类胡萝卜素形成酶基因及其生物代谢工程

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β-胡萝卜素生物合成关键酶基因转化玉米

β-胡萝卜素生物合成关键酶基因转化玉米p-胡萝卜素(C40H56)是类胡萝卜素之一,是一种橘黄色脂溶性化合物,在自然界中稳定存在的天然色素。

在许多的天然食物中均含有p-胡萝卜素,例如绿色蔬菜、甘薯、胡萝卜、菠菜等。

p-胡萝卜素是维生素A合成的前体,具有免疫、抗氧化、预防癌症和延缓癌症等非常重要的生理功能。

人体自身不能合成类胡萝卜素,主要依赖于饮食中类胡萝卜素的供应。

但是,在许多植物中类胡萝卜素含量较低,尤其是p-胡萝卜素。

玉米作为世界和我国第一大粮食作物,类胡萝卜素的含量较低,增加p-胡萝卜素的含量可显著提升玉米的营养价值。

在高等植物中,p-胡萝卜素是在质体中通过类异戊二烯途径合成的。

其生物合成过程包括缩合、脱氢、环化、羟基化以及环氧化等一系列反应。

目前,催化这些反应的关键酶基因陆续克隆鉴定,为通过DNA重组技术和遗传工程生产p-胡萝卜素开辟了道路。

本研究克隆出p-胡萝卜素生物合成的关键酶基因：八氢番茄红素合成酶基因PSY和八氢番茄红素脱氢酶基因CrtI,通过重叠PCR的方法连接成融合基因,构建成单子叶植物表达载体,利用农杆菌介导法转化玉米自交系“18-599”,以期获得β-胡萝卜素大量积累的植株。

1.植物表达载体构建。

根据NCBI上公布的PSY和CrtI基因序列,设计引物,以玉米的cDNA为模板克隆出PSY基因序列,以噬夏孢欧文氏菌的DNA为模板克隆出CrtI基因序列,人工合成豌豆核酮糖小亚基转运肽tp基因序列,通过重叠PCR将三段基因连接成融合基因并引入限制性酶切位点,定向插入到植物表达载体pTF101.1中,构建成单子叶植物表达载体。

2.玉米愈伤组织培育及转化以玉米自交系“18-599”的幼胚为外植体,诱导培养胚性愈伤组织,通过农杆菌介导的方法转化,经除草剂抗性培养基梯度筛选后分化出T0代再生植株150株。

3.再生植株的分子检测设计特异PCR引物,扩增目的基因1315bp片段,对抗性愈伤组织分化得到的150株T0代再生植株进行分子检测,有10个T0代植株表现阳性。

生物生产中代谢工程技术的应用前景

生物生产中代谢工程技术的应用前景随着生物技术的发展和进步，代谢工程在生物生产中的应用越来越广泛。

代谢工程可以通过改变微生物的代谢途径和调节代谢通路中的关键酶，从而实现对生物合成产物的精准控制和优化。

在食品、医药、化工等领域，代谢工程技术已经成为一个重要的生产手段，其应用前景十分广阔。

一、食品领域中的应用代谢工程技术在食品领域中的应用十分广泛。

以乳制品为例，利用代谢工程技术可以改善细菌的产酸能力，进而控制酸度和乳化性能，从而提高储存质量和口感。

同时，代谢工程技术还可以用于调整细菌的代谢代谢途径，从而合成新的有益物质，如β-胡萝卜素，对消费者的健康有益。

二、医药领域中的应用代谢工程技术在医药领域中的应用也十分重要。

例如，代谢工程可以用于改善微生物合成药物的效率和纯度，从而提高药品的生产效率和储存稳定性。

此外，代谢工程技术还可以创造新的生产和研发路径，进而开发出新的药品和治疗物质，为人类健康带来更大的益处。

三、化工领域中的应用代谢工程技术在化工领域中也有着广泛的应用。

在生物燃料、生物聚合物和高附加值化学品等方面，代谢工程技术已经成为一种重要的生产手段。

代谢工程技术可以通过调节微生物合成途径和关键酶，优化化学品的产出量和品质，从而提高生产效率和经济效益。

四、未来的发展趋势代谢工程技术在生物生产中的应用前景十分广泛，并且仍然有着很大的发展潜力。

在未来发展中，代谢工程技术将会逐渐发现更多的代谢通路和生化途径，并且优化代谢产物的纯度和产品特性。

此外，代谢工程技术的集成化，如引入系统合成生物学、人工智能和机器学习等技术，也将会进一步促进代谢工程技术的发展和应用。

总之，代谢工程技术在生物生产中的应用前景十分广泛，能够满足人类的很多生产和生活需求。

未来，我们将会看到代谢工程技术带来更多的生产优化和生命科学创新，开辟出更加美好的未来。

植物此生代谢产物

植物次生代谢物综述班级：09农学（2）班姓名：学号：植物次生代谢物综述植物次生代谢( secondary metabolism)是由初生代谢( p rimary metabolite) 派生的一类特殊代谢过程,是植物在长期进化中与环境相互作用的结果。

近来的研究发现,植物次生代谢物在植物生命活动的许多方面均起着重要作用,且部分是植物生命活动所必需的。

例如,吲哚乙酸、赤霉素直接参与生命活动的调节;木质素为细胞次生壁的重要组成成分;叶绿素、类胡萝卜素等萜类物质作为光合色素参与光合作用过程等。

随着次生代谢产物在医药、食品、轻化工等领域的广泛应用,其物质的种类、代谢途径,以及代谢机理等相关问题亦倍受研究者关注,是植物生理学、植物化学等众多学科的主要研究内容之一。

植物次生代谢物的产生和分布通常有种属、器官组织和生长发育期的特异性。

目前其分类方法主要有如下三种: ①根据化学结构不同,分为酚类、萜类和含氮有机物等; ②根据结构特征和生理作用不同,生物碱与植物毒素等; ③根据其生物合成的起始分子不同,分为萜类、生物碱类、苯丙烷类及其衍生物等三个主要类型。

笔者将按第三种分类方法对其物质种类、代谢类型等方面的研究进展进行概述。

1萜类化合物萜类化合物(perpenoid)是所有异戊二烯聚合物及其衍生物的总称,以异戊烷五碳类异戊二烯为基本单位,又称类异戊二烯( isop renoid) ,以侧链重复连接方式递增,分开链类和环萜类两种。

开链型类萜的分子组成通式为(C5H8 ) n ,包括半萜(C5 ,即含一个异戊二烯单位, n = 1) 、单萜(C10 , n = 2) 、倍半萜(C15 , n = 3) 、双萜(C20 , n = 4) 、三萜(C30 , n =6) 、四萜(C40 , n = 8) 、多萜( > C40 , n > 8)及杂萜(含异戊二烯侧链)等。

