新辅基－吡咯喹啉醌

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第856页（2804字）

一切生命活动都是靠酶参加完成的，而酶可分为单成分酶和双成分酶两类。

前者仅蛋白质存在就具有催化活性；后者则除蛋白质外还要有非蛋白质基团即辅基配合才能显出催化活性。吡咯喹啉醌(Pyrroloquinoline quinone，简称PQQ)就是一种有别于已知脱氢酶类辅基烟酰胺核苷酸(NAD和NADP)和黄素核苷酸(FMN和FAD)的新辅基。它在酶反应过程中担负着传递电子、质子和化学基团的功能。此外，还能刺激某些生物在发育前期快速生长。

所以，深入研究PQQ的分布状况、产生机理、结构功能以及生物学性质，对促进酶学学科的发展，搞清醌蛋白酶类的代谢过程，推动PQQ在实践中尽早应用等都是很有意义的。

20世纪60年代，Hauge首先描述了A．Galcoaceticus(当时称B．antitratum)葡萄糖脱氢酶的特征。

虽然他未充分阐明其辅基的结构，但已排除该辅基是FAD的说法。70年代初，有很多研究革兰氏阴性细菌生长在甲醇上可产生甲醇脱氢酶的报道。开始，Urushibara等视该脱氢酶的辅基为喋啶化合物，后来Sperl等推测是2、4－二氧四氢喋啶。然而，ESR分光术的应用否定了上述看法。Westerling等提出甲醇脱氢酶的辅基是一种可抽提的分子量小的含N醌类化合物。1979年Salisbury等搞清了该辅基的结构，并将其取名为“methoxatin”；翌年，Duine等在总结前人研究成果的基础上，结合自己的工作，将这一辅基正式定名为PQQ，该辅基PQQ(醌式)在还原状态和与水化合状态时，其结构有PQQH(半醌式)、PQQH₂(醌醇式)以及PQQ－H₂O。

还原状态的PQQ，在生理条件下可与有关物质相互束缚，且较稳定；而呈游离状态时，则不甚稳定。

PQQ的C(5)羰基氧、N(6)和C(7)羧基基团是较活跃的，且具有束缚某些物质的能力。已发现它们可以与水、亲核试剂(如联胺、叠氮化物)、蛋白质(如白蛋白)和金属离子(如Cu²⁺、K⁺、Li⁺)等发生结合作用。pQQ－H₂O的pK值为10．7，PQQH₂的pK值为8．5，PQQ为8．7(Mcwhirter等则认为4．6和6．8)。

PQQ在水中显示两套光谱即吸收光谱和NMR光谱，一套属PQQ的性质，一套属PQQ－H₂的性质。PQQ在低温下水化程度增强。

另外，一价阳离子复合物对PQQH的吸收光谱也有一定的影响。

检测和定量PQQ的方法很多。

反相柱的HPLC分离物，用紫外光、荧光或电化学方法进行检测已成为有些实验室中的常规分析手段。PQQ的挥发性衍生物能用GLC检测，其灵敏度较高。另外，根据PQQ能作为某些氨基酸氧化脱羧的催化剂的原理，在所试的氨基酸，如甘氨酸氧化脱羧时，与染料四唑鎓(tetrozolium)偶联形成甲(formezne)可通过比色法测定加入的PQQ量。除上述方法外，生物测定法则是公认的既专一又灵敏的方法。

该法是依照PQQ与脱辅基脱氢酶可以重组的道理进行的。

关于PQQ生物合成的途径试验所用的材料是两株甲基营养细菌(methylotrophic bacieria)。研究中发现，酪氨酸和谷氨酸是生物合成PQQ的前体。Uragami等已用发酵法得到了可观的PQQ产品。

至于生物合成PQQ的调控与诱导研究也已起步。

PQQ的生物学特性以及药理功能研究颇多。通常认为，PQQ对细菌不起致命性的作用。例如，很多细菌不能产生该物质，有些可产生该物质的突变株(即PQQ变种)仍能正常存活便是极好的证据。但是，PQQ的存在能赋于某些微生物具有特殊的功能，可明显地刺激某些微生物和植物种子前期生长速度加快。比如，将PQQ加到培养假单胞菌(Psendomonas sp)基质中，就可使其产生全醇脱氢酶，并获得降解聚乙烯醇(PVA)的能力：又如，将PQQ加到培养大肠杆菌(E．coli)基质中，就可使其产生全葡萄糖脱氢酶，从而使该菌生长有了能量供应基础；再者，pst－变种要生长在葡萄糖基质上，必须得有PQQ存在。另外，PQQ与动物营养的关系，PQQ对哺乳动物感染的某些疾病的防治也已有了报道。

PQQ研究工作开始于20世纪60～70年代，迅速发展于80年代，这期间荷兰及日本等国的学者研究成绩较突出。

进入90年代研究PQQ的旺盛势头仍有增无减。到20世纪末，PQQ的研究内容会越来越深入，对它的生产规模和应用范围也一定会有新的进展。目前研究PQQ的热点为：(1)PQQ的分布。该物究竟只存在于革兰氏阴性细菌中，还是也存在于其它生物(包括革兰氏阳性细菌、真核生物，哺乳动物等)中；(2)有些细菌的一种脱氢酶有时依赖于NAD作辅基，有时则依赖于PQQ，如甲醇脱氢酶就是如此，这是为什么?(3)PQQ与相应的酶蛋白结合是以共价键方式，还是其它方式完成的?(4)PQQ除可充当辅基，并可刺激某些生物生长外，还有没有其它生物学功能?其机理是什么?

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【参考文献】：

1 Urushibara T.et al. Biochcm J. 1971.125; 147-147

2 Saliabury S A, et al. Nature. 1979.280:843-844

3 de Beer R.et al. Biochem Biophys Acia.l980.622:370～374

4 Ameyama M.et al. Agric Biol Chem, 1984 ,48(2) :561～565

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6 Matsushita K.et al. Biosci Biotech Biochem, 1992.56(2): 304-310

7 赵永芳，等．生物化学杂志，第7次全国生物化学学术会议专题报告(摘要)及论文(摘要)汇编，1993，(8)∶135

(中科院武汉病毒研究所王银善副研究员、武汉大学生命科学学院赵水芳教授撰)