磷酸吡哆醛

磷酸吡哆醛（英文：Pyridoxal 5′-phosphate， PLP）是维生素B6在生物体内的主要活性辅酶形式。它是自然界中最通用、最关键的辅酶之一，作为转氨基、脱羧、消旋、醛缩等多种酶促反应的必需辅因子，广泛参与氨基酸代谢、神经递质合成、血红素合成和糖原分解等核心生物化学过程。

化学结构与性质

1. 化学本质：吡哆醛（一种吡啶衍生物）的5′-羟基被磷酸化的产物。

2. 活性中心：其核心功能基团是醛基，它能与底物氨基酸的α-氨基形成希夫碱（醛亚胺）中间体，这是PLP介导所有反应的关键。

3. 活性形式：维生素B6（吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺）必须在体内经过两步磷酸化和氧化步骤，最终转化为PLP才具有辅酶活性。

核心作用机制

PLP催化的所有反应都始于一个共同的步骤：酶活性位点的赖氨酸ε-氨基与PLP的醛基形成内部醛亚胺。当底物氨基酸进入后，其α-氨基取代赖氨酸，与PLP形成外部醛亚胺。此后，PLP的共轭π-电子系统（电子阱）能稳定不同的碳负离子中间体，从而根据酶活性位点的微环境，引导反应向不同方向进行：

1. 稳定α-碳负离子：允许质子化和差向异构化（消旋或差向异构反应）。

2. 稳定α-羧基碳负离子：促进脱羧（脱羧反应）。

3. 稳定β-或γ-碳负离子：促进侧链裂解或合成（如丝氨酸羟甲基转移酶反应）。

主要催化的反应类型与生理意义

生物合成与调控

1. 合成：膳食中的维生素B6被吸收后，在肝脏中由吡哆醛激酶磷酸化生成PLP。

2. 降解与循环：PLP可被碱性磷酸酶去磷酸化。为了避免游离PLP的毒性（其醛基可与细胞蛋白非特异性反应），过量的PLP会被PLP氧化酶降解为无活性的4-吡哆酸，随尿液排出。

3. 与酶的结合：PLP通常通过其磷酸基团与酶活性中心的精氨酸等正电荷残基形成盐桥，并通过希夫碱与保守赖氨酸共价连接，从而紧密结合。

缺乏症与毒性

1. 缺乏症（罕见，多见于吸收不良、酒精依赖或某些药物干扰）：

   • 神经系统：周围神经病变、易激惹、抑郁、癫痫发作（尤其是婴儿）。

   • 皮肤：脂溢性皮炎、舌炎。

   • 贫血：因血红素合成受损导致小细胞低色素性贫血。

2. 毒性：长期极高剂量补充（通常>500 mg/天）可导致感觉神经病变（如手脚麻木、刺痛），可能与过量PLP的非特异性蛋白质修饰有关。

临床应用

1. 治疗缺乏：补充维生素B6。

2. 特殊疾病治疗：

   • 先天性代谢病：如同型胱氨酸尿症（部分类型）、吡哆醇依赖性癫痫。

   • 药物性周围神经病变的预防：如使用异烟肼（抗结核药）时，因异烟肼可与PLP结合使其失活，需补充维生素B6以预防周围神经炎。

   • 妊娠剧吐：维生素B6是治疗的一线选择。

   • 高同型半胱氨酸血症：作为辅助治疗。

研究方法

1. 酶活性测定：测量PLP依赖酶的活性，常需在反应体系中添加外源PLP以评估辅酶饱和度。

2. PLP水平测定：使用HPLC等色谱方法测定血浆或组织中的PLP浓度。

3. 结构生物学：通过X射线晶体学或冷冻电镜解析PLP与酶结合的复合物结构，揭示催化机制。

参考文献

1. Eliot, A. C., & Kirsch, J. F. (2004). Pyridoxal phosphate enzymes: mechanistic, structural, and evolutionary considerations. Annual Review of Biochemistry, 73, 383-415.
   （关于PLP依赖酶机制、结构和进化的权威综述。）

2. Percudani, R., & Peracchi, A. (2003). A genomic overview of pyridoxal-phosphate-dependent enzymes. EMBO reports, 4(9), 850-854.
   （从基因组学角度概述了PLP依赖酶的多样性和重要性。）

3. Clayton, P. T. (2006). B6-responsive disorders: a model of vitamin dependency. Journal of Inherited Metabolic Disease, 29(2-3), 317-326.
   （深入讨论了维生素B6反应性疾病，作为理解维生素依赖性的模型。）

4. di Salvo, M. L., Contestabile, R., & Safo, M. K. (2011). Vitamin B6 salvage enzymes: mechanism, structure and regulation. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Proteins and Proteomics, 1814(11), 1597-1608.
   （综述了维生素B6的补救合成途径及相关酶。）

5. Institute of Medicine (US) Standing Committee on the Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes. (1998). Dietary Reference Intakes for Thiamin, Riboflavin, Niacin, Vitamin B6, Folate, Vitamin B12, Pantothenic Acid, Biotin, and Choline. National Academies Press.
   （关于维生素B6（包括PLP）膳食参考摄入量的官方科学评估报告。）