环萜型类萜因分子内碳环数的不同,可分为单环萜、双环萜、三环萜等。

辣椒类胡萝卜素生物合成的分子遗传学研究进展

广东农业科学Guangdong Agricultural Sciences 2024，51（2）：71-80 DOI:10.16768/j.issn.1004-874X.2024.02.007邓明华，莫云容，吕俊恒，赵凯，黄尧瑶，王岩岩，张宏. 辣椒类胡萝卜素生物合成的分子遗传学研究进展［J］. 广东农业科学，2024，51（2）：71-80. DENG Minghua, MO Yunrong, LYU Junheng, ZHAO Kai, HUANG Yaoyao, WANG Yanyan, ZHANG Hong. Advances in molecular genetics of carotenoid biosynthesis in Capsicum［J］. Guangdong Agricultural Sciences, 2024，51（2）：71-80.辣椒类胡萝卜素生物合成的分子遗传学研究进展邓明华，莫云容，吕俊恒，赵凯，黄尧瑶，王岩岩，张宏（云南农业大学园林园艺学院/云南省蔬菜生物学重点实验室，云南昆明 650201）摘要：辣椒（Capsicum spp.）属于茄科辣椒属，作为一种蔬菜和香料作物在世界各地得到广泛栽培。

除作为烹饪食材和香料应用外，辣椒在制药和化妆品领域也有广泛的用途。

类胡萝卜素是一类天然色素的总称，参与植物许多重要的代谢过程，如光合作用、光保护、光形态建成和生长发育等。

类胡萝卜素具有多种生物活性，是辣椒果实主要的营养物质之一，培育类胡萝卜素含量更高的辣椒品种需要全面深入了解其生物合成及其调控的分子机制。

分子生物学和生物技术的发展促进了类胡萝卜素生物合成基因的鉴定，为培育类胡萝卜素含量更高的辣椒新品种提供了机会。

该文描述了类胡萝卜素的生理作用、类胡萝卜素与辣椒果实颜色、类胡萝卜素生物合成途径、辣椒类胡萝卜素生物合成途径的结构基因及调控因子、辣椒果实颜色的分子遗传学及与辣椒果实颜色有关的QTL位点等方面的研究进展。

类胡萝卜素形成酶基因及其生物代谢工程

类胡萝卜素形成酶基因及其生物代谢工程类胡萝卜素形成酶基因及其生物代谢工程的碳氢化合物（胡萝卜素）和它们的氧化衍生物(叶黄素)两大类类胡萝卜素通常是指C40类胡萝卜素携带紫罗色素的总称。

它们在结构上由8个类异戊二烯单位浓缩形成，典型的C40酮环（ionone），在环的不同位置可被氧基、羟基、环氧基代替[1]；类胡萝卜素分子中最重要的部分是决定颜色和生物功能的共轭双鍵系统，能使单态氧失活，猝灭羧基自由基。

由于类胡萝卜素本身的化学特性，它们是所有光合生物的基本成分,贮存在生物体的脂相中。

在植物中，类胡萝卜素对叶绿体的光合作用起着至关重要的作用，一方面，它们是叶绿体光合天线的辅助色素，帮助叶绿素接收光能；另一方面，它们在高温、强光下能通过叶黄素循环，以非辐射的方式耗散光系统Ⅱ（PSⅡ）的过剩能量保护叶绿素免受破坏[2,3]。

除八氢番茄红素、六氢番茄红素等几种类胡萝卜素无色外，绝大多数类胡萝卜素呈黄色、橙色或红色[4]，是许多植物花和果实呈现鲜艳色彩的原因[2]。

类胡萝卜素也是合成植物激素ABA的前体[5]。

约有10%的类胡萝卜素是维生素A（V A）的前体[6,7]，人体V A 不足易得夜盲症。

近年来，越来越多的医学研究表明，类胡萝卜素在猝灭自由基[8]、增强人体免疫力[9]、预防心血管疾病和防癌抗癌[2,10]等保护人类健康方面起着更为重要的作用。

人体血液中主要含有番茄红素、β－胡萝卜素、叶黄质、β－隐黄质、α－胡萝卜素等类胡萝卜素[11]，但人体不能合成类胡萝卜素，主要依赖饮食中类胡萝卜素的供应。

一些重要的类胡萝卜素如玉米黄素，和叶黄质一起，是眼睛斑点色素（macular pigment）中不可缺少的成分,但在食品中含量并不丰富，也不能通过外界药物供给，玉米黄素如长期摄入不足对眼睛健康极为不利[12]。

随着类胡萝卜素药用价值的不断发现，人类对类胡萝卜素的种类和产量需求将越来越大。

然而，类胡萝卜素很难通过化学合成，迄今为止，已鉴定的天然类胡萝卜素有600余种，但只有于少数几种类胡萝卜素如β－胡萝卜素、虾青素、角黄素等能通过化学合成进入商业化生产，它们主要用于营养补充、食品着色和动物饲料的添加；通过天然微生物发酵途径也能生产β－胡萝卜素、虾青素，但所占的市场份额微不足道[13]。

类胡萝卜素

类胡萝卜素科技名词定义中文名称：类胡萝卜素英文名称：carotenoid 定义：链状或环状含有8个异戊间二烯单位、四萜烯类头尾连接而成的多异戊间二烯化合物。

是一类不溶于水的色素，存在于植物和有光合作用的细菌中，在光合作用过程中起辅助色素的作用。

应用学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；激素与维生素（二级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布类胡萝卜素类胡萝卜素（carotenoid）：不溶于水而溶于有机溶剂。

叶绿体中的类胡萝卜素含有两种色素，即胡萝卜素（carotene）和叶黄素（lutein），前者呈橙黄色，后者呈黄色。

功能为吸收和传递光能，保护叶绿素。

简介辅助色素（accessory pigment）：在植物和光合细菌，像类胡萝卜素叶黄素和藻胆素中，吸收可见光的色素，这类色素是对叶绿素捕获光能的补充。

非皂化脂质。

是广泛地分布于动植物中的黄、橙、红或紫色的一组色素。

类胡萝卜素分子式构成发色原因的共轭二重键具有长链聚烯烃结构。

通常是几种混在一起生成。

具有C40的萜结构的较多，不含氮。

已知天然类胡萝卜素约有300种，其中不含氧的碳化氢类有胡萝卜素、菌脂素等；含氧的非常多，有醇、酮、醚、醛、环氧化物、羰酸和酯等。

它们之中大量存在的有岩藻黄质（fucoxanthin）、叶黄素（lutein）、堇菜黄质（violaxanthin）、新黄质（neoxanthin）等，均属于胡萝卜醇。

