谷胱甘肽化学及酶法合成

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1、谷胱甘肽化学法和酶法合成1化学性质谷胱甘肽（glutathione，GSH）是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸结合而成的三肽，半胱氨酸上的巯基为其活性基团（故谷胱甘肽常简写为G-SH）分子式为C10H17N3O6S，分子量为307.32348，熔点为189~193℃，晶体呈无色透明细长拉状，等电点为5.93。GSH有还原型（G-SH）和氧化型（G-S-S-G）两种形式，在生理条件下以还原型GSH占绝大多数。谷胱甘肽还原酶催化两型间的互变。该酶的辅酶为磷酸糖旁路代谢提供的NADPH。图1GSH的结构式2药理作用GSH可促进糖、脂肪及蛋白质代谢，加速

2、自由基排泄，保护肝脏的合成、解毒、灭活激素等功能。3谷胱甘肽的生产方法1888年，GSH首先从酵母中分离出来。日本1983年进行了含量较多的GSH酵母的生产，其后又研究了GSH提取、分离技术及分析检测方法。目前国外实现了GSH规模生产。世界主要的氨基酸制造商Kyowa，Aji-nomoto和Degussa等都相继投巨资于氨基酸的研究与开发，仅Kyowa1998年氨基酸的研究与开发就耗费达1.9亿美元，而GSH是其重点之一，Kyowa目前是GSH主要的供应商。目前GSH的主要生产方法有：萃取法、发酵法、酶法和化学合成法。3.1萃取法萃取法主要

3、是通过萃取和沉淀的方法从GSH含量比较高的动植物组织中将GSH分离提取的一种方法，GSH的早期生产都是采用萃取法，是生产GSH的经典方法，也是发酵法生产流程中的下游过程基础。其工艺路线如下图：图2GSH发酵法工艺路线图该方法的不足：由于GSH在组织中含量极低，可用原料少，制备的纯度和收率都不高，故在实际生产中应用不广泛。3.2酶法在酶催化合成GSH中，几种关键的化合物和条件包括：GSHⅠ和GSHⅡ、氨基酸原料(L-谷氨酸、甘氨酸和L-半胱氨酸)、ATP、保持GSHⅠ和GSHⅡ活性所必需的辅因子(Mg2+)和一个适当的pH值环境。合成中，需求

4、大量ATP，给GSH的工业化生产带来麻烦，大大提高了GSH生物合成的成本，所以只能寻求一个ATP生成系统来藕联ATP消耗系统。两种系统同在一种生物体内的称为自藕联系统，在多种生物体内的称为共藕联系统。自藕联系统研究的比较少，因为很难找到一种生物体同时含有ATP生成系统和ATP消耗系统。Murata等人发现酒酵解菌(s.cerevisae)中的葡萄糖是最简单的ATP生产系统之一，可以提供足量的ATP用来GSH的生物合成。酶催化法合成GSH的浓度可以达到99/l，但是所用的氨基酸原料比较贵，提高了GSH生物合成的成本。3.3发酵法生物发酵法是利

5、用廉价的糖作为原料，利用微生物体内物质的代谢途径来合成GSH的方法。由于发酵法所使用的细菌或酵母容易培养，加之生产方法及工艺的不断改进和完善，因此微生物发酵法已成为目前GSH工业化生产的最普遍方法。在工业上，生物发酵法一般都选用s.eerevisae和Candidautilis为原料进行发酵。一般情况下，微生物细胞中GSH含量不高，仅为细胞干重的0.1~1.0%。过高含量的GSH容易破坏体内业已平衡的氧化还原环境，GSH是胞内产物，实际生产过程中需要进行提取，较低的含量无疑会大大提高生产成本。因此，发酵法生产GSH的关键问题在于如何提高细胞

6、密度以及细胞内的GSH含量。二者的有机结合将有利于GSH产量的大幅度提高。发酵法己成为目前生产GSH的最通用的方法。但也存在着生产菌株中GSH含量较低，提取困难，成本造价高、产率不稳定等问题。3.4化学合成法化学合成法生产GSH始于七十年代，是将L-Glu、L-Cys和Gly经过一系列化学反应缩合成GSH，大体上是经过基团保护，缩合，脱保护，三个阶段。目前化学合成法生产工艺比较成熟。但是化学合成方法比较复杂，反应步骤多、反应时间长、成本高、操作复杂、可能会发生消旋而影响活性、环境污染等多种不利因素，所以有关GSH的化学合成研究不如生物合成那

7、么广泛。而且由于经济利益的因素，很多有关化学合成GSH的专利和期刊都没有公开报道。3.5化学-酶法合成化学-酶法合成，即先用化学方法合成S-苄基甘氨酰半胱氨酸，再与谷氨酸在生物催化酶谷氨酰转肽酶的作用下生成GSH。S-苄基-谷胱甘肽的产率受到酶纯度的严重影响，而该酶的分离纯化工作量非常大，成本高。应用谷胱甘肽转肽酶催化合成S-苄基-谷胱甘肽，需要通过基因工程手段提高谷氨酰转肽酶的酶活和转肽反应的选择性。4GSH的化学-酶法合成可行性分析化学-酶法合成GSH步骤：①用Bzl对半胱氨酸的巯基进行保护；②用Z保护基对半胱氨酸的氨基进行保护；③活化

8、半胱氨酸的羧基；④采用成酯的方式对甘氨酸的羧基进行保护；⑤保护后的半胱氨酸和甘氨酸反应；⑥反应后产物SBCGM与L-谷胱酰胺在酶的作用下发生反应，生成L-谷胱酰SBCGM；合成路