吡咯喹啉醌的生物合成及其應用

發布時間:2024-05-07 閱讀:3173

上世紀70年代以前,現有的細菌甲醇脫氫酶(MDH)假體組的一些性質與吡啶相似,直到1979年Sialshuyr等[1]才利用X射線衍射技術分析了假單胞菌、TPI MDH假體組丙酮加合物的晶體結構,並首次闡明了假單胞菌基團的分子結構, 並將其命名為吡咯喹啉醌(簡稱PQQ)。隨後,葡萄糖脫氫酶和乙醯脫氫酶的假體基團也為PQQ(表1)。

PQQ的生物合成。

自闡明PQQ的化學結構[1]以來,國外一些學者開始研究人工合成方法。 儘管已有報道[2],但PQQ廣泛存在於細菌、植物和動物等生物體中。 只有一些革蘭氏陰性菌被證明可以合成PQQ(表1)。

表1:產生PQQ的細菌及其相應的醌蛋白。

1984年以甲基營養菌為試驗菌株,1992年以Tko441為生產菌株,建立了瓶裝發酵罐中PQQ生產的適當規程。

影響PQQ生物合成的因素可歸納如下:

1.1 篩選高產菌株是PQQ生物合成的前提。 大多數甲基營養菌是PQQ的高產菌株,它們以甲醇為碳源,當培養物進入指標末期或穩定期早期時,細菌開始分泌PQQ,PQQ的累積量在穩定期後期達到最大值。 在指數階段結束時,甲醇幾乎耗盡,MDH不再是細菌生存所必需的,此時酶容易失去活性並解離PQQ。

1.2 如果供試細菌不產生脫輔基蛋白,它們就不會合成PQQO,但酶蛋白的合成與PQQ的依賴性並不密切。 因為有些細菌只產生酶蛋白部分; 一些細菌可以產生過量的 P2(相對於酶蛋白的量)並在細胞外分泌。 這類細菌有利於PQQ的發酵生產; 其他細菌僅產生少量的PQQ。

1.3 有些細菌在產生清醒酶蛋白及其後代PQQ時不一定具有奎氏酶蛋白的底物。 但是,當所使用的碳源不是酶蛋白合成的誘導劑時,PQQ的合成速率通常較低。 Uakrami等[3]發現,當用Tk0441發酵時,Fe2+濃度會影響PQQ產量。 當液體培養基中Fe2+的含量適當降低時,可以提高培養基中的PQQ含量和細胞中的MDH活性。 此外,增加培養基中Mg,+的含量會降低培養基中異蛋白的產量,有利於PQQ的純化。

1.4 在細菌培養的早期階段,如果加入少量的PQQ,將促進PQQ的產生。

2 PQQ的生物學及其應用。

2.1.作為酶的假體組參與生命活動。

2.2.作為生長因子或維生素。 PQQ不僅作為某些細菌酶的假體基團,而且作為某些細菌的生長因子[4]。 此外,在哺乳動物中,PQQ及其甘氨酸加合物(OQP)也顯示出重要的生物學功能。

2.3.參與非酶系統的氧化還原反應。 PQQ具有抗氧化和清除自由基的作用。

3 結論。 PQQ生物合成的遺傳研究仍處於起步階段,一些基因的結構和功能仍知之甚少。 但隨著研究的深入,這個問題將逐漸明確,PQQ生物合成途徑將得到本質的了解。 此外,鑑於PQQ在生物界的廣泛存在,以及目前的研究已經顯示出重要的生物學意義,可以預見,PQQ在實踐中的應用潛力不容小覷。

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