类胡萝卜素多数不溶于水，溶于脂溶剂，不稳定，易氧化。

类胡萝卜素（carotenoid）：一类重要的天然色素的总称，属于化合物。

普遍存在于动物、高等植物、真菌、藻类和细菌中的黄色、橙红色或红色的色素，主要是β-胡萝卜素秋季黄叶中含类胡萝卜素和γ-胡萝卜素，因此而得名。

不溶于水，溶于脂肪和脂肪溶剂。

亦称脂色素。

自从19世纪初分离出胡萝卜素，至今已经发现近450种天然的类胡萝卜素；利用新的分离分析技术如薄层层析、高压液相层析以及质谱分析还不断发现新的类胡萝卜素。

植物中类胡萝卜素生物合成及其关键酶机制

植物中类胡萝卜素生物合成及其关键酶机制植物中的类胡萝卜素是一类颜色鲜艳的化合物，具有多种生物功能，例如抗氧化、抗癌等。

在植物的代谢中，类胡萝卜素是一类重要的物质，它不仅能给植物带来颜色，还能帮助植物抵御外界环境的压力，同时还具有丰富的营养价值。

本文将介绍植物中类胡萝卜素的生物合成及其关键酶机制。

类胡萝卜素是一类色素，其生物合成途径较为复杂。

生物合成途径主要包括异戊烯化、缩合和羧化等步骤，其中的关键酶有异构化酶、脱氢酶、羟化酶、缩合酶等。

这些酶的功能各不相同，但都在类胡萝卜素的生物合成中起到重要作用。

异构化酶是类胡萝卜素生物合成途径中的第一个关键酶。

在异构化的过程中，类胡萝卜素的前体物质吡喃氧化物被转化，形成最终的异戊烯化中间体。

脱氢酶是异构化酶后的第二个关键酶，其主要作用是将异戊烯化中间体中的顺式反异戊三烯醇脱氢成为相应的共轭双键醛。

羟化酶是将共轭双键醛进行加氧反应，并且形成二级醇的关键酶。

在羟化酶后的步骤中，还有脱氢酶和缩合酶两个关键酶。

脱氢酶的作用是将二级醇上一个羟基去除后，形成C13–C14双键。

缩合酶是类胡萝卜素生物合成途径中的最后一个关键酶，它主要负责将不饱和双键上的氧化作用，并且将类胡萝卜素的前体物质连接起来。

总的来说，缩合酶是类胡萝卜素生物合成途径中的决定性酶，因为其能否成功将前体物质连接成类胡萝卜素结构的形态取决于缩合酶的活性。

此外，在植物的类胡萝卜素生物合成过程中，还有一些非常重要的调控机制。

例如，类胡萝卜素的生物合成途径受到光照的影响较大，而且在缩合酶中还存在一种调控机制，被称为缩合酶与类胡萝卜素脱附复合物（CBI-CRT）机制。

这种调控机制可以有效的控制类胡萝卜素生物合成途径中缩合酶的活性，以达到对外界环境的适应性。

总之，植物中的类胡萝卜素是一类需要多个酶的合作才能完成生物合成的复杂的有机物。

在类胡萝卜素生物合成途径中，每一个关键酶的作用都是至关重要的。

通过对类胡萝卜素结构与关键酶机制的研究，对植物的生长发育和资源利用有着重要的意义，因此，对其进行深入研究具有很高的科学价值和应用价值。

酵母生产类胡萝卜素的研究进展

酵母生产类胡萝卜素的研究进展钮亭亭;孙茜萍;吴涛【摘要】类胡萝卜素是医药、化学、食品和饲料产业中具有重要价值的产品,具有着色、抗氧化和防癌等功能.动物不能合成类胡萝卜素,因此必须从食物中进行摄取.作为潜在色素物质的来源,红酵母和法夫酵母是微生物法生产类胡萝卜素的重要菌种.阐述了红酵母和法夫酵母生物合成类胡萝卜素的途径、影响发酵产量的因素及廉价培养基的应用,进一步介绍了诱变育种方法及代谢工程技术在产类胡萝卜素酵母菌株改良上的应用.【期刊名称】《发酵科技通讯》【年(卷),期】2017(046)001【总页数】4页(P50-53)【关键词】类胡萝卜素;红酵母;法夫酵母;廉价培养基【作者】钮亭亭;孙茜萍;吴涛【作者单位】上海体育学院,上海200438;浙江工业大学海洋学院,浙江杭州310014;浙江工业大学海洋学院,浙江杭州310014【正文语种】中文【中图分类】TQ92类胡萝卜素对动物和人类具有重要意义,包括增强免疫、作为维生素A前体和淬灭氧自由基的组分.食用类胡萝卜素有益于预防多种疾病,如动脉硬化、白内障、多硬化和癌症.动物体内不能自发合成类胡萝卜素,必须从含类胡萝卜素的饲料中摄取.相比从蔬菜中提取或者化学合成类胡萝卜素,微生物发酵生产类胡萝卜素只需要低成本天然底物作为碳源,具备明显的经济优势.红酵母和法夫酵母[1]具有合成各种天然类胡萝卜素(β-胡萝卜素、红酵母烯、红酵母红素和虾青素等)的能力,比藻类和霉菌更适于大规模发酵生产.另外以代谢工程方法构建的酿酒酵母也表现出产类胡萝卜素的良好优势.红酵母(Rhodotorula)和法夫酵母(Phaffia)是产类胡萝卜素的常见酵母种属.由红酵母生产的类胡萝卜素种类主要为β-胡萝卜素、红酵母烯(3′,4′-双脱氢-β-ψ-胡萝卜素)和红酵母红素(3′,4′-双脱氢-β-ψ-胡萝卜素-16′-甲酸),三种主要的类胡萝卜素占总量的相对比例不确定,这与菌株及培养条件相关.Rhodotorula glutinis和Rhodotorula graminis生产的γ-胡萝卜素量(β-γ-胡萝卜素)占类胡萝卜素总量11%～15%,而法夫酵母主要生产虾青素(3,3-脱氢-β-β-胡萝卜素-4,4-二酮).1964年,Simpson[2]及Goodwin[3]重新审视了酵母合成类胡萝卜素的一般途径:1) 由HMG-COA合酶催化乙酰辅酶A向3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A(HMG-COA)转化,HMG-COA再转化为一个C6化合物甲羟戊酸(MVA),MVA通过MVA 激酶磷酸化、脱羧等一系列反应进一步转化为异戊二烯基焦磷酸(IPP);2) IPP与依次加入的三个IPP分子异构化得到二甲基烯丙基焦磷酸(DMAPP),上述反应产物由异戊烯基转移酶催化得到C20化合物香叶基焦磷酸(GGPP),两分子GGPP缩合得到八氢番茄红素,脱氢后得到番茄红素;3) 番茄红素异构化同时发生在八氢番茄红素脱氢形成第一或第二个双键过程中,番茄红素作为环状结构类胡萝卜素前体,经一系列代谢反应形成β-胡萝卜素、γ-胡萝卜素、红酵母烯、红酵母红素和虾青素.在工业规模下利用微生物生产类胡萝卜素必须寻求工艺成本低、产率高以及环境友好的技术.然而,类胡萝卜素的生物合成受诸多因素影响,例如光照、温度、通气和金属离子都有可能对类胡萝卜素发酵产量产生影响.光照被认为是微生物生产类胡萝卜素的一个重要因素.