ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ ПУТЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕВУЛИНОВОЙ КИСЛОТЫ, ЛЕВУЛИНАТНЫХ СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ, ВАЛЕРОЛАКТОНА И ИХ ПРОИЗВОДНЫХ

1. Способ получения соединения, которое представляет собой C5 кетокислоту или сложный эфир, или C5 гидроксикислоту или сложный эфир, или их циклическое производное, при этом способ включает превращение пирувата в C5 промежуточный продукт с помощью альдольного присоединения и превращение C5 промежуточного продукта в указанное соединение посредством химических или ферментативных этапов или их комбинации.
2. Способ по п. 1, где пируват получают из углеродного источника, содержащего один или несколько C6 сахаров.
3. Способ по п. 2, где C6 сахар(а) представляет собой одну или несколько из аллозы, альтрозы, глюкозы, маннозы, гулозы, идозы, талозы, галактозы, фруктозы, псикозы, сорбозы и тагатозы.
4. Способ по п. 1, где пируват получают из углеродного источника, содержащего один или несколько C5 сахаров.
5. Способ по п. 4, где C5 сахар представляет собой одну или несколько из ксилозы, арабинозы, рибозы, ликсозы, ксилулозы и рибулозы.
6. Способ по п. 2, где углеродный источник содержит одно или несколько из глицерина, жирных кислот и аминокислот.
7. Способ по п. 1, где пируват получают в результате ферментации сырья, содержащего одно или несколько из биомассы, крахмала, целлюлозного и/или лигноцеллюлозного сырья.
8. Способ по п. 7, где лигноцеллюлозное сырье содержит одно или несколько из кукурузы, древесины, бытовых отходов и отбросов целлюлозных и бумажных заводов.
9. Способ по п. 1, где пируват получают по меньшей мере частично посредством гликолиза в микробной системе.
10. Способ по п. 9, где альдольное присоединение к пирувату происходит в эукариотическом, прокариотическом или archaea ферментирующем хозяине.
11. Способ по п. 10, где ферментирующий хозяин представляет собой Saccharamyces sp., Pichia sp., Pseudomonas sp., Bacillus sp., Chrysosporium sp. или Escherichia coli.
12. Способ по п. 11, где продукт альдольного присоединения или присоединения к пирувату выделяют из ферментирующего хозяина и превращают в соединение, которое представляет собой C5 кетокислоту или сложный эфир, или C5 гидроксикислоту или сложный эфир, или их циклическое производное, в бесклеточной системе.
13. Способ по п. 12, где продукт альдольного присоединения превращают в указанное соединение в бесклеточной системе посредством одного или нескольких ферментативных этапов, выбранных из восстановления, окисления, дегидратации, переноса группы, гидролиза и лактонизации.
14. Способ по п. 1, где C5 промежуточный продукт представляет собой 4-гидрокси-2-оксопентановую кислоту.
15. Способ по п. 14, где C5 промежуточный продукт получают из пирувата с помощью альдольного присоединения ацетилальдегида.
16. Способ по п. 14, где 4-гидрокси-2-оксопентановую кислоту восстанавливают до 2,4-дигидроксипентановой кислоты.
17. Способ по п. 14, где 4-гидрокси-2-оксопентановую кислоту окисляют до 2,4-диоксопентановой кислоты.
18. Способ по п. 16, где 2,4-дигидроксипентановую кислоту окисляют до 2-гидрокси-4-оксопентановой кислоты.
19. Способ по п. 17, где 2,4-диоксопентановую кислоту восстанавливают до 2-гидрокси-4-оксопентановой кислоты.
20. Способ по п. 18, где 2-гидрокси-4-оксопентановую кислоту превращают с помощью дегидратазной реакции в 4-оксо-2-пентеновую кислоту.
21. Способ по п. 20, где 4-оксо-2-пентеновую кислоту восстанавливают до левулиновой кислоты.
22. Способ по п. 21, где левулиновую кислоту восстанавливают до 4-гидроксипентановой кислоты.
23. Способ по п. 22, где 4-гидроксипентановую кислоту циклизируют до 4-валеролактона.
24. Способ по п. 16, где 2,4-дигидроксипентановую кислоту превращают с помощью окислительной дегидратации в 4-оксо-2-пентеновую кислоту.
