吡咯喹啉醌的研究进展

分子植物病理课程作业 题目名称 吡咯喹啉醌的探讨进展 学生姓名 师笑枫 学 号 2012102031 专 业 植物病理学 2012年5月15日 吡咯喹啉醌的探讨进展 摘要 吡咯喹啉醌PQQ是继烟酰胺和黄素核苷酸之后发觉的氧化还原酶的第3种辅酶。PQQ 含有能干脆参加氧化还原反应的邻醌类结构，以上酶蛋白可以催化非磷酸化的底物发生氧化反应，如醇类，醛类和醛糖类。PQQ具有多种生理功能,在食品、医药及农业等行业有广泛的应用前景。我们从主要从生物学功能和生物合成两个方面对其做了简要综述,介绍了PQQ生物合成调控方面的探讨进展。 关键词吡咯喹啉醌 生物功能 生物合成 吡咯喹啉醌（PQQ）是参加氧化还原反应的辅因子，作为很多酶的辅酶，如脱氢酶，氧化酶，水合酶与脱羧酶。PQQ 含有能干脆参加氧化还原反应的邻醌类结构，以上酶蛋白可以催化非磷酸化的底物发生氧化反应，如醇类，醛类和醛糖类。此外，PQQ 还被认为是继吡啶和核黄素之后的第三类参加氧化还原反应的辅因子[1]。20世纪60年头,人们发觉了一类新的能氧化多种一级醇,并以甲基吩嗪硫酸甲酯为最初受氢体的脱氢酶,它们不依靠于已知脱氢酶辅酶或辅基。直到 1979年Durine才分别得到这个辅酶,随后Salisbury通过X线衍射技术阐明白这种辅酶的结构并命名为吡咯喹啉醌。 PQQ 广泛存在于原核细胞与真核组织中，例如肺炎克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae ），扭脱甲基杆菌（ Methylobacterium extorquens ），绿脓杆菌（Pseudomonas aeruginosa），变色多孔菌（Polyporus versicolor）和漆树（Rhus vernicifera）等。好玩的是，一些肠道微生物，例如大肠杆菌，不能合成 PQQ，却能生产以 PQQ 为辅因子的酶蛋白。这种辅酶的与假扭脱甲基杆菌（Methylobacterium extorquens）、变色多孔菌（Polyporus versicolor）、绿脓杆菌（Pseudomonas aeruginosa）与不动杆菌属（Acinetobacter）葡萄糖脱氢酶辅酶相同。 1. PQQ的生物学功能 吡咯喹啉醌化学名是4,5-二氢-4,5-二氧化-1-氢吡咯（2,3f）醌-2,7,9-三羧酸，常温下为晶体，但其光谱学特性比较特别，PQQ在紫外249nm波长下的汲取系数是18400mol-1cm-1。主要作为电子受体或供体参加酶催化的氧化还原过程,其化学结构中的邻位醌3个羧基是其重要的功能基团图1-1。 1.1 PQQ 参于呼吸链电子传递 20世纪60年头,人们在荧光极毛杆菌细胞膜上得到的D-葡萄糖脱氢酶的辅酶就是PQQ。随后的探讨发觉醌酶分布广泛,如 氧 化 葡 糖 杆 菌Gluconobacter oxydans的 山 梨 糖 脱 氢 酶SDH睾丸酮丛毛单胞菌Comamonas testosterone 的醌血红素蛋白醇脱氢酶QH-ADH等。PQQ作为各种醌酶的辅酶参加电子在醌酶内的传递,帮助醌酶完成其特定的生物学功能[2]。PQQ为辅酶的醌酶存在于很多革兰氏阴性菌中，如甲醇脱氢酶（ADH）和甘等[3]。这些脱氢酶参加特定小分子如甲醇和葡萄糖的氧化途径，生成ATP等能量物质[4]。PQQ在醌酶参加传递电子的机制上都很类似。