吡咯喹啉醌的生物合成及其應(yīng)用

70年代以前,發(fā)現(xiàn)有的細(xì)菌甲醇脫氫酶(MDH)輔基的某些性質(zhì)與喋啶的相似,直到1979年,sialshuyr等^[1]采用x--射線衍射技術(shù),分析了假單胞菌，TPI MDH輔基的丙酮加成物晶體結(jié)構(gòu),才首次闡明該輔基的分子結(jié)構(gòu),并命名為吡咯喹啉醌(簡稱PQQ)。隨后相繼發(fā)現(xiàn)有的葡萄糖脫氫酶、乙酰脫氫酶等的輔基也為PQQ（表1）。

PQQ的生物合成

自從PQQ的化學(xué)結(jié)構(gòu)被闡明以來^[1]，國外一些學(xué)者便開始研究人工合成的方法。雖然已有報道^[2]，PQQ廣泛存在于細(xì)菌、植物和動物等生物體中。目前僅證實(shí)一些革蘭陰性細(xì)菌可合成PQQ（表1）。

通過1984年用甲基營養(yǎng)菌作供試菌株到1992年以生絲微菌TKO441作為生產(chǎn)菌株，建立了用瓶狀發(fā)酵罐生產(chǎn)PQQ的一種適當(dāng)程序。

影響PQQ生物合成的因素可以概括為以下幾方面：

1.1 篩選高產(chǎn)菌株是PQQ生物合成的前提。多數(shù)甲基營養(yǎng)菌是PQQ的高產(chǎn)菌株，這類菌株以甲醇為碳源，當(dāng)培養(yǎng)進(jìn)入指數(shù)末期或穩(wěn)定期前期時，細(xì)菌開始分泌PQQ，進(jìn)入穩(wěn)定期后期時，PQQ的累計(jì)量達(dá)到最大。而到指數(shù)期后期時，甲醇已快耗盡，MDH不再為細(xì)菌生存所必需，這時該沒酶就容易喪失活性，并解離出PQQ。

1.2 供試菌若不產(chǎn)生脫輔基酶蛋白,就不會合成PQQO但,酶蛋白與PQQ二者之間合成的依賴性并不緊密。因?yàn)橛械募?xì)菌僅產(chǎn)生酶蛋白部分;有的細(xì)菌則可產(chǎn)生過量的p《蘇2(相對酶蛋白的量而言),并分泌到胞外.這類細(xì)菌有利于PQQ的發(fā)酵生產(chǎn);還有的細(xì)菌僅產(chǎn)生很少量的PQQ。

1.3 有的細(xì)菌產(chǎn)生醒酶蛋白及其輔基PQQ時,并非必須有醌酶蛋白的底物存在。但是當(dāng)所用碳源并非釀酶蛋白合成的誘導(dǎo)物時,一般PQQ合成率則較低。uakrami等^[3]用生絲微菌TK0441發(fā)酵時,發(fā)現(xiàn)Fe²⁺濃度會影響PQQ產(chǎn)量。當(dāng)適當(dāng)減少液體培養(yǎng)基中Fe²⁺含量時,培養(yǎng)液內(nèi)的PQQ含量和細(xì)胞中的MDH活性均可增高。另外,增加培養(yǎng)基中的Mg,+含量,培養(yǎng)液中雜蛋白產(chǎn)量會減少,對PQQ提純有利。

1.4 在培養(yǎng)細(xì)菌初期,若加人少量PQQ時,會促進(jìn)PQQ的產(chǎn)生。

2 PQQ的生物學(xué)特性及其應(yīng)用

2.1 作為酶的輔基參與生命活動

2.2 作為生長因子或維生素。PQQ不僅可作為某些細(xì)菌酶的輔基,而且還可作為有些細(xì)菌的生長因子^[4]。另外,在哺乳動物中,PQQ及其甘氨酸加成物(OQP)也顯示出重要的生物學(xué)功能。

2.3 參與非酶系統(tǒng)的氧化還原反應(yīng)。PQQ有抗氧化、清除自由基的功效。

3 結(jié)論

PQQ生物合成的遺傳學(xué)研究還處在起步階段,對一些基因的結(jié)構(gòu)、功能還了解較少。但隨著研究的不斷深人,有此問題將會逐步弄清,對PQQ生物合成途徑也將會從本質(zhì)上得到認(rèn)識。另外,鑒于PQQ廣泛存在于生物界,加之目前的研究已顯示出重要的生物學(xué)意義,因此可以預(yù)見,PQQ在實(shí)踐中的應(yīng)用潛力不容低估。

文獻(xiàn)

[1] Salishury S A, Forrest H S, Cruse W B T el al.Nature,1979,280(5725):843~844.

[2] Kumazawa T,Sato K,˙Seno H et al. Biochem J,1995,307:331~333.

[3] Urakami T, Kazuga Y. Appl Environ Microbiol,1992,58(12):3970~3976.

[4] Ameyama M, Matsushita. K Shlnagawa. E, et al. Vita and Horm.1991,46:229~270.

[5] 曹志方，王銀善[N].微生物學(xué)通報，1997（5）：286~290.