骨化二醇及骨化三醇生物合成研究进展
作者:
作者单位:

作者简介:

通讯作者:

中图分类号:

基金项目:

国家重点研发计划(2023YFF1103702);国家自然科学基金(21878233);天津市合成生物技术创新能力提升行动(TSBICIP-KJGG-009-04)


Biosynthesis of calcifediol and calcitriol: a review
Author:
Affiliation:

Fund Project:

  • 摘要
  • |
  • 图/表
  • |
  • 访问统计
  • |
  • 参考文献
  • |
  • 相似文献
  • |
  • 引证文献
  • |
  • 资源附件
  • |
  • 文章评论
    摘要:

    维生素D3是对人体健康十分重要的维生素,可以促进肠道对钙的吸收、防止佝偻病等。骨化二醇[25(OH) VD3]和骨化三醇[1α,25(OH)2VD3]是维生素D3的两种活性衍生物,在防治骨质疏松及调节人的生理功能方面发挥着重要作用。目前,骨化二醇及骨化三醇的生产以化学合成居多,但化学合成具有产物产量低、副产物多以及对环境不友好等缺点。因此开发一种绿色、安全、对环境友好的生物催化合成途径显得尤为重要。本文综述了骨化二醇及骨化三醇的生物催化合成途径,并介绍了该途径中的关键酶P450酶,包括P450单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenases, CYPs)和P450过加氧酶(unspecific peroxygenases, UPOs)。其中研究较为广泛的是P450单加氧酶,通过解析其催化作用机制,分析不同氧化还原伴侣适配以及关键氨基酸残基对酶催化活性的重要影响。此外,对利用H2O2驱动的UPOs的催化机理、高效异源表达策略以及H2O2的原位再生等方面也进行了总结,UPOs优势在于既不需要昂贵的辅因子也不需要氧化还原伴侣的参与,是十分有前景的生物催化剂。本文为进一步开发或改造相关P450酶来高效生产VD3活性衍生物提供了重要的参考。

    Abstract:

    VD3 is a crucial vitamin for human health, as it enhances calcium absorption in the intestines and prevent rickets. Calcifediol (25(OH) VD3) and calcitriol (1α,25(OH)2VD3) are two derivatives of vitamin D3 that play an important role in preventing and treating osteoporosis, as well as regulating human physiological functions. Currently, the production of calcifediol, and calcitriol primarily relies on chemical synthesis, which has disadvantages such as low product yield, numerous by-products, and environmental unfriendliness. Therefore, developing a green, safe, and environmentally friendly biocatalytic synthesis pathway is of utmost importance. This article mainly reviews the biocatalytic synthesis pathways of calcifediol, and calcitriol. The P450 enzymes, including P450 monooxygenases (cytochrome P450 monooxygenases, CYPs) and P450 peroxygenases (unspecific peroxygenases, UPOs), are crucial for the production of calcifediol and calcitriol. The catalytic mechanism of the extensively studied P450 monooxygenases, the selection of suitable redox partners, and the key residues involved in the enzyme’s catalytic activity are analyzed. In addition, the review explores H2O2-driven UPOs, including their catalytic mechanism, strategies for high heterologous expression, and in situ regeneration of H2O2. UPOs are regarded as highly promising biocatalysts because they can facilitate reactions without the need for expensive cofactors and redox partners. This review offers insights into the engineering of P450 for the efficient production of vitamin D3 derivatives.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

艾佳莹,高吉凯,殷子扬,毛淑红. 骨化二醇及骨化三醇生物合成研究进展[J]. 生物工程学报, 2024, 40(6): 1601-1619

复制
分享
文章指标
  • 点击次数:
  • 下载次数:
  • HTML阅读次数:
  • 引用次数:
历史
  • 收稿日期:2023-09-26
  • 最后修改日期:
  • 录用日期:2024-01-02
  • 在线发布日期: 2024-06-06
  • 出版日期: 2024-06-25
您是第位访问者
生物工程学报 ® 2024 版权所有

通信地址:中国科学院微生物研究所    邮编:100101

电话:010-64807509   E-mail:cjb@im.ac.cn

技术支持:北京勤云科技发展有限公司