微生物合成黄酮类化合物的研究进展
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同的植 物组 分 中提 取 ， 这 种 生 产 方 法受 到季 节 和 工 艺 的 限制 ， 产 品 纯度不 高 且价 格 昂贵 ， 因此 通过代 谢 工程 的手段 改造 微生 物从 而合 成 黄酮类 骨 架物 质成 为一 种 具有 巨 大潜力 的 生产方 式 。 目前 国际上 以微 生物 生 产黄 酮类 化合 物 的研究 主要 集 中在 生产 黄酮
生物 工业过 程 。介 绍 了利 用代 谢 流调控 、 强化前 体物 质积 累等代谢 工程 策略 ， 实现微 生物 法 生产黄 酮类化合 物 的 国际研 究状 况 ， 希 望对解 决 目前 大规模 生产 黄 酮类物 质存 在 的 限制和挑 战提 供参 考 。
关键 词 ： 代 谢 工程 ； 黄酮 ； 骨 架物 质 ；大肠 杆 菌 ；酿 酒酵母 中图分 类号 ： Ｔ Ｓ ２ ０ １ ． ３ 文 献标 志码 ： Ａ
它 的 生 物 合 成 路 径 也 得 到 了 充 分 研 究 。 苯 丙 氨 酸
黄酮 类化 合 物泛 指两 个具 有 酚羟基 的 苯环通 过 中央 ３个 碳原 子 连 接 而成 的一 系列 化 合 物 ， 它 是 植 物 的一类 次 生 代 谢 产 物 ， 具有抗氧 化、 抗 衰 老 和 抗 癌¨ 、 抗菌 、 抗 病 毒 。 、 预 防 肥 胖 和糖 尿 病 、
文章编号 ： ２ ０ ９ ５ — ６ ０ ０ ２ （ ２ ０ １ ５ ） ０ １ ０ ０ １ － ０ ５
引用格式 ： 陈坚 ， 周胜虎 ， 吴俊俊 ， 等 ．微 生 物 合 成 黄 酮 类 化 合 物 的研 究 进 展 ［ Ｊ ］ ．食 品 科 学 技 术 学 报 ， ２ ０ １ ５ ， ３ ３ （ １ ） ： １ — ５ ．
抗凝 血 、 抗炎症 、 抗 过 敏 等 众 多 作 用 。 已 知 的 黄酮 类化 合 物 有 ９ ０ ０ ０余 种 ， 根 据 分 子 结 构 不 同可
以分 为 黄 酮 醇 、 黄烷酮、 黄酮 、 异 黄酮 、 儿茶酸 、 花 青
桂 酸 在依 赖细 胞色 素 Ｐ ４ ５ ０的 ４ ． 肉桂 酸羟 化 酶 （ ｃ ｉ ｎ ．
Ｃ Ｈ Ｅ Ｎ Ｊ ｉ ａ ｎ ， Ｚ ＨＯ Ｕ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ｈ ｕ ， ｗｕ Ｊ ｕ ｎ ｊ ｕ ｎ ， ｅ ｔ ａ １ ．Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｂ ｉ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｌ ｆ ａ ｖ ｏ ｎ ｏ ｉ ｄ ｓ ［ Ｊ ］ ．Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ
素等 ， 它们几 乎 都有 一个 由 １ ５个 碳原 子 组成 的核 心骨 架 ， 通 过 对 核 心 骨 架 的烷 化 、 氧 化 和 糖 基 化 等化 学 修 饰 作 用 可 以形 成 种 类 众 多 的 黄 酮 类 物 质 。 目前工 业 生 产 黄 酮 类 化 合 物 主要 是 从 不
（ ｐ ｈ ｅ ｎ ｙ ｌ ａ ｌ ａ ｎ ｉ ｎ ｅ ， Ｐ ｈ ｅ ） 或酪氨酸（ ｔ ｙ ｒ ｏ ｓ ｉ ｎ ｅ ， Ｔ ｙ ｒ ） 在 苯 丙 氨酸脱 氨 酶 （ Ｐ Ａ Ｌ ） 或 酪氨酸脱 氨酶 （ ｐ ｈ ｅ ｎ ｙ ｌ ａ ｌ ａ ｎ ｉ ｎ ｅ ａ ｍ ｍｏ ｎ ｉ ａ ｌ ｙ ａ ｓ ｅ ， Ｔ Ａ Ｌ ） 作用 下变 为 肉桂 酸 或香 豆 酸 ， 肉
（ １ ． 江南 大学 生物 工程 学院 ， 江 苏 无锡 ２ １ ４ １ ２ ２ ；
２ １ ４ １ ２ ２ ） ２ ． 江 南大 学 食 品科 学与技 术 国 家重 点 实验 室 ，江 苏 无锡
ຫໍສະໝຸດ Baidu
摘 要 ：目前 ， 工 业生产 黄 酮类化 合 物 面临价格 昂贵等 一 系列 问题 ， 因此 用微 生物 廉 价 生产 黄 酮类 化合 物具 有 重要 意 义。近 年 来 系统代谢 工程 的 出现 ， 提供 了一 个 全 新 的 角度 来 解 决传 统 受 限制 的
