體的作用機(jī)制尚不明晰，因此通過協(xié)調(diào)控制Pgs來合成不同分子量的γ-PGA的想法還較難實(shí)現(xiàn)，未來還有待進(jìn)一步探索。

2.2 ε-PL的生物合成過程

2.2.1 ε-PL產(chǎn)生菌

ε -PL生產(chǎn)菌株主要分布在放線菌中的白色鏈霉菌種、北里孢菌屬和麥角真菌屬。其中，采用白色鏈霉菌經(jīng)液體好氧發(fā)酵的方式生產(chǎn)ε-PL已成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化[16]。此外，不同ε-PL產(chǎn)生菌株所分泌的ε-PL在分子量上存在著明顯的差異，但絕大多數(shù)聚合度為25 ～ 35[17]。

圖2 γ-PGA生物合成途徑

2.2.2 ε-PL的合成機(jī)制

日本學(xué)者Yamanaka等首先報(bào)道了Streptomyces albulus NBRC14147的ε-PL合成酶（Pls）的純化和性質(zhì)表征工作[5]。ε-PL的合成機(jī)制如圖3所示，在合成初始階段，L-賴氨酸首先作為底物在A結(jié)構(gòu)域被腺苷酸化，成為Lys-O-AMP，然后Lys-O-AMP轉(zhuǎn)移到與A域緊密相鄰的T結(jié)構(gòu)域被巰基化，形成氨酰硫酯，并釋放出AMP，氨酰硫酯隨后被轉(zhuǎn)移到3個(gè)串聯(lián)的可溶性C結(jié)構(gòu)域，如此迭代延伸聚合。有趣的是，筆者課題組在ε-PL產(chǎn)生菌株Streptomyces albulus PD-1中首次發(fā)現(xiàn)了自然界第4種聚氨基酸β-PDAP，通過對其代謝途徑和合成酶組裝機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)[2]：①如圖3所示，L-DAP前體由半胱氨酸合成酶VioB和鳥氨酸環(huán)化脫氨酶VioK兩個(gè)關(guān)鍵酶合成，此發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步完善了Streptomyces albulus PD-1中ε-PL代謝網(wǎng)絡(luò)；②通過對β-PDAP聚合酶分析發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)功能與Pls非常相似，這種陽性聚氨基酸合成酶的共有特征，為以后挖掘和人工設(shè)計(jì)聚氨基酸提供了借鑒。

由于高聚合度ε-PL呈苦味，不利于在食品中大量添加。因此，如何高效獲得低聚合度的ε-PL一直是研究的熱點(diǎn)。目前，合成不同分子量的ε-PL主要方式為：①添加短鏈脂肪醇以及環(huán)糊精衍生物控制ε-PL 鏈長，但是外來物質(zhì)的加入在食品安全性方面存在隱患[18-19]；②化學(xué)方式合成，在食品領(lǐng)域應(yīng)用存在潛在的安全隱患[20]；③利用ε-PL降解酶調(diào)控分子量，存在分子量難以精確控制的問題[21]。除此之外，隨著對Pls聚合機(jī)制研究的深入，現(xiàn)已證明ε-PL分子量的大小并不是由降解酶的降解作用決定，而是由Pls自身決定，其上游linkers區(qū)域是控制分子量大小重要的結(jié)構(gòu)域[7]。從分子水平入手，分析和揭示微生物合成ε-PL分子量的調(diào)控機(jī)制，對未來ε-PL的高效生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)作用。例如，隨著ε-PL合成機(jī)制研究的深入，能夠合成不同分子量且聚合度單一的ε-PL，這將極大擴(kuò)大ε-PL的應(yīng)用范圍。

