谷胱甘肽的研究进展
第10期 2000年 粮食与饲料工业 41
谷胱甘肽的研究进展
湖北工学院生物工程系(430068) 蔡 俊
摘 要 谷胱甘肽不仅在医学、生物学、化学等领域有广泛的应用,。综述了谷胱甘肽的特性、生理功能、制备。关键词 谷胱甘肽;研究;进展中图分类号 Q516
TheGextensiveapplicationinmedicine,biology,chemistryetc,butalsoisaperfectaddi2tiveformakingfunctionalfood.Theglutathionespecificproperty,physiologicalfunctionandpreparationaswellastheresearchstateanddevelopmentprospectofglutathioneathomeandabroadwereintroduced.
KEYWORDS glutathione;study;progress
谷胱甘肽是一种三肽(L-γ-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨酸)化合物,它广泛分布于动物、植物、谷物和油料种子中,它在细胞中的功能之一就是抵御各种毒素和致癌剂。有研究表明:谷胱甘肽在小肠中能被完全吸收,并且某些上皮细胞能利用外源谷胱甘肽来去毒,这说明膳食中的谷胱甘肽决定着人体中细胞受损伤的程度[1]。除作为抗毒剂外,谷胱甘肽还对一些巯基酶有激活作用,可作为保护酶和其他蛋白巯基的抗氧化剂,在生物氧化、氨基酸转运、保护血红蛋白等
[2]
过程中起一定作用。另外,谷胱甘肽还具有抑制衰老,预防糖尿病、消除疲劳等作用。最近研究还发现谷胱甘肽具有抑制艾滋病毒的作用。因此,研究谷胱甘肽对人类的健康和生活具有重要的意义。
1 谷胱甘肽在自然界的分布
甘肽(简称GSH),脱氢以二硫键(SS)相连便成为氧化
型的谷胱甘肽(简称GSSG),所以谷胱甘肽可分为氧化型和还原型两大类,在生物体中起重要功能作用的是还原型谷胱甘肽。212 谷胱甘肽的生理功能
谷胱甘肽的生理功能主要表现在6个方面:(1)维持红细胞膜的完整性。
(2)对于需要巯基的酶有保护与恢复活性的功能。(3)谷胱甘肽是多种酶的辅基与辅酶。(4)参与氨基酸的吸收及转运。
(5)参与高铁血红蛋白的还原作用及促进铁的吸收。(6)清除体内有害毒物和代谢物。
3 谷胱甘肽的制备
谷胱甘肽在自然界中分布很广,主要存在于动物组织和
血中,许多植物如蔬菜、豆类、谷物、薯类、菇类等也含有,另外酵母中谷胱甘肽的含量也较高。据测定,谷胱甘肽在未加工的肉中含量是50~200mg/kg,在新鲜水果和蔬菜中的含量是50~150mg/kg[3],干燥酵母中含有约15%的谷胱甘肽[4],在乳制品、谷物和熟食品中含量较低。
2 谷胱甘肽的特性及生理功能211 谷胱甘肽的特性
谷胱甘肽分子量为307.33,熔点189~193℃(分解),晶体是无色透明细长柱状(板状),等电点(PI)为5.93,成品见光易分解,易氧化,谷胱甘肽分子中有一特殊的δ-肽键,即由谷氨酸的δ-COOH与半胱氨酸的α-NH2缩合而成,这样的肽键与蛋白质分子中的一个氨基酸中α-COOH和另一个氨基酸中α-NH2失水缩合而成的肽键显然不同。由于谷胱甘肽中含有一个活泼的巯基极易被氧化,2分子还原型谷胱
收稿日期:2000-04-13
蔡俊,硕士生,讲师;武汉市武昌南湖
谷胱甘肽的制备方法很多,大致分为萃取法、发酵法、酶法和化学合成法。国内目前谷胱甘肽制备主要是从酵母中提取而得,虽然牛、猪的肝脏中含有比较丰富的谷胱甘肽,但肝脏有独特的风味和脂质氧化,嗜好性不强,所以通常以酵母作提取谷胱甘肽的原料。311 从酵母中提取谷胱甘肽31111 谷胱甘肽抽提液的制备
由于酵母中谷胱甘肽存在于细胞内,因此从酵母中提取谷胱甘肽的关键问题是使谷胱甘肽从细胞中释放出来,目前所采用的方法可分为3类:
(1)酶处理法①自然自溶法:酵母置于合适的温度,pH及缓冲液中,经一定时间后,胞内自溶酶系被激活,作用于酵母的细胞壁与细胞膜,使其溶解,释放出胞内物质。
②诱导自溶法:通过补加糖酶和蛋白酶溶解酵母细胞壁和胞内大分子物质,使胞内物顺利溶出。
