谷胱甘肽的医药价值

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1、谷胱甘肽的应用价值谷胱甘肽的应用价值王健王健 （衡阳师范学院，衡阳，（衡阳师范学院，衡阳，421008） 摘要：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。12 关键词：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，hen

2、gyang,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 disor

3、ders 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 G

4、SH,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 -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

5、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 为 21.3（27，2%水溶液） ，熔点为 189193，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： 2GSHGSSG 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

6、原因。3GSHGSH 的生产方法分类的生产方法分类1 1 化学合成法化学合成法44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 2 从谷物胚芽中提取从谷物胚芽中提取 GSHGSH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

7、，而且消耗大量粮食，现已很 少使用。 3 3 微生物发酵生产微生物发酵生产 GSHGSH 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。3.13.1 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（GSH-I）的反馈抑制，Murata5从 E.col

8、i 中筛选了 1 株 GSH-脱敏的 突变株，从中克隆了 GSH-基因（gsh）并在 E.coli BRC912 表达，使此株 GSH 合成活性大为提高，产量达 4.81 mol/g（湿细胞） 。GSH-活性提高后， GSH-就成了合成 GSH 的限速酶。沈立新等6构建了含有 GSH和 GSH-基因 （gsh的重组质粒，分别转入 E.coli 细胞，分步进行 -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-和 GSH-在同一菌株中克隆表达相互影响的矛盾，又解决了 GSH 对 GH-的反馈抑制，降低了 ADP 对第二步反应的

9、抑制程度。 3.23.2 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 gsh基因片段与 S.cerevisiae 98 的 1 个启动子融合，融合的 GSH-在酵母中表达，结果 GSH-活性和 GSH 的含 量分别提高了 100 多倍和 3 倍多。Christine8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

10、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/L9-11 。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。

11、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 4 酶工程法合成酶工程法合成 GSHGSH 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，

12、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。 用固定化细胞法具有特定的优势，这是因为：（1）GSH 合成酶是双酶体系， 酶的分离提取更加繁琐，用固定化细胞催化合成 GSH 避免了繁杂的酶分离过程； （2）GSH 合成过程需 ATP 作能量供体，实际生产过程中不可能直接加入 ATP， 而且 ATP 利用后生成的 ADP 对 GSH-及 GSH-有抑制作用，因此，提供合适的 ATP 再生体系无论

13、从经济角度还是从酶反应角度均较为合理。ATP 再生由酶系完 成，固定化细胞可以利用相应菌株细胞内的 ATP 再生酶系和 GSH 合成酶系，通 过偶联或与其它 GSH 合成酶活性较高菌株固定化细胞的种间联合成 GSH，其优 势是固定化酶法合成 GSH 无法比拟的。谢雷波等16将 S.cerevisiae TB6 用卡 拉胶与魔芋粉混合载体固定合成谷胱甘肽，在 pH 7.0，37 ，磷酸盐缓冲液 0.1 %的条件下反应 6 h，固定化细胞合成 GSH 产量为 550 mg/L。与固定化酵母 生产 GSH 相比，含 GSH 合成酶系的重组 E.coli 具有稳定性好、成本低廉等优点， 但须解决 GS

14、H 合成过程中 ATP 再生的问题。已有许多 ATP 再生方法和 GSH 酶反 应偶联合成 GSH。利用 E.coli 细胞的乙酸激酶和 GSH 合成酶系，以乙酰磷酸为 磷酸供体将 ADP 等再生为 ATP，合成 GSH，偶联效果较好。但乙酰磷酸成本较高 且不稳定，难以工业化生产。沈立新等17用卡拉胶固定 E.coli 生产 GSH，优 化条件下罐式反应器 GSH 的产量为 0.84 g/L，稳定性较好；此外，与酵母生产 ATP 体系相偶联的共固定化体系在填充床中反应，GSH 合成量达 1.24 g/L，收 率比直接加入 ATP 提高 24.2 %。童群义等18将 E.coli 与啤酒酵母用

15、PVA-卡 拉胶混合载体固定生产 GSH，比单一固定化 E.coli 或单一固定化啤酒酵母效果 好，但 GSH 合成无明显提高。主要是由于偶联体系在磷酸盐缓冲液浓度的不协 调性引起的，再生 ATP 的高浓度磷酸盐缓冲液对 GSH 合成酶系产生抑制作用； 而且 ADP、ATP 在 E.coli 和酵母两体系间的传递受到限制，也影响了偶联体系 GSH 合成效率。 目前国内外常用的 GSH 工业生产方法是酵母发酵法，工艺较成熟，但产量 有待提高。与 ATP 再生体系偶联合成 GSH，乙酰激酶尽管效率较高，但乙酰 磷酸的高价格及稳定性限制了此法的产业化；酵母糖酵解途径成本低廉，虽在 胞二磷胆碱和 NA

16、DP 的合成方面获得成功，但合成 GSH 的效率较低，主要是 ATP 再生反应效率不高，反应条件与 GSH 酶系催化合成 GSH 的条件不协调以 及由此造成的成本较高限制了此方法潜力的发挥。 表 1 22 个城市样本医院前 1O 位肝病辅助治疗药物份额及增长率 类别 2009 年2010 年 同比增长率 谷胱甘肽17.55%16.87 %11.92 多烯磷脂酰胆碱14.04%14.1417.31% 复方甘草甜素 10.59%10.66 %17.24 % 门冬氨酸鸟氨酸9.37%9.24%14.82 % 异甘草酸镁 6.09%7.00%34.17% 腺苷蛋氨酸4.62%5.29%33.49% 硫普罗宁4.19%3.31%7.87% 甘草酸二铵4.00%3.35%2.56% 水飞蓟宾2.52%2.233.08%双环醇2.30%2,60%31.51%(注 1；按样本医院数据统计；注 2：以 2010 年市场份额