食品科学技术学报 - page 5

CHI) 作用下, 获得生松素 / 柚皮素[14] , 芪合酶 ( still鄄
bene synthase, STS) 以 4鄄香豆酰 鄄CoA 为底物结合三
分子丙二酰 鄄CoA 合成白黎芦醇 ( 如图 1)。 柚皮素
和生松素在依赖细胞色素 P450 的异黄酮合成酶
( isoflavone synthase, IFS) 转化为异黄酮 , 在黄酮合
成酶 ( flavonol synthase, FSI ) 或者依赖细胞色素
P450 的黄酮合成酶 ( FSII) 作用下转变为木樨草素
和芹黄素[15] 。
4HPA3H: 4鄄羟基苯乙酸酯 3鄄羟化酶;ACC: 乙酰 鄄CoA 羧化酶;
(1) R1 = R2 = OH, 咖啡酰 鄄CoA; R1 = R2 = H, 肉桂酰鄄CoA;
R1 = OH, R2 = H, 香豆酰鄄CoA;(2) R1 = R 2 = OH, 圣草酚- 查尔
酮; R1 = R2 = H, 生松素- 查尔酮; R1 = OH, R2 = H, 柚皮素- 查
尔酮;(3) R1 = R2 = OH, 白杨素 ; R1 = R2 = H, 芹黄素; R1 =
OH, R 2 = H, 木犀草素;(4) R1 = R2 = OH, 圣草酚 ; R1 = R2 =
H, 生松素; R1 = OH, R2 = H, 柚皮素;红色标记 C4H,FSII 为依
赖细胞色素 P450 的单氧化酶
图 1摇 黄酮类化合物合成路径
Fig. 1摇 Flavonoids爷 metabolic pathway
1郾 2摇 TAL 在微生物合成黄酮类化合物过程中的抑
制机理
不同来源的酶在微生物中表达活性和翻译效率
也是不一样的,因此 Santos 等[14] 对合成黄酮骨架物
质的基因来源做了一定的对比和选择。 他们对比了
多种来源的 TAL 酶在 E. coli 中的催化效率, 最终选
择了来自黏红酵母的 TAL 得到 213 mg / L 的香豆酸
产量, 但是当把 TAL 和不同来源的 4CL 共表达的时
候发现 TAL 的活性明显下降 ,通过导入 4CL 下游基
因发现这是由于 TAL 受到下游产物香豆酰鄄CoA 的
反馈抑制造成的 。 TAL 抑制机理的阐明对于后续的
研究方向有一定的影响, 如何对菌体的代谢流进行
调控来解除反馈抑制成为关键 。
2摇 不同微生物的合成策略
2郾 1摇 以 E. coli 为宿主合成黄酮类化合物
2郾 1郾 1摇 模块化合成策略
Wu Junjun 等 [16] 根据功能不同将合成黄酮类化
合物相关的基因分为多个模块 ,对这些模块内基因
表达强度进行理性调节, 有效地提高了骨架物质的
产量。 将合成 Phe 的相关基因 aroFfbr 和 pheAfbr , 合
成肉桂酰 鄄CoA 的基因 pal 和 4 cl, 由肉桂酰鄄CoA 到
生松素的 chs 和 chi 基因以及丙二酰 鄄CoA 的合成基
因 mat B 和 mat C 分别组合为 4 个模块,根据启动子
强度和质粒的拷贝数来确定每个模块基因的表达强
度 ,最终得到生松素产量为 40郾 02 mg / L[16] , 该研究
者应用同样的策略对白藜芦醇和柚皮素生产进行了
模块化优化 , 得到产量分别为 35郾 02 mg / L [17] 和
100郾 64 mg / L [18] 。
2郾 1郾 2摇 模型优化策略
近年来系统代谢工程的发展使得人们更多地利
用系统代谢工程的策略和工具来提高黄酮产量 。
Fowler 等[19] 构建了 CiED ( cipher of evolutionary de鄄
sign) 模型预测工具预测敲除菌体的某些基因或者
改变代谢网络后菌体的代谢变化 , 研究者应用 CiED
工具使碳源尽可能流向乙酰 鄄CoA 和黄酮骨架物质
合成的方向 ,使得柚皮素和圣草酚产量分别提高到
100 mg / L / OD 和 55 mg / L / OD。 Xu Peng 等 [20] 利用
OptForce 工具预测出敲除 fum C 和 suc C 基因 ,同时
过表达 ACC、PGK、GAPD、PDH 酶可以提高菌体内
丙二酰 鄄CoA 的含量, 使得菌体由香豆酸开始能够合
成 474 mg / L 的柚皮素。
2郾 1郾 3摇 增加前体物质的策略
咖啡酸 、香豆酸和丙二酰 鄄CoA 是黄酮骨架物质
的直接前体 ,添加或提高它们的产量可以有效增加
黄酮骨架物质的合成 。 研究者发现 E. coli 的 4鄄羟
基苯乙酸酯 3鄄羟化酶 ( 4鄄hydroxy benzene acetic
acid ester 3鄄hydroxylase, 4HP3H) 可以催化香豆酸
合成咖啡酸 [21] ,成功地绕开了细胞色素 P450 酶香
2 食品科学技术学报 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 2015 年 1 月