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(2)化学处理法
主要是溶剂处理法。利用一些无机或有机化学试剂溶解酵母细胞壁和膜上的表面结构或者改变细胞膜的通透性,使酵母细胞内物质外流,常用的方法有:热水抽提、甲酸抽提、乙醇抽提、三氯乙酸抽提及有机酸混合抽提等[5]。
(3)机械破碎法
该法应用最为广泛,尤其是高压均质法和高速球磨研磨法。前者是利用流体高速流动时,在均质机头的隙缝处,产生强烈的剪切作用而使酵母细胞破碎,而高速球磨研磨法是将酵母浆置于含玻璃球的球磨机中研磨。
从酵母中提取谷胱甘肽的最大障碍是细胞壁。从降低成本及简便出发,理啤酒废酵母,全、卫生,于细胞壁的溶解。31112 谷胱甘肽的分离提纯
到目前为止报道的分离提纯谷胱甘肽的方法主要有4种,铜盐法[6]是传统法,有实用价值,但污染较大;离子交换法[7],经济效益较高,可望完全代替铜盐法;另外还有用合成汞树脂的方法来进行有机汞亲和层析,此法回收率可达82.96%[8];据最新报道可采用双水相分配结合温度诱导相分离,此法谷胱甘肽回收率可达80%以上,也是一种比较好的方法[9]。312 发酵法生产谷胱甘肽
发酵法生产谷胱甘肽,目前在日本等国家已得到较深入研究,其生产过程是通过控制γ-谷氨酸半胱氨酸合成酶和谷胱甘肽合成酶的合成以及谷氨酰转肽酶降解的活性来改善谷胱甘肽的产量大小;在大肠杆菌中应用基因克隆技术获得的谷胱甘肽合成酶已被研究用来提高谷胱甘肽的产量。
为了改变谷胱甘肽在细胞中的通透性,使胞内谷胱甘肽排泄到胞外,可以添加一些对细胞膜特别是原生质体膜结构和功能产生影响的物质(如乙醇等)。近年来,为提高谷胱甘肽的产量,生物工程菌的应用研究也取得了较大的进展。
发酵法是生产谷胱甘肽最具潜力的方法。日本和一些西方国家已实现了谷胱甘肽的工业化生产,他们对谷胱甘肽的生物合成已有较多研究,且已将基因工程手段应用于谷胱甘肽的制造,但其中通过诱变处理法获得高含量的酵母来生产谷胱甘肽最为常见,所用的酵母有Saccharcomycescystl2norolensKNC-1,CandidapetrophilumAI0-2,CandidautilisER388和Candidauilisn74-8等。
在国内,对谷胱甘肽的研究以及生物合成研究甚少,除了卓肇文[10]等人曾开展过从酵母中提取谷胱甘肽的研究以及詹谷宇[11]等人成功地筛选到一株高产谷胱甘肽假丝酵母外,及最近才有的关于啤酒酵母合成谷胱甘肽的报道,即高产谷胱甘肽菌株———啤酒酵母M-05变株的选育,这种菌株干细胞每克含有谷胱甘肽14.43mg,较以前菌株提高了68.4%[12]。综上所述,我国对发酵法生产谷胱甘肽的研究有待于更进一步的探讨。
4 谷胱甘肽的应用
谷胱甘肽是一种非常重要的氨基酸衍生物,具有非常广
泛的应用前景。作为试剂,谷胱甘肽广泛用于生化、医学、生物学、化学的研究与测定。临床上,它可用于肝炎的辅助治疗,有机物及重金属的解毒,癌症辐射和化疗的保护,白内障、HIV的抑制,细胞膜的保护,改善性功能等;在食品加工中,谷胱甘肽作为食品添加剂可提高营养,加强食品风味及防止变质;谷胱甘肽还可制成复合治疗和保健的药品用于人体保健。 由于谷胱甘肽的保存稳定性差,商品化较为困难,现已,成功开发了在,即对谷胱甘肽进这种稳定型谷胱甘肽非常稳定,可使,它摄入体内,在小肠上部还原为谷胱甘肽,具有谷胱甘肽相同的生理效用。
随着对谷胱甘肽研究的不断深入,谷胱甘肽在临床及医药领域内将会有更多的用途,另外谷胱甘肽是制备功能性食品的理想的添加剂,将其添加到乳制品、肉制品、面制品、饮料、糖果及发酵食品中作为保健、营养强化剂,所以谷胱甘肽在食品加工工业中也有着广泛的应用,谷胱甘肽作为食品添加剂优于其他防腐剂和抗氧化剂,对人体健康有益。发达国家如日本等国已将谷胱甘肽作为生物活性添加剂广泛用于食品加工的各个领域,如将谷胱甘肽加入酸奶和婴儿食品中,可起稳定剂作用,并积极开发作为保健食品。随着我国食品加工业和各种保健食品的不断发展,谷胱甘肽也将在我国得到广泛应用,因此,谷胱甘肽的生产研究具有很广阔的前景。
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