微生物需要防止自身由于光照而受到损伤,类胡萝卜素生物合成机制就是一个光保护机制.类胡萝卜素生产受到白光的积极影响.Moliné等[4]研究红酵母菌株中类胡萝卜素和麦角固醇以及细胞紫外光抗性之间的关系,结果表明超着色菌株存活率增大(250%).他们还指出,红酵母红素的高产量可以提高紫外光下红酵母的存活率.另一方面,Yen等[5]计算了在具有两个LED(发光二极管)灯的间歇反应器中β-胡萝卜素的生产效率,结果β-胡萝卜素浓度达24.6 μg/g,而无光照条件下β-胡萝卜素浓度只有14.69 μg/g.温度是酵母生产类胡萝卜素过程中需要考虑到的另一个因素.温度会影响细胞的生长以及代谢产物的生产,主要通过改变生物合成途径包括类胡萝卜素合成途径来发挥作用.温度的影响效果取决于微生物的种类以及产品产量.根据Hayman等[6]的研究,温度影响了涉及类胡萝卜素生产的酶浓度的调节水平.通气影响类胡萝卜素生产的种类和总产量.这是因为类胡萝卜素生物合成是一个需氧过程,氧气影响着基质同化的速率、生物量的增长以及类胡萝卜素的生物合成.通气的影响取决于微生物的种类.Saenge等[7]研究了通气量对细胞生长、脂质产量、类胡萝卜素产量及甘油消耗量的影响,当通气速率从0 vvm增加到2 vvm时,生物量和脂质产量均达到最高,分别为8.17, 4.32 g/L.金属离子(钡、铁、镁、钙、锌和钴)也已经被证明是R. Glutinis生产类胡萝卜素的促进剂[8].除此以外,Buzzini等[9]报道了在R. Graminis中某些微量元素表现出对类胡萝卜素的结构具有选择性的影响,比如Zn2+对β胡萝卜素和γ-胡萝卜素生产具有促进作用,而对红酵母烯和红酵母红素生产具有抑制作用.绝大多数酵母的类胡萝卜素在菌种对数生长后期积累,在稳定期持续增加.在含有多种精细碳源(如葡萄糖、木糖、纤维二糖、蔗糖、甘油和山梨糖醇)的合成培养基中培养时,酵母菌能合成类胡萝卜素.以天然底物(如葡萄汁、未发酵葡萄汁、枣汁、芥末废弃物水解液提取物、半纤维素水解液、水解绿豆废渣、甘蔗汁、甘蔗、玉米糖浆、玉米水解液、乳清等)为碳源的类胡萝卜素合成研究已成为近些年的热点.工农业原产地的原料和副产物被认为是廉价微生物发酵生产过程中所需碳水化合物的可替代来源,这也同时减轻了因废弃物造成的环境问题.鸡毛和甜马铃薯已作为氮源和碳源[10]来生产类胡萝卜素,同时解决了鸡毛和甜马铃薯废弃物环保处理的能耗问题,最大限度地减轻了这些废弃物对环境的压力.表1列出了最新的工农业废渣在类胡萝卜素发酵生产中的应用实例.用工农业废弃物生产类胡萝卜素,其生产能力取决于碳源和氮源的种类、矿物质和其他成分的配比.这些营养物质的种类和配比对确定发酵培养基制定方法、提高微生物的类胡萝卜素生物合成能力非常重要.4.1 诱变Vijayalaksmi等[20]以紫外线诱变R. gracilis菌株,其类胡萝卜素合成能力较原始菌株提高了约1.8倍.粉色酵母株R. glutinis经紫外诱变得到黄色诱变株32,其类胡萝卜素产量比野生株高出24倍.Frengova等[21]发现NTG诱变菌R. rubra 56-13也表现出了更高的类胡萝卜素和β-胡萝卜素生产能力.Wang等[22]用高静水压(300 MPa)重复5次处理后得到诱变株,其β-胡萝卜素产量增加了57.89%.暗红色酵母菌株P. rhodozyma经甲基磺酸乙酯处理后其β-类胡萝卜素产量是之前的5倍[23].NTG诱变Xanthophyllomyces Dendrourhous后分离得到两种产类胡萝卜素强化菌株X. Dendrourhous JH1和JH2[24].虾青素高产突变株JH1产虾青素约为野生型的15倍多.产β-胡萝卜素突变株JH2的β-胡萝卜素产量比野生型增产约4倍.An等[25]发现抗霉素突变株和亚硝基胍衍生突变株产虾青素能力比原始菌株高出很多.Schroeder等[26]还发现游离氧自由基能够通过激活基因诱发P. rhodozyma体内类胡萝卜素的合成.Fleno等[27]用EMS及紫外线处理得到高产类胡萝卜素和虾青素的突变株.4.2 产类胡萝卜素酵母的代谢工程代谢工程通过具体的生化反应或利用重组DNA技术引进新的基因来改进细胞性能和提高目标产物的产量[28].非类胡萝卜素生物合成微生物的改造工程是类胡萝卜素生产非常有用的工具,如酿酒酵母被认为是一种安全的酵母并具有容易进行基因操作等优点.虽然自然条件下酿酒酵母不产生类胡萝卜素,但它产生香叶基焦磷酸,如果此酵母集成了源于法夫酵母的两个主要的类胡萝卜素合成酶的基因(即编码番茄红素合成酶(crtYB)和番茄红素脱氢酶(CTRI)的基因)就可以生产类胡萝卜素[29].Yamano等[30]早期尝试把细菌基因导入酿酒酵母中生产β-胡萝卜素,虽然在工程上取得了成功,但是生产水平低下,产量仅103 μg/g.毕赤酵母也是进行类胡萝卜素生产研究的非类胡萝卜素生物合成酵母,主要优势在于它可以在甲醇中生长.Araya-Garay等[31]设计并构建了两个含有编码番茄红素和β胡萝卜素的基因的质粒并转入毕赤酵母中,结果表明得到的重组菌株番茄红素和β胡萝卜素产量分别达到1.141,339 μg/g.类胡萝卜素在人类健康领域发挥着重要作用.化学合成类胡萝卜素虽能满足市场的部分需求,但其生产过程不够环保高效,产品结构和天然类胡萝卜素也有差异.目前,对微生物生产类胡萝卜素已经进行了广泛研究,微生物发酵生产类胡萝卜素不存在由于季节性和地域性变化而导致的产品和市场问题,从而具有更大的经济效益.目前,红酵母和法夫酵母是类胡萝卜素的潜在来源,而以代谢工程方法改造酿酒酵母生产类胡萝卜素也具有良好前景.生产成本高是大规模发酵生产类胡萝卜素的最大限制因素,采用工农业废弃物等廉价底物可以降低生产成本,并且有助于减少废弃物本身对环境的污染.通过酵母菌种的基因改造和发酵工艺的改进等各种方法提高产量,将有助于实现微生物法发酵生产类胡萝卜素产品的工业化.【相关文献】[1] 刘颖.法夫酵母生物法生产虾青素的研究进展[J].发酵科技通讯,2012,41(3):47-52.[2] SIMPSON K L, NAKAYAMA T O, CHICHESTER C O. 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胡萝卜素代谢和生物学功能研究

