Saccharomyces cerevisiae: a potential stereospecific reduction tool for biotransformation of mono-and sesquiterpenoids

作者: Guat Kheng Khor, Mohamad HekarI Uzir
单位: 马来西亚理科大学化学工程学院
杂志: Yeast（2010）
DOI: 10.1002/yea.1827
所属领域: 发酵工程
关键词: 倍半萜类化合物全细胞单萜类化合物生物转化立体特异性还原酿酒酵母
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解决的核心问题

综述了酿酒酵母作为立体特异性还原工具在单萜和倍半萜类化合物生物转化中的应用，并讨论大规模实施面临的挑战与解决策略。

研究策略

系统综述酿酒酵母催化单萜和倍半萜还原反应的研究，涵盖反应途径、辅因子再生、反应介质（有机溶剂、离子液体、氟溶剂）、细胞固定化及菌株改造等克服瓶颈的策略。

研究路线图

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核心内容

该综述系统总结了酿酒酵母作为立体特异性还原工具在单萜和倍半萜类化合物生物转化中的应用，重点分析了反应途径、辅因子再生、反应介质（有机溶剂、离子液体、氟溶剂）、细胞固定化及菌株改造等提高产率和立体选择性的策略。研究表明，酿酒酵母可将香叶醇立体特异性还原为对映体纯的(R)-(+)-香茅醇；冻干酵母还原(4S)-(+)-香芹酮得到ee达91%的新异二氢香苇醇，薄荷酮和异胡椒烯酮还原产物ee为85-89%；柠檬烯衍生的醛还原得到非对映体过量96%和97%的醇；螺[4.5]癸烷-1,4-二酮还原以62%产率得到单一光学活性产物。此外，酵母还原一系列不饱和醛可得到饱和醇，产率49-56%，ee>98%。这些实例表明酿酒酵母在羰基和碳碳双键还原中展现良好立体选择性，但产率仍低于部分其他微生物，如6,7-环氧香叶醇转化率仅61%，低于解脂耶氏酵母的99%。通过固定化、工程菌株和非传统介质等策略可有效克服底物疏水性限制，有望推动酿酒酵母在工业规模生产风味和香料化合物中的应用。

创新点

总结了酿酒酵母在萜类还原生物转化中的多种应用实例，提出利用非传统介质和固定化技术改善底物疏水性、提高产率和立体选择性的新思路。

研究对象（5）

底盘细胞	代谢通路	基因	蛋白	功能	说明
Saccharomyces cerevisiae	萜类生物合成（MVA 途径）	FPPS	法尼基二磷酸合酶 (FPPS)	催化	催化 IPP 和 DMAPP 缩合生成 FPP，为倍半萜前体；FPPS 缺陷突变株仍可产生单萜衍生物
Saccharomyces cerevisiae	还原生物转化（羰基还原）	ADH	醇脱氢酶 (ADH)	催化	催化羰基还原为羟基，需要 NAD(P)H 提供氢负离子
Saccharomyces cerevisiae	还原生物转化（碳碳双键还原）	ER	烯酸还原酶 (ER)	催化	催化活化 C=C 双键还原，如 α,β-不饱和酮/醛
Saccharomyces cerevisiae	萜类前体合成	—	异戊烯基转移酶 (prenyltransferase)	催化	生成 GPP、FPP 等萜类前体
Saccharomyces cerevisiae	辅因子再生	—	—	能量供给	NAD(P)H 作为还原反应的辅因子，通过共底物（如葡萄糖、乙醇）再生

关键发现

酿酒酵母可将香叶醇立体特异性还原为对映体纯的 (R)-(+)-香茅醇
6,7-环氧香叶醇经 S. cerevisiae AM464 转化产率为 61%（低于 Yarrowia lipolytica 的 99% 和 Botrytis cinerea 的 85.4%）
(4S)-(+)-香芹酮经冻干 S. cerevisiae 还原得到新异二氢香苇醇，ee 达 91%
薄荷酮和异胡椒烯酮还原产物 ee 为 85-89%
柠檬烯衍生的醛还原得到非对映体过量 96% 和 97% 的醇
parthenin 经酵母还原得到天然 dihydrocoronopinil
Fuganti 团队还原 (E)-3-(p-甲苯基)丁-2-烯-1-醇，以 20% 分离产率和 >95% ee 得到 (S)-(+)-3-(p-甲苯基)丁醇
还原一系列不饱和醛得到饱和醇，产率 49-56%，ee>98%
螺[4.5]癸烷-1,4-二酮还原以 62% 产率得到单一光学活性产物（回收 23%）。此外，单萜类约占精油的 90%。

研究结论

酿酒酵母在羰基和碳碳双键的还原生物转化中表现出良好能力，可用于多种单萜和倍半萜的立体选择性还原。尽管目前存在产率和立体选择性限制，但通过固定化、工程菌株和非传统介质等策略可提升其性能，为工业规模生产风味和香料化合物提供可持续途径。