不饱和脂肪酸转化为各类含氧化学物质的生物催化研究综述

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文章背景简介

BACKGROUND INTRODUCTION

生物催化技术能够在温和条件下进行反应，无需高温、高压和有毒溶剂，大大降低了能源消耗和环境风险。同时，生物催化反应的选择性高，能够减少副反应发生，降低有害废物产生，这对于追求绿色环保的现代产业至关重要。在这样的背景下，研究不饱和脂肪酸的生物催化氧化及功能化非常有必要。从产业市场需求来看，随着人们生活水平提高，对生物燃料的需求不断增加，以减少对传统化石燃料依赖，降低碳排放；在医药领域，不饱和脂肪酸的氧化产物可用于合成多种生物活性分子，为开发新型药物提供可能；化妆品行业也渴望利用这些氧化产物的独特性质，开发出更优质、更安全的护肤产品。因此，通过生物催化实现不饱和脂肪酸高效转化，生产高附加值的化合物，具有广阔市场前景。

深入探究脂肪酸加氧酶在不饱和脂肪酸氧化及功能化中的作用机制有助于更好地理解生物体内的代谢过程，为相关领域的基础研究提供理论支持。同时，这也为优化生物催化反应、提高反应效率和选择性提供依据，推动生物催化技术从实验室走向工业化生产的进程。

为了探索不饱和脂肪酸生物催化氧化功能化的机制，开发高效的生物催化体系，2025年，韩国建国大学的 Deok-Kun Oh 等人，在《Biotechnology Advances》杂志（IF13.4；工程技术 1 区）发表了题为 “Biocatalytic oxyfunctionalization of unsaturated fatty acids to oxygenated chemicals via hydroxy fatty acids” 的文章。本文聚焦于不饱和脂肪酸的生物催化氧化及功能化，旨在系统研究脂肪酸加氧酶的特性、催化机制以及生物催化合成高价值化合物的路径，并探索提高不饱和脂肪酸氧化功能化效率的策略，这对推动绿色化学发展，满足产业市场对可持续生产需求，具有重要现实意义。

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所用到的主要方法

METHODS

1. 构建底物对接模型与分子动力学模拟

2. 酶活性测定与产物分析

3.基因工程相关方法：包括调整基因表达系统、引入分子伴侣、融合可溶性肽标签和蛋白质等。例如，在大肠杆菌中插入含 RNase E 裂解位点的基因片段提升 BVMO 的溶解性；共表达分子伴侣质粒增强 10S - DOX 基因表达。这些方法旨在提高脂肪酸加氧酶在细胞内的表达量和稳定性，增强其催化功能，助力工业生物转化。

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文章摘要

ABSTRACT

不饱和脂肪酸在生物燃料、医药、化妆品等领域是重要的原料。然而，其选择性氧化功能化在化学反应中困难重重，生物催化合成却能实现区域和立体选择性的氧化功能化。本文中，作者聚焦于脂肪酸加氧酶，这类酶包含水合酶、脂氧合酶、双加氧酶、二醇合酶、细胞色素P450单氧化酶、过氧化物酶和12-羟化酶等多种，它们可通过选择性氧化功能化将C16和C18不饱和脂肪酸转化为单羟基、二羟基和三羟基等各类羟基脂肪酸或氢过氧脂肪酸，这些产物进一步被生物催化剂代谢为内酯、绿叶挥发物、生物塑料单体等重要的工业含氧化合物（包括ω-羟基脂肪酸、α,ω-二羧酸和脂肪醇等）。为提升不饱和脂肪酸的氧化功能化效率，作者探讨了酶工程、细胞内酶的表达调控、反应工程以及催化剂类型选择等策略。本文综述了不饱和脂肪酸的氧化功能化以及羟基脂肪酸和含氧化学品生产中涉及的生物催化剂。

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文章主要内容

CONTENT

1. 研究脂肪酸加氧酶催化不饱和脂肪酸合成羟基脂肪酸（HFA）的过程，包括不同微生物和酶转化生成 MonoHFAs、DiHFAs 和 TriHFAs 的情况。

2. 探讨由 HFA 或氢过氧脂肪酸（HpFAs）合成内酯、绿叶挥发物、生物塑料单体和脂肪醇等含氧化学物质的生物催化途径及应用，展现其在工业生产中的价值。

3. 提出增加不饱和脂肪酸氧化官能化的多种策略。

       原文标题 : 不饱和脂肪酸转化为各类含氧化学物质的生物催化研究综述