胡萝卜素代谢和生物学功能研究胡萝卜素是一类含有芳香结构的天然类黄酮化合物，它们的化学结构主要包括苯丙烷和吲哚环，具有强大的抗氧化作用，被广泛认为是预防代谢疾病和癌症的必要物质。

其中最常见的胡萝卜素是β-胡萝卜素和α-胡萝卜素，它们都属于维生素A家族，是动物生长和发育所必需的物质。

然而，人类无法自己合成这些物质，必须从膳食中获取。

胡萝卜素代谢和转化胡萝卜素被人体吸收后，需要经过一系列的生化反应才能够被有效利用。

首先，它们被油脂结合并进入腸道上皮细胞，然后由酯化酶水解出游离胡萝卜素。

在肝脏中，α-胡萝卜素和β-胡萝卜素被氧化成视黄醇，且在对甲酰四氢叶酸的转化中起到了重要的作用。

视黄醇是维生素A的前体，需要经过两个步骤才能够转化为维生素A。

其中第一步是视黄醇脱氢酶催化视黄醇转化为视黄酸，第二步则是由觉醛丢失酶催化将视黄酸还原成真正的维生素A。

在维生素A家族中，还有一类化合物叫做类视黄酮，它们是一类黄酮化合物，在人类和动物的膳食中广泛存在。

类视黄酮和维生素A的生物学功能非常相似，都具有重要的保健作用，但相较之下类视黄酮的生化代谢则相对简单。

类视黄酮在肠道和肝脏中未经代谢即可被人体吸收，然后在人体组织中发挥抗氧化和抗炎作用。

胡萝卜素的生物学功能维生素A和类视黄酮是膳食中的必需成分，它们在人体内发挥了多种生理功能。

首先，维生素A是一个广泛的功能蛋白修饰物，其中维生素A酸是一种按需生成的信号分子，能够干扰转录因子的活动从而影响一系列重要的生理过程。

维生素A在视觉功能方面也具有至关重要的作用。

视黄醛是视觉信号的传递物质，当视黄醛与视黄酸结合时则能够转化为维生素A，进而影响视网膜的光感受能力和视力调节。

除此之外，维生素A还参与了人体免疫系统和生殖系统的调节过程，对于细胞分化、增殖和凋亡等生命历程具有调控作用。

类视黄酮则能够通过抑制自由基的生成和氧化损伤来发挥保健作用，对于癌症、心血管疾病、老年痴呆等健康问题有一定的预防作用。

生物化学胡萝卜素生物合成论文中英文对照资料外文翻译文献

中英文对照资料外文翻译文献译文一：柑桔属类胡萝卜素生物合成途径中七个基因拷贝数目及遗传多样性的分析摘要：本文的首要目标是分析类胡萝卜素生物合成相关等位基因在发生变异柑橘属类胡萝卜素组分种间差异的潜在作用；第二个目标是确定这些基因的拷贝数。

本实验应用限制性片段长度多态性（RFLP）和简单序列重复（SSR）标记法对类胡萝卜素生物合成途径中的七个基因进行了分析。

用[R-32P]dCTP标记PSY，PDS，ZDS，LCY-b，LCY-e，HY-b和ZEP cDNA片段作为作探针，使用若干限制性内切酶对来自25种柑桔基因型基因组DNA的限制性片段长度差异进行了分析。

而对于SSR标记，设计两对引物分别扩增LCY-b和HY-b基因的表达序列标签（ESTs）。

在这7个基因中，LCY-b只有1个拷贝，而ZDS存在3个拷贝。

利用RFLP和SSR分析发现基因的遗传多样性与核心分子标记一致。

RFLP和SSR对PSY1，PDS1，LCY-b和LCY-e14个基因的分析结果足以解释这几个主要的商业栽培种的系统树起源。

此外，我们的分析结果表明，不同种类柑橘中类胡萝卜素积累的番茄红素环化酶LCY-b和LCY-e1等位基因存在种间差异。

前人报道PSY，HY-b和ZEP基因与种间类胡萝卜素含量差异密切相关，但本实验发现这些等位基因并不起关键作用。

关键词：柑桔；类胡萝卜素；生物合成基因；基因变异；系统发育前言类胡萝卜素是植物光合组织中普遍存在的一类色素。

在色素蛋白复合体中，它们作为光敏元件进行光合作用，并且防止过强光照强度引起的灼伤，并在园艺作物果实，根，或块茎色泽和营养品质上起着十分重要的作用。

事实上，其中一些微量营养素是维生素A的前体，是人类和动物的饮食必不可少的组成部分。

由于具有抗氧化性，类胡萝卜素在预防慢性疾病也发挥着重要的作用。

类胡萝卜素生物合成途径现在已经明确。

类胡萝卜素通过核酸编码的蛋白酶在质体中合成。

其直接前体是牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸（GGPP，该前体同时也是赤霉素，质体醌，叶绿素，维生素K，维生素E的前体）。

类胡萝卜素代谢工程

类胡萝卜素代谢工程
徐志强;余晓斌;郑亚平
【期刊名称】《天然产物研究与开发》
【年(卷),期】2003(015)003
【摘要】类胡萝卜素能预防癌症和慢性病,并有很强的肿瘤抑制活性,对人体健康有着重要作用,其药用潜力引起人们极大关注.迄今已发现600多种天然类胡萝卜素,但绝大部分都是痕量中间产物,很难用化学法生产.大量类胡萝卜素生物合成基因的克隆为在细菌、酵母和植物中异源生产结构多样类胡萝卜素提供了基础.
【总页数】5页(P259-263)
【作者】徐志强;余晓斌;郑亚平
【作者单位】江南大学生物工程学院,无锡,214036;江南大学生物工程学院,无锡,214036;江南大学生物工程学院,无锡,214036
【正文语种】中文
【中图分类】Q81
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用于转基因植物中生产类胡萝卜素的相关基因的合成[发明专利]

[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公开说明书[11]公开号CN 1380415A [43]公开日2002年11月20日[21]申请号01105878.1[21]申请号01105878.1[22]申请日2001.04.06[71]申请人上海永业农科生物工程有限公司地址201106上海市北翟路2901号共同申请人上海市农业科学院生物技术研究中心[72]发明人姚泉洪彭日荷熊爱生 [74]专利代理机构上海智信专利代理有限公司代理人费开逵[51]Int.CI 7C12N 15/52C12N 15/63C12N 15/70C12P 23/00C07C 403/24A01H 1/00权利要求书 7 页说明书 20 页附图 10 页[54]发明名称用于转基因植物中生产类胡萝卜素的相关基因的合成[57]摘要本发明涉及用于转基因植物中生产类胡萝卜素的相关基因。

