谷胱甘肽的医药价值

2021年2月7日发(作者：丰胸手术安全吗)
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
[2]
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。

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< br>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
GSH
的生产方法分类

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]

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
GS H
；
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< br>艺流程为：
提取—盐析—离子交换
（或膜分离）
—浓缩—结晶。
此法< br>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，< br>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

基因重组

菌种细胞中
GSH
含量虽较酵母少，但它的遗< br>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

中筛选了
1
株
GSH-
Ⅰ脱敏的突变
株，从中克隆了
GSH-
Ⅰ基因（
gsh
Ⅰ）并在
BRC912
表达，使此株
GSH
合
成活性大为提高，产量达
4.81
μ
mol/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
GSH
Ⅰ和
GSH-
Ⅱ基因（
gsh
Ⅱ的重组质粒，
分别转入

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
GS H
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
B
中
gsh
Ⅰ基因片段与
siae 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。
C hristine[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

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

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。

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
）
G SH
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-
Ⅰ及
GSH-
Ⅱ有抑制作用，
因此，
提供合适的
ATP
再生体系无论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
siae 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

具有稳定性好、 成本低廉等优点，但须解
决
GSH
合成过程中
ATP
再生的问题。< br>已有许多
ATP
再生方法和
GSH
酶反应偶联合
成
G SH
。利用

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

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

与啤酒酵母用
PVA-
卡拉胶混合载体固
定生产
GSH
，比单一固定化

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

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 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%
14.14
％

17.31%
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%