Valuable chemicals by the enzymatic modification of molecules of natural origin: Terpenoids, steroids, phenolics and related compounds
- 作者
- Anne-Laure Groussin, Sylvain Antoniotti
- 单位
- LCMBA UMR 6001 CNRS – Université de Nice – Sophia Antipolis, Institut de Chimie de Nice, Parc Valrose, 06108 Nice cedex 2, France
- 杂志
- Bioresource Technology（2011）
- DOI
- 10.1016/j.biortech.2011.10.050
- 所属领域
- 生物催化与绿色化学
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
如何利用酶对天然产物（萜类、甾体、酚类等）进行选择性修饰，以高效、可持续地合成高价值化学品，并满足天然等级产品的要求。
研究策略
综述酶催化修饰天然产物的多种策略，包括脂肪酶催化的转酯反应、氧化酶催化的区域/立体选择性氧化、糖基转移酶催化的糖基化、过氧化物酶催化的酚类聚合，以及酶辅助提取天然产物等。
核心内容
该综述系统探讨了酶催化修饰萜类、甾体、酚类等天然产物的策略，旨在面向香料、医药和聚合物领域实现高价值化学品的绿色可持续合成。作者整合了脂肪酶催化的转酯拆分、氧化酶催化的区域与立体选择性氧化、糖基转移酶催化的糖基化、过氧化物酶催化的酚类聚合以及酶辅助提取等多条路线，并通过遗传工程和介质工程调控酶性能。关键结果包括：脂肪酶CaLB拆分消旋薰衣草醇，在转化率约55%时分别获得产率42%的(S)-薰衣草醇和51%的(R)-乙酸酯，对映体过量约50%；氯过氧化物酶氧化(+)-柠檬烯生成非对映体过量达99%的柠檬烯二醇；纤维素酶预处理使孜然籽、芹菜籽和大蒜的挥发油产量分别提高约20%、25%和40–80%；β-葡萄糖苷酶水解桂花净油使产量提升147%；酶制剂处理辣椒粉可回收85%类胡萝卜素和96%辣椒素类物质；大豆过氧化物酶在离子液体中聚合对甲酚，聚合物分子量增至1300 Da，较无离子液体时提高约80%。这些案例表明，酶的高选择性和可调控性为复杂天然产物的精准修饰提供了有效工具，在精细化学品和生物聚合物合成中具有广阔应用前景。
创新点
整合了多种酶催化策略与天然产物修饰的案例，强调绿色化学和可持续性，展示了酶在复杂分子环境中的高选择性以及通过遗传工程和介质工程调控酶功能的潜力。
研究对象（9）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Caldarionyces fumago | 萜类氧化 | — | 氯过氧化物酶 (CPO) | 催化 | 催化(+)-柠檬烯立体选择性氧化为(1S,2S)-4R-柠檬烯-1,2-二醇，de 99% |
| Aspergillus fumigatus, Neosartorya fischeri | 吲哚类异戊烯化 | — | 异戊烯基转移酶 (prenyl transferases) | 催化 | 从E. coli和S. cerevisiae中克隆过表达，对吲哚衍生物具有宽底物特异性和区域选择性 |
| Pseudomonas sp. | 甾体Baeyer-Villiger氧化 | — | 环十五酮单加氧酶 (cyclopentadecanone monooxygenase) | 催化 | 氧化3-和17-酮甾体得到内酯，需要NADPH并用葡萄糖-6-磷酸脱氢酶循环 |
| 牛初乳 (bovine colostrum) | 人参皂苷半乳糖基化 | — | β-(1,4)-半乳糖基转移酶 (GalT) | 催化 | 以UDP-半乳糖为供体，对人参皂苷Rg1进行半乳糖基化，得到单半乳糖基和二半乳糖基衍生物 |
| 大豆 (soybean) | 脂肪酸氧化生成C6/C9醛 | — | 脂肪氧合酶 (LOX) 和氢过氧化物裂解酶 (HPL) | 催化 | 从红花油和亚麻籽油水解物生成己醛、(E)-2-己烯醛和(Z)-3-己烯醛等天然醛 |
| 辣根 (horseradish) | 酚类聚合 | — | 辣根过氧化物酶 (HRP) | 催化 | 催化邻甲氧基苯酚类低聚化，产物可抑制乳腺癌细胞迁移；用于聚合苯酚合成超高分子量聚合物（达10^6 Da） |
| 大豆 (soybean) | 酚类聚合 | — | 大豆过氧化物酶 (SBP) | 催化 | 催化腰果壳酸聚合，产物分子量3900-5000 Da，具有抗生物淤积性能；在离子液体中聚合对甲酚提高分子量 |
| Candida antarctica | 萜醇酯化 | — | 脂肪酶B (CaLB) | 催化 | 用于薰衣草醇的动力学拆分，产率约55% |
| 米曲霉/木霉 (Aspergillus sp./Trichoderma sp.) | 植物细胞壁降解与黄酮释放 | — | 果胶酶、纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、α-鼠李糖苷酶 | 催化 | 酶制剂处理佛手柑皮可回收80-90%黄酮类化合物 |
关键发现
- 脂肪酶CaLB拆分消旋薰衣草醇，转化率约55%时获得(S)-薰衣草醇产率42%、ee 52%和(R)-薰衣草醇乙酸酯产率51%、ee 48%
- 氯过氧化物酶氧化(+)-柠檬烯生成(1S,2S)-4R-柠檬烯-1,2-二醇，非对映体过量达99%
- 纤维素酶预处理孜然籽使挥发油产量提高约20%，芹菜籽油提高约25%，大蒜油提高40-80%（水蒸馏）或45-84%（蒸汽蒸馏）
- β-葡萄糖苷酶水解桂花净油和浸膏，产量分别提高147%和178%
- 酶制剂处理辣椒粉可回收85%类胡萝卜素和96%辣椒素类物质
- 大豆过氧化物酶在离子液体中聚合对甲酚，聚合物分子量比无离子液体时增加约80%（达1300 Da），在90% [BMPy][BF4]/水体系中分子量达1750 Da。
研究结论
酶催化与天然产物结合为可持续合成高价值化学品提供了有效途径，酶的高选择性和可调控性使其在精细化学品、香料和聚合物合成中具有重要应用前景。