利用重叠延伸PCR扩增技术以crtE、crtB、crtI、crtW、crtY、crtZ六种基因为模板合成具有植物偏爱密码的虾青素合成相关基因,并将合成的基因在植物中表达,生产虾青素等胡萝卜素物质来改良粮食作物及蔬菜的品质。

01105878.1权利要求书第1/7页 1、由来自副球菌的垅牛儿基垅牛儿基焦磷酸合成酶基因(c r t E)；八氢番茄红素合成酶基因(c r t B)；八氢番茄红素去饱和酶基因(c r t I)；番茄红素β环化酶基因(c r t Y)；β-胡萝卜素羟化酶基因(c r t Z)和β-胡萝卜素酮酶基因(c r t W)，其特征在于由前述六种基因改造成主导虾青素生物合成的crtW crtY基因和crtI crtZ及crtB crtE联合基因。

2、根据权利要求1所述主导虾青素生物合成的c r t W c r t Y基因核苷酸和氨基酸序列如下：ATGTCCGCACACGCACTCCCAAAAGCAGACCTCACCGCAACCTCCCTCATCGTCTCCGGTGGTATCATCGCA-- 72 M S A H A L P K A D L T A T S L I V S G G I I A GCATGGCTCGCACTCCACGTCCACGCACTCTGGTTCCTCGACGCAGCAGCACACCCAATCCTCGCAGTCGCA--144 A W L A L H V H A L W F L D A A A H P I L A V A AACTTCCTCGGTCTCACCTGGCTCTCCGTCGGTCTCTTCATCATCGCACACGACGCAATGCACGGTTCCGTC--216 N F L G L T W L S V G L F I I A H D A M H G S V GTCCCAGGTAGACCAAGAGCAAACGCAGCAATGGGTCAACTCGTCCTCTGGCTCTACGCAGGTTTCTCCTGG--288 V P G R P R A N A A M G Q L V L W L Y A G F S W AGAAAGATGATCGTCAAGCACATGGCACACCACAGACACGCAGGTACTGACGACGACCCAGACTTCGACCAC--360 R K M I V K H M A H H R H A G T D D D P D F D H GGTGGTCCAGTCAGATGGTACGCAAGATTCATCGGTACTTACTTCGGTTGGAGAGAAGGTCTCCTCCTCCCA--432 G G P V R W Y A R F I G T Y F G W R E G L L L P GTCATCGTCACCGTCTACGCACTCATCCTCGGTGACAGATGGATGTACGTCGTCTTCTGGCCACTCCCATCC--504 V I V T V Y A L I L G D R W M Y V V F W P L P S 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GTCATGGGTGTCAGAGACCACCCAGTCCTCGACAGAGCCTGCGACCTCGGTCTCGCCTTCCAGCTCACCCAC--504 V M G V R D H P V L D R A C D L G L A F Q L T H ATCGCAAGAGACGTCATCGACTACGCAAGAATCGGCAGATGCTACCTCCCAGGCGACTGGCTCGACCACGCA--576 I A R D V I D Y A R I G R C Y L P G D W L D H A GGCGCAAGAGTCGATGGTCCAGTCCCATCCCCAGAACTCTACACCGTCATCCTCAGACTCCTCGACGCAGCA--648 G A R V D G P V P S P E L Y T V I L R L L D A A GAGCCATACTACCCATCCGCAAGAGTCGGTCTCGCAGACCTCCCACCAAGATGCGCATGGTCCATCCCAGCA--720 E P Y Y P S A R V G L A D L P P R C A W S I P A GCATTCAGAATCTACAGAGCAATCGGTCTCCCAATCAGAAAGGGTGGTCCAGAGGCATACAGACAAAGAATC--792 A F R I Y R A I G L P I R K G G P E A Y R Q R I TCCACCTCCAAGGCAGCAAAGATCGGTCTCCTCGGCATCGGTGGTTGGGACGTCGCAGACCACGCTTGCAGA--864 S T S K A A K I G L L G I G G W D V A D H A C R GGCTCCGGTGTCTCCAGACAAGACCTCTGGACCAGACCACACCACGCACAACTCCTCAACTTCGACCTCCTC--936 G S G V S R Q D L W T R P H H A Q L L N F D L L AAACTCGCAGGCGACGTCGAATCCAACCCAGGCCCAATGAGAAGAGACGTCAACCCAATCCACGCAACCCTC--1008 K L A G D V E S N P G P M R R D V N P I 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Q T Q M I D F G R CAACTCGGTAGAGTCTTCCAATCCTACGACGACCTCCTCGAAGTCGTCGGTGATCAAGCAGCACTCGGTAAA--1656 Q L G R V F Q S Y D D L L E V V G D Q A A L G K GACACCGGTAGAGACGCAGCAGCACCAGGTCCAAGAAGAGGTCTCCTCGCAGTCTCCGACCTCCAAAAGGTC--1728 D T G R D A A A P G P R R G L L A V S D L Q K V TCCAGACAATACGAAGCATCCAGAGCACAACTCGAAGGTATGGTCGGTTCCAAGAGACTCCAAGCACCAGAA--1800 S R Q Y E A S R A Q L E G M V G S K R L Q A P E ATCGAAGCACTCCTCGAAAGAGTCCTCCCATACGCAGCAAGAGCATAA--1848I E A L L E R V L P Y A A R A5、主导虾青素生物合成的crtWcrtY、crtIcrtZ和crtBcrtE基因的合成方法，其特征在于采用高保真的耐高温聚合酶PCR进行扩增，基因在大肠杆菌中克隆并测核苷酸序列，在c r t W c r t Y、c r t I c r t Z 和crtBcrtE基因的连接处插入自动切割序列不同位置插入自动切割序列CAACTCCTCAACTTCGACCTCCTCAAACTCGCAGGCGACGTCGAATCCAACCCAGGCCCA进行合成。