自深 红类 酵母 的 Ｐ Ａ Ｌ和 来 自甘 草 的 查 尔 酮 合 成 酶 （ ｃ ｈ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｅ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ａ ｓ ｅ ， Ｃ Ｈ Ｓ ） 导人 大肠 杆菌 （ Ｅ ．ｃ ｏ ｌ ｉ ） 表 达， 最 终得 到 了 较 高 的骨 架 物 质 产 量 。４ Ｃ Ｌ可 以 同 时作 用于 肉桂 酸 和香 豆 酸 ¨ 生 成 肉桂 酰 ． Ｃ ｏ Ａ和 香 豆酰 一 Ｃ ｏ Ａ， 因此 可 以绕 开 由苯 丙 氨 酸 合 成 黄酮 骨 架
ｎ ａ ｍａ ｔ ｅ ４ 一 ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｘ ｙ ｌ ａ ｓ ｅ ， Ｃ ４ Ｈ） 作用 下转化 为香豆 酸。 依赖细胞 色素 Ｐ ４ ５ ０的 Ｃ ４ Ｈ 需 要 锚 定 在 内 质 网 膜 上， 并 且 必 须 有还 原 剂 随时 将 氧化 态 的 Ｐ ４ ５ ０还 原 才 能表 现 出活性 ， 因此 很 难在 细 菌细 胞 内表 达
骨架 物 质上 。
出有 活 性 的 Ｃ ４ Ｈ。 为 了 绕 过 Ｃ ４ Ｈ 的活性限制， Ｍｉ ｙ ａ ｈ ｉ ｓ ａ 等 将 来 自天 蓝 色链 霉 菌 Ａ ３ （ ２） 的 香 豆 酸 Ｃ ｏ Ａ连 接 酶 （ ４ － ｃ ｉ ｎ ｎ ａ ｍ ａ ｔ ｅ Ｃ ｏ Ａ ｌ ｉ ｇ ａ ｓ ｅ ， ４ Ｃ Ｌ ） 与 来
Ｆ ｏ ｏ ｄ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ， ２ ０ １ ５， ３ ３ （ １ ）： １—５ ．
微 生 物 合 成 黄 酮 类 化 合 物 的研 究 进 展
陈 坚 ， 周 胜 虎 ， 吴 俊 俊 ， 周 景 文 ， 堵 国成
第３ ３卷 第 １ 期
２ ０ １ ５年 １月
食 品 科 学 技 术 学 报
Ｊ ｏ ｕｒ ｎａ ｌ ｏ ｆ Ｆｏ ｏ ｄ Ｓ ｃｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ３ Ｎｏ． １
Ｊ ａ ｎ．２０１ ５
１
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ２ ０ ９ ５ — ６ ０ ０ ２ ． ２ ０ １ ５ ． ０ １ ． ０ ０ １
生物 工业过 程 。介 绍 了利 用代 谢 流调控 、 强化前 体物 质积 累等代谢 工程 策略 ， 实现微 生物 法 生产黄 酮类化合 物 的 国际研 究状 况 ， 希 望对解 决 目前 大规模 生产 黄 酮类物 质存 在 的 限制和挑 战提 供参 考 。
关键 词 ： 代 谢 工程 ； 黄酮 ； 骨 架物 质 ；大肠 杆 菌 ；酿 酒酵母 中图分 类号 ： Ｔ Ｓ ２ ０ １ ． ３ 文 献标 志码 ： Ａ
它 的 生 物 合 成 路 径 也 得 到 了 充 分 研 究 。 苯 丙 氨 酸
黄酮 类化 合 物泛 指两 个具 有 酚羟基 的 苯环通 过 中央 ３个 碳原 子 连 接 而成 的一 系列 化 合 物 ， 它 是 植 物 的一类 次 生 代 谢 产 物 ， 具有抗氧 化、 抗 衰 老 和 抗 癌¨ 、 抗菌 、 抗 病 毒 。 、 预 防 肥 胖 和糖 尿 病 、
文章编号 ： ２ ０ ９ ５ — ６ ０ ０ ２ （ ２ ０ １ ５ ） ０ １ ０ ０ １ － ０ ５
引用格式 ： 陈坚 ， 周胜虎 ， 吴俊俊 ， 等 ．微 生 物 合 成 黄 酮 类 化 合 物 的研 究 进 展 ［ Ｊ ］ ．食 品 科 学 技 术 学 报 ， ２ ０ １ ５ ， ３ ３ （ １ ） ： １ — ５ ．
抗凝 血 、 抗炎症 、 抗 过 敏 等 众 多 作 用 。 已 知 的 黄酮 类化 合 物 有 ９ ０ ０ ０余 种 ， 根 据 分 子 结 构 不 同可
以分 为 黄 酮 醇 、 黄烷酮、 黄酮 、 异 黄酮 、 儿茶酸 、 花 青
桂 酸 在依 赖细 胞色 素 Ｐ ４ ５ ０的 ４ ． 肉桂 酸羟 化 酶 （ ｃ ｉ ｎ ．