圖3 ε-PL和β-PDAP生物合成途徑

3 天然聚氨基酸發(fā)酵過程調(diào)控策略

γ-PGA和ε-PL由于產(chǎn)物黏度高、難以規(guī)模化生產(chǎn)，導(dǎo)致聚氨基酸價(jià)格一直居高不下，限制了其市場化應(yīng)用。隨著對聚氨基酸生物合成機(jī)理研究的深入，從合成機(jī)理層面調(diào)控聚氨基酸合成已成為可能。如圖4所示，針對限制聚氨基酸規(guī)?；a(chǎn)的4個(gè)問題，綜合代謝工程、生化工程及系統(tǒng)生物學(xué)的理論與策略，筆者課題組通過以下措施提升微生物生產(chǎn)聚氨基酸的能力。①針對聚氨基酸發(fā)酵體系下的底物攝取與溶氧困難，以及菌株生長與谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)兩者最佳pH的不一致性，采用pH兩步調(diào)控策略、谷氨酸低初始濃度流加補(bǔ)料策略，顯著促進(jìn)了底物的轉(zhuǎn)運(yùn)，使底物利用率增加了20%，達(dá)到了90.5%[22]；②通過外源添加氧脅迫調(diào)節(jié)劑、整合透明顫菌血紅蛋白基因等手段，提高了γ-PGA和ε-PL生產(chǎn)菌株氧脅迫下的適應(yīng)能力和培養(yǎng)基溶氧能力，最終使得γ-PGA和ε-PL產(chǎn)率分別提高了20%、50%以上[23-24]；③針對γ-PGA胞外分泌困難，通過添加Tween-80和DMSO增加細(xì)胞膜的通透性，促進(jìn)外源底物的利用和產(chǎn)物的分泌，并且提高α-酮戊二酸節(jié)點(diǎn)異檸檬酸脫氫酶的活性，從而使該節(jié)點(diǎn)通向谷氨酸的代謝流量增加了28%～33%，達(dá)到了促進(jìn)產(chǎn)物γ-PGA合成的目的[25]；④針對聚氨基酸積累度低和生產(chǎn)成本高的問題，篩選得到了一株不依賴外源谷氨酸的生產(chǎn)菌株，該菌株能夠以非糧原料菊芋作為原料一步法發(fā)酵生產(chǎn)γ-PGA，由于省去谷氨酸成本，相比于之前所報(bào)道的谷氨酸非依賴型菌株，該過程合成γ-PGA效率較高、生產(chǎn)成本低[26]；⑤針對ε-PL發(fā)酵周期長、生產(chǎn)過程難以控制，自行設(shè)計(jì)開發(fā)了吸附固定化生物反應(yīng)器結(jié)合多階段溶氧調(diào)控技術(shù)發(fā)酵生產(chǎn)ε-PL，最終ε-PL產(chǎn)率由16g/L提高至30g/L以上，發(fā)酵時(shí)間由120h縮短至72h[27]。另外，筆者課題組針對ε-PL發(fā)酵過程中存在的副產(chǎn)物β-PDAP，借鑒石油化工和生物煉制的理念：一個(gè)生產(chǎn)線獲得多種物質(zhì)，基于一種溶氧和pH的集成調(diào)控，從一批發(fā)酵產(chǎn)物中高效獲得兩種聚氨基酸，實(shí)現(xiàn)了ε -PL與β-PDAP聯(lián)產(chǎn)的目的，有效地降低了ε-PL單批次發(fā)酵成本[28]。筆者課題組在成功解決以上難題的基礎(chǔ)上，建立了面向不同市場用途的產(chǎn)物提取工藝，實(shí)現(xiàn)了γ-PGA和ε-PL的工業(yè)化生產(chǎn)。同時(shí)，開發(fā)了農(nóng)業(yè)級γ-PGA系列產(chǎn)品，并完成了在水稻、玉米和小麥等糧食作物以及數(shù)十種蔬菜和瓜果類經(jīng)濟(jì)作物中的推廣應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益?；谝陨涎芯砍晒?，“功能性高分子聚氨基酸生物制備關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲了國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

圖4 聚氨基酸發(fā)酵調(diào)控策略概要

4 聚氨基酸的應(yīng)用

4.1 γ-PGA應(yīng)用

4.1.1 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

筆者對γ-PGA合成機(jī)理和應(yīng)用機(jī)理進(jìn)行了長達(dá)20年的研究，發(fā)現(xiàn)γ-PGA是一種優(yōu)良的植物刺激劑，施用于植物根部或葉部，γ-PGA主要通過Ca2+/CaM信號途徑來調(diào)節(jié)植物氮代謝關(guān)鍵酶的活性，提高植物對氮素的吸收和同化，同時(shí)通過調(diào)節(jié)植物內(nèi)源激素水平及其穩(wěn)態(tài)平衡來傳遞其信號，進(jìn)而調(diào)控植物的生長[29]。當(dāng)與肥料同時(shí)使用時(shí)，γ-PGA可以使更多的肥料養(yǎng)分在作物生長的前期被固定，這些被固定的營養(yǎng)元素在作物生長的中后期又逐漸被釋放出來供作物生長所用，從而有效提高了肥料利用率[30]。另外，在非生物脅迫條件下，γ-PGA通過與植物細(xì)胞膜上的互作蛋白結(jié)合，啟動抗逆機(jī)制，提高作物的對干旱、高鹽、低溫等抗逆性[31-33]。

4.1.2 日化領(lǐng)域的應(yīng)用

在化妝品領(lǐng)域，高分子量γ-PGA良好的成膜特性及小分子產(chǎn)品優(yōu)異的滲透皮膚能力，使其在防止皮膚水分流失、增加皮膚彈性、撫平肌膚皺紋、消除皮膚黑色素等方面效果突出。