植物类胡萝卜素合成及其应用研究

植物类胡萝卜素合成及其应用研究胡萝卜素是一类广泛存在于植物中的天然色素，具有重要的生物学功能和广泛的应用价值。

本文将从植物类胡萝卜素的合成机制和途径、植物类胡萝卜素的应用价值、以及当前植物类胡萝卜素研究的现状等方面进行阐述。

一、植物类胡萝卜素的合成机制和途径植物类胡萝卜素是维生素A的前体，能够维持细胞的正常生长和代谢，增加机体抵抗力和免疫力，缓解因维生素A缺乏造成的夜盲症等疾病。

在植物中，植物类胡萝卜素的合成途径包括从吡哆醛到色素前体的转化以及色素前体到植物类胡萝卜素的转化。

1. 从吡哆醛到色素前体的转化植物体内的色素合成主要来自于吡哆醛的合成。

在植物体内，吡哆醛的合成主要通过反式异构酶和过氧化酶的催化作用来完成。

反式异构酶能够将顺反异构体的吡哆醛转化为反式异构体，进而被过氧化酶氧化为含有两个醛基的科恩氏试剂。

2. 色素前体到植物类胡萝卜素的转化植物类胡萝卜素的合成主要通过色素前体的转化来完成。

在植物中，色素前体最终会被催化为皮质素，进而被催化为植物类胡萝卜素。

其中，催化色素前体转化为皮质素的酶为CAR，而催化皮质素转化为植物类胡萝卜素的酶为CRT。

二、植物类胡萝卜素的应用价值1. 食品工业中的应用植物类胡萝卜素是食品工业中广泛使用的天然色素，可用作食品着色剂、食品添加剂以及营养补充剂。

例如，植物类胡萝卜素能够用作食品中的红色素、黄色素、橙色素等着色剂，使食品更加美观可口。

2. 化妆品行业中的应用植物类胡萝卜素能够用作化妆品中的重要成分，能够滋养肌肤，增强肌肤的抵抗力和光彩度，同时也能够预防皮肤衰老和损伤。

此外，植物类胡萝卜素还能够用于日光保护品的防晒效果。

3. 医药行业中的应用植物类胡萝卜素是维生素A的前体，能够维持人体的正常生长和代谢，提高机体的免疫力和抵抗力。

此外，植物类胡萝卜素还能够预防心血管疾病和癌症等疾病的发生。

三、当前植物类胡萝卜素研究的现状当前，植物类胡萝卜素合成研究的主要方向包括转基因及基因编辑技术的应用、生物反应器的构建以及基于代谢工程的代谢调控等方面。

酶工程与代谢工程在生物催化中的应用研究

酶工程与代谢工程在生物催化中的应用研究在当今生物科学领域，酶工程和代谢工程作为重要的分支，为生物催化带来了革命性的变革。

它们的应用不仅在基础科学研究中发挥着关键作用，还在工业生产、医药研发、环境保护等多个领域产生了深远的影响。

酶工程，简单来说，就是对酶进行改造和优化，以使其更好地服务于各种生物催化过程。

酶作为生物体内的催化剂，具有高效性、特异性和温和的反应条件等优点。

然而，天然存在的酶在某些情况下可能无法满足实际应用的需求，例如稳定性不足、活性不高或者对底物的选择性不够理想。

这就需要通过酶工程的手段来对酶进行改良。

酶工程的一个重要方面是酶的固定化技术。

将酶固定在特定的载体上，可以提高酶的稳定性和重复使用性，降低生产成本。

例如，通过物理吸附、共价结合或者包埋等方法，将酶固定在多孔材料、纳米颗粒或者膜表面。

这样一来，酶在反应体系中能够保持稳定的活性，并且可以方便地与反应产物分离，便于后续的处理和回收。

另一个关键的酶工程技术是蛋白质工程。

通过对酶的基因进行改造，引入特定的突变，从而改变酶的结构和性质。

这可以基于对酶的结构和功能关系的深入理解，有针对性地设计突变位点，以提高酶的催化活性、热稳定性、pH 适应性等。

比如，在工业生产中，利用蛋白质工程改造的蛋白酶能够在更广泛的条件下发挥作用，提高生产效率和产品质量。

代谢工程则侧重于对细胞内的代谢网络进行系统性的设计和优化，以实现特定目标产物的高效合成。

细胞内的代谢过程是一个复杂的网络，涉及到众多的酶和代谢途径。

通过代谢工程，可以对这些代谢途径进行调控，增加目标产物的产量或者合成新的化合物。

在代谢工程中，首先需要对细胞内的代谢网络进行详细的分析和建模。

了解各个代谢途径之间的相互关系，以及关键节点和限速步骤。

基于这些信息，可以采用基因工程的手段，对代谢途径中的关键酶进行过表达或者敲除，从而改变代谢流的分布。

例如，在微生物发酵生产某些化学品时，可以通过过表达相关的合成酶基因，同时敲除竞争途径的酶基因，来提高目标产物的产量。

虾青素的分布来源

虾青素的分布来源朱晓立１裘晖２（１．广东轻工职业技术学院食品与生物工程系广州５１０３００）（２．广州市华学知识产权代理有限公司广州５１０６４０）摘要：虾青素是一种酮式类胡萝卜素，常用作鱼虾等水产养殖动物的饲料添加剂。

天然虾青素的来源有五种，即酵母菌、藻类、农作物、甲壳类动物、细菌和原生动物。

关键词：虾青素；分布；来源虾青素（Ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ）是一种酮式类胡萝卜素，即３，３一二羟基一４，４＇一二酮基一β，β＇一胡萝卜素，常用作鱼虾等水产养殖动物的饲料添加剂，以便弥补人类膳食中虾青素的缺乏，同时改善水产养殖产品的质量。

虾青素呈鲜红色，具有极强的抗氧化、抗癌变、增强免疫作用的功能。

它也是一种理想的着色剂，含虾青素的饲料能使鲑鱼、鳟鱼的皮肤、肌肉象野生鱼一样呈鲜艳的红色，可增加鱼的抗病能力，提高鱼的繁殖能力。

虾青素已经被美国批准为食品添加剂，并且在三文鱼的养殖中得到了很好的应用。

由于动物本身体内并不能合成虾青素，因而虾青素目前具有广阔的市场前景，潜力可观。

尽管“虾青素”一词在日常生活中不常使用，但虾青素存在于许多种人类食物之中。

大多甲壳类动物如虾、龙虾、螃蟹等呈现的红色均因虾青素积累所致，一些鱼肉如鲑鱼的肉色也是虾青素积累的结果。

天然虾青素的来源有五种，即酵母菌、藻类、农作物、甲壳类动物、细菌和原生动物。

１细菌据报道乳酸分枝杆菌（Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｌａｃｔｉ－ｃｏｌａ）只在烃类培养基上产生虾青素而在营养琼脂上不产虾青素。

另外短杆菌１０３（Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒｉ－ｕｍ）在石油里生长，发酵结束时生物量为３ｇ／Ｌ，色素量仅有０．０３ｍｇ／ｇ干细胞。

但因为烃类培养基产量较低，在生物技术上的应用困难很大。

中科院武汉病毒研究所的张亮、朱湘民从土壤中分离出一株黄杆菌（Ｆｌａｖｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｓｐｐ）ＣＦ－６０，该菌的生长需Ｍｇ２＋，ＭｇＳＯ４·７Ｈ２Ｏ的最适浓度为０．２％；蛋白胨是该菌生长的最佳氮源，它不能利用无机氮。

代谢工程改造酿酒酵母合成β-胡萝卜素

代谢工程改造酿酒酵母合成β-胡萝卜素周颂;李由然;张梁;丁重阳;顾正华;石贵阳;徐沙【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2024(50)3【摘要】β-胡萝卜素广泛用于食品、饲料、医药和化妆品等领域,利用微生物细胞合成高附加值的天然β-胡萝卜素,具有重要的研究意义。