25. Способ по п. 24, где 4-оксо-2-пентеновую кислоту восстанавливают до левулиновой кислоты.
26. Способ по п. 25, где левулиновую кислоту восстанавливают до 4-гидроксипентановой кислоты.
27. Способ по п. 26, где 4-гидроксипентановую кислоту циклизируют до 4-валеролактона.
28. Способ по п. 14, где 4-гидрокси-2-оксопентановую кислоту циклизируют до 2-оксо-4-валеролактона и необязательно превращают в 4-валеролактон.
29. Способ по п. 14, где кислотную группу по меньшей мере одного промежуточного продукта превращают в сложный тиоэфир-кофермент A.
30. Способ по п. 29, дополнительно включающий превращение сложного тиоэфира-кофермент A в сложный эфир.
31. Способ по п. 15, где ацетилальдегид получают декарбоксилированием пирувата в микробном хозяине.
32. Способ по п. 1, где альдольное присоединение происходит с помощью альдолазы класса I.
33. Способ по п. 32, где альдолаза представляет собой HKP альдолазу E.coli или ее гомолог или мутант.
34. Способ по п. 1, где альдольное присоединение происходит с помощью альдолазы класса II.
35. Способ по п. 34, где альдолаза представляет собой HpaI альдолазу Pseudomonas putida или ее гомолог или мутант.
36. Способ по п. 34, где альдолаза представляет собой BphI альдолазу Burkholderia xenovorans или ее гомолог или мутант.
37. Способ по п. 32, где альдолаза экспрессируется в ферментирующем организме-хозяине.
38. Способ по п. 1, где соединение представляет собой левулиновую кислоту или ее сложный эфир.
39. Способ по п. 38, где левулиновую кислоту превращают в 1,4-пентандиол или дифеноловую кислоту, которую необязательно можно полимеризовать или сополимеризовать с другими полимерными структурными элементами.
40. Способ по п. 38, где левулиновую кислоту или ее сложный эфир превращают в метилтетрагидрофуран или δ-аминолевулиновую кислоту, которую необязательно можно включить в гербицидную композицию.
41. Способ по п. 38, где левулиновую кислоту или сложный эфир дополнительно полимеризуют, необязательно в качестве сополимера с другими полимерными структурными элементами.
42. Способ по п. 38, где левулиновую кислоту или ее сложный эфир превращают в кеталь для применения в качестве топливной присадки или мономера/сополимера для производства пластмасс и других полимеров.
43. Способ по п. 1, где соединение представляет собой лактон.
44. Способ по п. 43, где лактон представляет собой 4-валеролактон.
45. Способ по п. 44, где 4-валеролактон превращают в одно или несколько из валериановой кислоты или валератного сложного эфира, изомерного бутена, бутадиена или алкенов по меньшей мере с 5 углеродами.
46. Способ по п. 45, где валериановую кислоту, валератный сложный эфир или алкены дополнительно восстанавливают химически или биологически до алканов.
47. Способ по п. 43, где лактон представляет собой ангеликалактон.
48. Способ по п. 43, где лактон представляет собой 2-оксовалеролактон.
49. Способ по п. 43, где лактон представляет собой 2-гидроксивалеролактон.
50. Способ по п. 43, где лактон представляет собой 5-гидрокси-5-метилдигидрофуран-2(3H)-он.
51. Способ по п. 43, где лактон представляет собой 5-гидрокси-5-метилфуран-2(5H)-он.
52. Способ по п. 43, где лактон окисляют до альфа'-ангеликалактона или альфа-ангеликалактона.
53. Способ по п. 47, где лактон окисляют до протоанемонина.
54. Способ по п. 44, где 4-валеролактон вводят в реакцию с формальдегидом с получением метиленметилбутиролактона.
55. Способ по любому из пп. 5-54, где лактон дополнительно полимеризуют, необязательно в качестве сополимера с другими полимерными структурными элементами.
56. Способ получения полимерного материала или полимерсодержащего продукта, включающий способ по п. 41 или п. 55.
57. Способ по п. 56, где полимерным материалом является нейлон, каучук, полиакрилат или пластмасса.
58. Способ получения гербицида или топливной присадки, включающий способ по п. 40 или 42.