吡咯喹啉醌的生物合成及其应用

70年代以前,发现有的细菌甲醇脱氢酶(MDH)辅基的某些性质与喋啶的相似,直到1979年,sialshuyr等^[1]采用x--射线衍射技术,分析了假单胞菌，TPI MDH辅基的丙酮加成物晶体结构,才首次阐明该辅基的分子结构,并命名为吡咯喹啉醌(简称PQQ)。随后相继发现有的葡萄糖脱氢酶、乙酰脱氢酶等的辅基也为PQQ（表1）。

PQQ的生物合成

自从PQQ的化学结构被阐明以来^[1]，国外一些学者便开始研究人工合成的方法。虽然已有报道^[2]，PQQ广泛存在于细菌、植物和动物等生物体中。目前仅证实一些革兰阴性细菌可合成PQQ（表1）。

通过1984年用甲基营养菌作供试菌株到1992年以生丝微菌TKO441作为生产菌株，建立了用瓶状发酵罐生产PQQ的一种适当程序。

影响PQQ生物合成的因素可以概括为以下几方面：

1.1 筛选高产菌株是PQQ生物合成的前提。多数甲基营养菌是PQQ的高产菌株，这类菌株以甲醇为碳源，当培养进入指数末期或稳定期前期时，细菌开始分泌PQQ，进入稳定期后期时，PQQ的累计量达到最大。而到指数期后期时，甲醇已快耗尽，MDH不再为细菌生存所必需，这时该没酶就容易丧失活性，并解离出PQQ。

1.2 供试菌若不产生脱辅基酶蛋白,就不会合成PQQO但,酶蛋白与PQQ二者之间合成的依赖性并不紧密。因为有的细菌仅产生酶蛋白部分;有的细菌则可产生过量的p《苏2(相对酶蛋白的量而言),并分泌到胞外.这类细菌有利于PQQ的发酵生产;还有的细菌仅产生很少量的PQQ。

1.3 有的细菌产生醒酶蛋白及其辅基PQQ时,并非必须有醌酶蛋白的底物存在。但是当所用碳源并非酿酶蛋白合成的诱导物时,一般PQQ合成率则较低。uakrami等^[3]用生丝微菌TK0441发酵时,发现Fe²⁺浓度会影响PQQ产量。当适当减少液体培养基中Fe²⁺含量时,培养液内的PQQ含量和细胞中的MDH活性均可增高。另外,增加培养基中的Mg,+含量,培养液中杂蛋白产量会减少,对PQQ提纯有利。

1.4 在培养细菌初期,若加人少量PQQ时,会促进PQQ的产生。

2 PQQ的生物学特性及其应用

2.1 作为酶的辅基参与生命活动

2.2 作为生长因子或维生素。PQQ不仅可作为某些细菌酶的辅基,而且还可作为有些细菌的生长因子^[4]。另外,在哺乳动物中,PQQ及其甘氨酸加成物(OQP)也显示出重要的生物学功能。

2.3 参与非酶系统的氧化还原反应。PQQ有抗氧化、清除自由基的功效。

3 结论

PQQ生物合成的遗传学研究还处在起步阶段,对一些基因的结构、功能还了解较少。但随着研究的不断深人,有此问题将会逐步弄清,对PQQ生物合成途径也将会从本质上得到认识。另外,鉴于PQQ广泛存在于生物界,加之目前的研究已显示出重要的生物学意义,因此可以预见,PQQ在实践中的应用潜力不容低估。

文献

[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，王银善[N].微生物学通报，1997（5）：286~290.