如何调控代谢途径中相关基因的表达强度,是在酿酒酵母体内合成β-胡萝卜素的关键因素。

该文利用来源于三孢布拉氏霉Blakeslea trispora的β-胡萝卜素合成酶转化出发菌株酿酒酵母LFD18,酿酒酵母能够从头合成β-胡萝卜素,并在细胞中积累。

在研究过程中,平板上发现一株菌落颜色明显较周围菌落更深地突变株命名为ZS19 reddish,经实验验证突变株的β-胡萝卜素产量显著提高。

针对上述两种不同颜色菌落,进行转录组分析,主要是发现一些与产物合成有关的基因,通过GO与PATHWAY分析发现与碳代谢和脂质体合成有关的6个上调基因,hxk1、dpp1、lpp1、fdh1、hmg2和gre2表达水平上调。

通过定量PCR和单个基因过表达验证,最终通过同时过量表达hxk1、dpp1、lpp1和fdh1基因构建命名为ZS20菌株,β-胡萝卜素摇瓶发酵产量提高到194.3 mg/L,是ZS19 reddish菌株的1.3倍,是出发菌株ZS19的2.1倍,最终ZS20菌株经发酵罐发酵后β-胡萝卜素产量为314.3 mg/L,因此,通过进一步PATHWAY分析构建重组菌或许可以提高β-胡萝卜素的产量。

【总页数】8页(P1-8)【作者】周颂;李由然;张梁;丁重阳;顾正华;石贵阳;徐沙【作者单位】江南大学粮食发酵与食品生物制造国家工程研究中心;江南大学生物工程学院【正文语种】中文【中图分类】TS2【相关文献】1.代谢工程改造酿酒酵母生产L-苹果酸2.代谢工程改造酿酒酵母促进L-苯丙氨酸的合成3.代谢工程改造酿酒酵母合成植物萜类D-柠檬烯的策略4.代谢工程改造酿酒酵母提高法尼醇产量5.代谢工程改造酿酒酵母合成柠檬烯及其衍生物因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

合成生物学在医药领域的应用进展

·专家论坛·合成生物学在医药领域的应用进展李瀚纯王鑫瞿旭东王舒［弈柯莱生物科技（集团）股份有限公司上海 200241］摘要近20年来，合成生物学在生物回路构建、生物元件标准化，以及各种基因组/代谢工程工具和方法的开发方面不断取得突破。

合成生物学的快速发展正在改变生物技术行业的产业布局。

目前，合成生物技术已广泛应用于天然产物合成、医学、能源、工业等多个领域。

医药的需求也推动了合成生物学的发展，包括将体外催化技术应用于手性医药化学品的绿色制造，将异源途径整合到细胞中以有效生产药物等。

合成生物学凭藉更经济、环境友好等突出特点，将颠覆一部分传统医药的制造方式。

本文概要介绍合成生物学在手性医药化学品的绿色制造和植物天然产物的生物制造方面的应用进展。

关键词合成生物学医药化学品天然产物萜类化合物芳香族化合物中图分类号：Q819; O629.71 文献标志码：A 文章编号：1006-1533(2024)07-0024-08引用本文李瀚纯, 王鑫, 瞿旭东, 等. 合成生物学在医药领域的应用进展[J]. 上海医药, 2024, 45(7): 24-31; 55.Applications of synthetic biology in the pharmaceutical fieldLI Hanchun, WANG Xin, QU Xudong, WANG Shu(Abiochem Biotechnology Co., Ltd., Shanghai 200241, China)ABSTRACT In the past two decades, synthetic biology has made breakthroughs in the construction of biocircuits, the standardization of biological elements and the development of various genomic/metabolic engineering tools and approaches.Its rapid development is changing the industrial layout of biotechnology industry. At present, synthetic biotechnology has been widely used in many fields such as natural product synthesis, medicine, energy and industry. Pharmaceutical demands have also driven its development, including the application of in vitro catalytic technology in the green manufacturing of chiral pharmaceutical chemicals and the integration of heterologous pathways into designer cells to efficiently produce medicines and so on. Synthetic biology, with its more economical and environmentally friendly features, will subvert some traditional pharmaceutical manufacturing methods. This article reviews the applications of synthetic biology in the green manufacturing of chiral pharmaceutical chemicals and the biological manufacturing of natural plant products.KEY WORDS synthetic biology; pharmaceutical chemicals; natural products; terpenoids; aromatic compounds合成生物学是采用工程科学研究理念，对生物体进行定向设计、理性改造甚至创造新型生物体的一门学科。

发酵过程中的微生物代谢调控与代谢工程研究

发酵过程中的微生物代谢调控与代谢工程研究发酵是利用微生物在适宜环境条件下进行代谢活动进行有目的的生产的过程。

在发酵过程中，微生物的代谢调控起着重要的作用。

代谢调控是指细胞对自身代谢的调节，通过调控代谢通路中的酶的活性、基因的表达和信号传导等方式，实现对代谢过程的精确控制。

而代谢工程研究则是利用基因工程和发酵工程的手段对代谢通路进行调控和优化，以提高发酵过程产物的产量和质量。

在发酵过程中，微生物代谢调控主要包括两个方面的调控：一是对能量代谢的调控，二是对产物代谢的调控。

对能量代谢的调控主要涉及到微生物对碳源的利用、细胞的能量生成和耗散等过程。

在发酵过程中，微生物通常利用碳源来生成能量。

碳源的选择和利用效率对微生物代谢有着重要影响。

在代谢过程中，酶的活性和表达水平的调控也是能量代谢调控的关键因素之一。

通过调控酶的活性和基因的表达水平，可以有效地控制代谢过程中的能量代谢。

对产物代谢的调控是指通过调控代谢通路中与产物生成相关的酶的活性和基因的表达水平，以实现产物代谢过程的控制。

在发酵过程中，微生物通常通过对产物代谢途径的调控来控制产物的产量和质量。

通过对酶的活性和基因的表达的调控，可以实现对产物生成途径的选择和产物的选择性积累。

代谢工程研究则是在微生物的代谢调控基础上，利用基因工程和发酵工程的手段对代谢过程进行优化和调控。

代谢工程的研究主要包括两个方面的内容：一是通过基因工程的手段对代谢通路中的酶进行调控和改造，以提高目标产物的产量和质量；二是通过发酵工程的手段对代谢过程进行优化，以改善发酵条件，提高发酵过程的稳定性和产物的积累效率。

在代谢工程研究中，常用的方法包括构建多基因操纵体系和利用高通量筛选技术。

通过构建多基因操纵体系，可以实现对代谢通路中多个酶的同时调控，从而提高产物的产量和质量。

而利用高通量筛选技术，则可以高效地筛选出具有高产量和高产物活性的菌株。

综上所述，发酵过程中的微生物代谢调控与代谢工程研究是非常重要的。