4.1.3 水處理領(lǐng)域的應(yīng)用

由于γ-PGA側(cè)鏈帶有大量游離帶負(fù)電荷的羧基，改性后可同時(shí)對陰、陽離子起到螯合和絮凝作用，且γ-PGA具有可降解、生物相容性和無毒副作用特點(diǎn)，因而其在水處理方面是一種性能卓越以及環(huán)境友好型的水處理劑[34]，已被開發(fā)出一系列市場化應(yīng)用產(chǎn)品。例如，日本聚谷氨酸株式會社開發(fā)的一種磁性絮凝劑PG-M（主要成分為γ-PGA），利用磁分離裝置，可高效、快速分離出凈化水和污泥[35]；新加坡Goodwater公司開發(fā)的一種γ-PGA污水絮凝劑粉末，該產(chǎn)品使用便捷，使用時(shí)只需與污水按照一定比例混合，即可實(shí)現(xiàn)污水的快速處理，目前該產(chǎn)品已被用于凈化水質(zhì)[36]。

4.1.4 其他領(lǐng)域的應(yīng)用

在食品行業(yè)，高分子量γ-PGA可以包埋食物分子，掩蓋食物的苦澀味，降低食物的流動性，增加黏稠口感，同時(shí)γ-PGA可以作為抗凍劑來減少低溫對食品的凍害作用，保留原有的風(fēng)味以及彈性[3]。研究表明，不同分子量的γ-PGA具有不同的抗凍性能，當(dāng)分子量低于200 kDa時(shí)，其抗凍活性比目前已知的抗凍性能較好的葡萄糖效果更佳。此外γ-PGA及其衍生物在藥物載體、醫(yī)用黏合劑、組織工程支架等醫(yī)藥領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。

4.2 ε-PL 應(yīng)用

目前，ε-PL 作為一種天然食品防腐劑，已廣泛應(yīng)用于食品的防腐保鮮，且相比于其他生物防腐劑具有明顯的優(yōu)勢。例如，乳酸鏈球菌素僅能夠抑制部分革蘭陽性菌，納他霉素僅專一性抑制真菌，溶菌酶由于來自雞蛋，對雞蛋出現(xiàn)免疫癥狀的人群不可使用，使其應(yīng)用領(lǐng)域受到限制，而ε-PL具有廣譜抑菌性（對革蘭陰性和陽性細(xì)菌均具有極強(qiáng)的抑制效果，對酵母菌、真菌乃至病毒也有抑制作用）[37]。在日化行業(yè)，ε-PL作為一種天然防腐劑可被添加在化妝品、漱口液、洗手液、廚房清洗消毒液等產(chǎn)品中。ε-PL在生物材料、藥物緩釋等領(lǐng)域同樣具有廣闊的應(yīng)用前景。因其在溶液中帶正電，可以攜帶帶負(fù)電的基因片段跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞，可被用作基因治療的載體。王瑞等[38]以ε-PL為主要原料制備了貽貝仿生水凝膠，該水凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的體外抗菌和體內(nèi)抗感染能力，與創(chuàng)面組織高效整合并誘導(dǎo)皮膚再生修復(fù)。吳凌天等[39]利用ε-PL和二氧化鈦復(fù)合制備固定化材料作為蔗糖異構(gòu)酶的載體，大大提高了該酶的催化效率。

5 總結(jié)與展望

聚氨基酸功能高分子具有良好的水溶性、生物可降解等優(yōu)點(diǎn)，隨著對聚氨基酸生物合成及聚合機(jī)理研究的不斷深入，聚氨基酸生產(chǎn)成本必將大幅降低，同時(shí)開發(fā)不同特性的聚氨基酸材料（如不同分子量以及進(jìn)一步改性的聚氨基酸材料），將進(jìn)一步拓展其在食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。此外，隨著生物信息數(shù)據(jù)庫的不斷豐富以及分子生物學(xué)的飛速發(fā)展，相信未來，在深入解析生物高分子聚合機(jī)理的基礎(chǔ)上，通過聚合酶基因組數(shù)據(jù)挖掘與人工設(shè)計(jì)優(yōu)化，獲得新型聚氨基酸高分子也將成為可能。

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Recent developments and potential applications of poly（amino acid）-based functional polymers

Xu Hong, Feng Xiaohai, Xu Delei, Qiu Yibin
College of Food Science and Light Industry, Nanjing Tech University, Nanjing 211816, China

Poly（amino acid）s are important functional polymers, which can be biologically synthesized. These polymers have unique structures and controllable molecular weights. Examples of poly（amino acid）s include poly（γ-glutamic acid）and poly（ε-L-lysine）. Being biopolymers, their applications are molecular weight-dependent. At present, poly（amino acid）s have been applied in the fi elds of food, medicine, agriculture, and industry. However, their assembly and molecular weight regulation have not been fully elucidated. Further, high production costs also restrict the applicability of poly（amino acid）s. This article provides insights into the state-of-the-art research developments and potential applications of poly（amino acid）-based polymers.

natural poly（amino acid）s; biosynthetic mechanism; application fi eld

10.3969/j.issn.1674-0319.2017.06.013

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“973”計(jì)劃（2013CB733600），國家自然科學(xué)基金（21476112）