Ｃ Ｈ Ｅ Ｎ Ｊ ｉ ａ ｎ ， Ｚ ＨＯ Ｕ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ｈ ｕ ， ｗｕ Ｊ ｕ ｎ ｊ ｕ ｎ ， ｅ ｔ ａ １ ．Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｂ ｉ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｌ ｆ ａ ｖ ｏ ｎ ｏ ｉ ｄ ｓ ［ Ｊ ］ ．Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ
素等 ， 它们几 乎 都有 一个 由 １ ５个 碳原 子 组成 的核 心骨 架 ， 通 过 对 核 心 骨 架 的烷 化 、 氧 化 和 糖 基 化 等化 学 修 饰 作 用 可 以形 成 种 类 众 多 的 黄 酮 类 物 质 。 目前工 业 生 产 黄 酮 类 化 合 物 主要 是 从 不
（ ｐ ｈ ｅ ｎ ｙ ｌ ａ ｌ ａ ｎ ｉ ｎ ｅ ， Ｐ ｈ ｅ ） 或酪氨酸（ ｔ ｙ ｒ ｏ ｓ ｉ ｎ ｅ ， Ｔ ｙ ｒ ） 在 苯 丙 氨酸脱 氨 酶 （ Ｐ Ａ Ｌ ） 或 酪氨酸脱 氨酶 （ ｐ ｈ ｅ ｎ ｙ ｌ ａ ｌ ａ ｎ ｉ ｎ ｅ ａ ｍ ｍｏ ｎ ｉ ａ ｌ ｙ ａ ｓ ｅ ， Ｔ Ａ Ｌ ） 作用 下变 为 肉桂 酸 或香 豆 酸 ， 肉
（ １ ． 江南 大学 生物 工程 学院 ， 江 苏 无锡 ２ １ ４ １ ２ ２ ；
２ １ ４ １ ２ ２ ） ２ ． 江 南大 学 食 品科 学与技 术 国 家重 点 实验 室 ，江 苏 无锡
ຫໍສະໝຸດ Baidu
摘 要 ：目前 ， 工 业生产 黄 酮类化 合 物 面临价格 昂贵等 一 系列 问题 ， 因此 用微 生物 廉 价 生产 黄 酮类 化合 物具 有 重要 意 义。近 年 来 系统代谢 工程 的 出现 ， 提供 了一 个 全 新 的 角度 来 解 决传 统 受 限制 的
自深 红类 酵母 的 Ｐ Ａ Ｌ和 来 自甘 草 的 查 尔 酮 合 成 酶 （ ｃ ｈ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｅ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ａ ｓ ｅ ， Ｃ Ｈ Ｓ ） 导人 大肠 杆菌 （ Ｅ ．ｃ ｏ ｌ ｉ ） 表 达， 最 终得 到 了 较 高 的骨 架 物 质 产 量 。４ Ｃ Ｌ可 以 同 时作 用于 肉桂 酸 和香 豆 酸 ¨ 生 成 肉桂 酰 ． Ｃ ｏ Ａ和 香 豆酰 一 Ｃ ｏ Ａ， 因此 可 以绕 开 由苯 丙 氨 酸 合 成 黄酮 骨 架
ｎ ａ ｍａ ｔ ｅ ４ 一 ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｘ ｙ ｌ ａ ｓ ｅ ， Ｃ ４ Ｈ） 作用 下转化 为香豆 酸。 依赖细胞 色素 Ｐ ４ ５ ０的 Ｃ ４ Ｈ 需 要 锚 定 在 内 质 网 膜 上， 并 且 必 须 有还 原 剂 随时 将 氧化 态 的 Ｐ ４ ５ ０还 原 才 能表 现 出活性 ， 因此 很 难在 细 菌细 胞 内表 达
骨架 物 质上 。
出有 活 性 的 Ｃ ４ Ｈ。 为 了 绕 过 Ｃ ４ Ｈ 的活性限制， Ｍｉ ｙ ａ ｈ ｉ ｓ ａ 等 将 来 自天 蓝 色链 霉 菌 Ａ ３ （ ２） 的 香 豆 酸 Ｃ ｏ Ａ连 接 酶 （ ４ － ｃ ｉ ｎ ｎ ａ ｍ ａ ｔ ｅ Ｃ ｏ Ａ ｌ ｉ ｇ ａ ｓ ｅ ， ４ Ｃ Ｌ ） 与 来
Ｆ ｏ ｏ ｄ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ， ２ ０ １ ５， ３ ３ （ １ ）： １—５ ．
微 生 物 合 成 黄 酮 类 化 合 物 的研 究 进 展
陈 坚 ， 周 胜 虎 ， 吴 俊 俊 ， 周 景 文 ， 堵 国成
第３ ３卷 第 １ 期
２ ０ １ ５年 １月
食 品 科 学 技 术 学 报
Ｊ ｏ ｕｒ ｎａ ｌ ｏ ｆ Ｆｏ ｏ ｄ Ｓ ｃｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ３ Ｎｏ． １
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ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ２ ０ ９ ５ — ６ ０ ０ ２ ． ２ ０ １ ５ ． ０ １ ． ０ ０ １