谷胱甘肽的医药价值

谷胱甘肽的应用价值

王健

（衡阳师范学院，衡阳，421008）

摘要：谷胱甘肽(GSH)是生物体内最重要的低分子活性巯基化合物之一，同样也是一种重要的医药保健产品，在临床上用于肝脏保护、治愈肿瘤、解除氧中毒抗衰老和治疗内分泌紊乱等疾病，效果明显无毒副作用，在医疗、保健品加工等领域有广泛的市场。本文主要介绍GSH的生产方法及其市场前景。[1][2]

关键词：谷胱甘肽，合成谷胱甘肽,发酵生产谷胱甘肽，谷胱甘肽的前景The medical value of glutathione

(Hengyang Normal University，hengyang,421008)

Abstract: Glutathione (GSH) in vivo is the most important low molecular weight active thiol compounds one is also an important medicine and health products, clinically used for liver protection, cure the tumor, the lifting of oxygen poisoning, anti-aging and treatment of endocrine disorders and other diseases, the effect is obvious toxic side effects in the field of health care, health care products and processing a wide range of market views Domestic research and production status of GSH, product use and market prospects

Key Words:GSH,synthesis of GSH,Fermentative production of GSH,the prospect of GSH.

谷胱甘肽（glutathione）广泛存在于动植物和微生物中，是生物体内最重要的非蛋白巯基化合物之一，具有还原型（GSH）和氧化型（GSSG），生物体内大量存在并起主要作用的是GSH。GSH广泛用于治疗肝脏疾病、肿瘤、氧中毒、衰老和内分泌疾病，并作为生物活性添加剂及抗氧化剂用于食品领域。[2]谷胱甘肽（Glutathione，GSH ），即γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸，是由 L- 谷氨酸、L- 半胱氨酸和甘氨酸经肽键缩合而成的生物活性三肽化合物。GSH 是许多酶反应的辅基，在生物体内具有清除体内自由基、解毒等多种重要的生理功能，特别是对于维持生物体内适宜的氧化还原环境具有重要意义。[3] GSH分子量为302.7，氮量为13.67，硫量为10.44，旋光度α为 21.3（27，2%水溶液），熔点为189℃~193℃，等电点为5.93，晶体呈无色透明细长拉状.[1] GSH 的固体较稳定，而水溶液在外界环境中受温度、pH、光照等条件影响，易氧化，产生氧化型谷胱甘肽（即GSSG），GSSG 是由两分子 GSH 脱氢后通过二硫键相连的二聚体，其反应如下：

2GSH GSSG 氧化型 GSSG 不具有生理活性，只有还原型GSH才能发挥重要的生理功能。GSH 的不稳定性是造成较难分离纯化、产品纯度不高的重要原因。[3]

GSH的生产方法分类

1 化学合成法[4]

随着多肽合成技术的日趋成熟，现已能用化学合成法合成GSH，但由于性产物不易分离，需要化学拆分，产品纯度不高而难以推广。

2 从谷物胚芽中提取GSH

谷物胚芽特别是小麦胚芽中含有大量GSH。早在1940年代，人们就通过沉

淀蛋白质从麦胚粗提GSH；1950年代初，利用有机溶剂从胚芽中抽提GSH。随后又有应用淀粉酶、蛋白酶和高效膜分离技术简化操作工艺，提高收率。一般的工艺流程为：提取—盐析—离子交换（或膜分离）—浓缩—结晶。此法GSH得率低、成本高、有机溶剂污染严重、纯度不高，而且消耗大量粮食，现已很少使用。

3 微生物发酵生产GSH

微生物细胞内含有谷胱甘肽，且发酵周期短、操作简单、成本低。基本工艺为：发酵—细胞破碎—提取分离—GSH。GSH在细胞内特殊的生理功能使其对自身合成产生反馈抑制，用诱变手段减弱或消除这种反馈抑制非常重要。近年颇受重视的是将编码GSH合成酶系的基因克隆到大肠杆菌或酵母中。

3.1 E.coli基因重组 E.coli菌种细胞中GSH含量虽较酵母少，但它的遗传背景清楚、简单，基因操作方便，菌体繁殖较快。为了消除GSH对GSH合成酶Ⅰ（GSH-I）的反馈抑制，Murata[5]从E.coli中筛选了1株GSH-Ⅰ脱敏的突变株，从中克隆了GSH-Ⅰ基因（gshⅠ）并在E.coli BRC912表达，使此株GSH合成活性大为提高，产量达

4.81 μmol/g（湿细胞）。GSH-Ⅰ活性提高后，GSH-Ⅱ就成了合成GSH的限速酶。沈立新等[6]构建了含有GSHⅠ和GSH-Ⅱ基因（gsh Ⅱ的重组质粒，分别转入E.coli细胞，分步进行γ-谷氨酰半胱氨酸和谷胱甘肽的合成，合成率达3.78 g/L，比同时转入的合成率高42.1 %，既解决了GSH-Ⅰ和GSH-Ⅱ在同一菌株中克隆表达相互影响的矛盾，又解决了GSH对GH-Ⅰ的反馈抑制，降低了ADP对第二步反应的抑制程度。

3.2酵母基因重组酵母糖酵解产生的ATP是GSH合成过程中不可少的能量供体。利用基因工程手段增加酵母中GSH合成酶系活性是提高GSH合成率的另一有效途径。Tazuka等[7]将E.coli B中gshⅠ基因片段与S.cerevisiae 98的1个启动子融合，融合的GSH-Ⅰ在酵母中表达，结果GSH-Ⅰ活性和GSH的含量分别提高了100多倍和3倍多。Christine[8]将带有GSHI、GSHII各1个拷贝的质粒PINE III转化入啤酒酵母，GSH产量达到细胞总干重的1.8 ％，大大高于对照菌株。此外，通过优化菌株的培养表达条件也可提高GSH产量。有研究通过反馈控制乙醇浓度流加葡萄糖，利用正交试验设计优化发酵后期添加3种氨基酸配比和浓度，进行酿酒酵母T65补料分批发酵生产GSH，产量达到2.19 g/L［9-11］。卫功元等[12-14研究了温度、pH、溶氧和补料流加速度对产朊假丝酵母生产GSH 的影响，发现较高温度对细胞生长有促进作用，较低温度则更有利于提高GSH

产量，pH 5.5时对细胞生长和GSH合成均最佳，恒溶氧控制发酵可明显提高细胞干重和GSH产量，当恒溶氧浓度35 %时，二者的提高幅度可分别达到22 %和30 %，指数流加是较理想的补料方式。经优化培养，GSH产量达到857.2 mg/L。除E.Coli和酵母外，傅瑞燕等[15]构建了重组乳酸乳球菌生产GSH，用乳酸链球菌素诱导4 h后，胞内GSH含量达到358 n mol/mg蛋白质。

4 酶工程法合成GSH

用分离提取的酶或游离细胞进行催化反应，减少了细胞代谢副产物对分离提取的影响，简化了下游工艺。早期研究中用去污剂和溶壁酶处理啤酒酵母增大细胞的通透性，加入含有葡萄糖、谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸等前体的反应液，GSH 产量大大增高，达9.06 g/L。也有人将经甲苯通透处理后的重组E.coli与干酵母细胞一起加入反应体系，GSH含量达5 mg/mL。由于游离酶难以重复使用，并影响产物的分离提取，故用固定化酶催化合成GSH。将自溶后的啤酒酵母分离出GSH合成酶，用聚丙烯酰胺凝胶包埋后加入反应液，半胱氨酸转化率为87 ％（游离酶为47 ％），且稳定性提高。