以葡萄糖脱氢酶（GDH）为例， PQQ的 C5位置是接受自由电子的重要部位，当C5接受电子时变为PQQH2，之后其次个电子受体为细胞色素c，最终电子被转移到储能质当中[5]。 1.2 PQQ是刺激机体的生长因子 PQQ是细菌生长中的必需因子并且可以缩短细菌的延滞期，因此对生长有刺激作用，能加快微生物生长。 低浓度PQQ可以促进植物花粉萌发和花粉管的形成，因此会促进植物的授粉效率，Choi用黄瓜作为试验对象添加微量PQQ后成熟期缩短，从而证明白这一结论[6]。另外PQQ也是植物中抗氧化剂的一种。另外特定产PQQ微生物还可通过共生的方式为植物供应微量元素。 当喂食小鼠适量PQQ时，小鼠细胞中线粒体活动加强，从而活动实力大大增加[7]；当小鼠体内缺乏PQQ时，小鼠肝细胞中线粒体数量明显削减，而且心率活动不正常，同时血糖含量也超过正常范围[8]。PQQ还有消退细胞内黑色素的功能，还可以清除细胞内氧自由基，因此PQQ被归类为新型B族维生素。 1.3 修复受损神经细胞 自由基的数量在生物机体中有非常重要的作用，要维持机体正常功能，自由基水平必需限制在肯定范围之内。自由基数量对于生物体至关重要，当体内自由基过量时细胞会有加剧苍老，诱发特定疾病等严峻后果。当体内氧自由基过高时，会引发神经损伤，当α突触蛋白被氧化时会形成淀粉α突触蛋白并简单诱发帕金森氏症，而PQQ能有效低阻挡淀粉α突触蛋白的形成[9]。PQQ通过还原自由基的作用爱护这些身体组织。同时发觉PQQ还可以高效地消退离体心脏充氧后生成的乳酸脱氢酶，能有效爱护身体组织。通过对小鼠的试验发觉PQQ能有效提高受损神经处的神经元密度，同时还能防止一氧化氮带来的二次损伤。 2. PQQ的生物合成 2.1 PQQ生产菌 PQQ广泛存在于革兰阴性菌中但合成量却有所不同有些菌只产生痕量PQQ, 供正常的生理代谢需求, 如恶臭假单胞菌; 还有些菌却能产生过量的PQQ, 并分泌到胞外。迄今发觉的能产生过量PQQ的野生菌包括无色杆菌属Achromobacter、交替单胞菌属Alteromonas、 弯杆菌属Ancylobacter等。其中以甲基养分型细菌的PQQ生物合成水平最高[10]。 2.2 PQQ的合成基因 大多数可以合成吡咯喹啉醌的微生物中，一般有4个到7个基因与PQQ合成干脆相关，并且一般以基因簇的形式存在。不同生产菌的pqq基因却都具有肯定同源性，并且排列依次也非常相像。已经确定多种微生物中参加PQQ合成的基因。如肺炎克雷伯氏菌中，PQQ生物合成的全部基因即pqqABCDEF六个阅读框呈一个基因簇排列。扭脱甲基杆菌中，PQQ合成基因分为两个基因簇，一个为pqqABC/DE，其中C和D基因融合为一个基因，另一个为pqqFG与其它三个基因构成的基因簇。在铜绿假单胞菌中，pqqABCDE阅读框与pqqF阅读框分别。除了肺炎克雷伯氏菌的pqqF阅读框，其它PQQ合成基因都有较高的同源度[11]。 2.3 PQQ的其他调控因素 Pqq基因自身就对PQQ生物合成进行调控，一方面全部基因共用一个启动子，表示PQQ合成的全部基因表达的比例必需适当，另外，pqqA基因末端有抑制转录的发卡结构，调整之后的基因合成。此外，pqq基因之间也存在相互的促进或抑制作用，对pqq表达也有重要的调控作用。 对于基因工程法合成PQQ来说，现阶段发觉。基因的拷贝数对PQQ合成量影响很大，利用高拷贝质粒表达PQQ基因