谷胱甘肽GSH專題知識專家講座

谷胱甘肽（GSH)11生物工程谷胱甘肽GSH專題知識專家講座第1頁谷胱甘肽（glutathione）是一個由3個氨基酸組成短肽，存在于幾乎身體每一個細胞中，不過谷胱甘肽必須在有產(chǎn)生細胞及其前體（Vc和α-硫辛酸）條件下才能夠有效地在人體內(nèi)工作，谷胱甘肽能幫助保持正常免疫系統(tǒng)功效，在細胞中，谷胱甘肽主要發(fā)揮抗氧化劑作用。谷胱甘肽由谷氨酸，半胱氨酸和甘氨酸組成，分子中半胱氨酸-SH是主要功效性基團。谷胱甘肽廣泛分布于自然界生物體中(Wierzbicka等，1989)，主要存在于酵母、動物肝臟、肌肉、血液中，許多植物，如蔬菜、豆類、谷物、薯類、菇類及細菌中也含有一定量谷胱甘肽。GSH介紹及結(jié)構谷胱甘肽GSH專題知識專家講座第2頁谷胱甘肽GSH專題知識專家講座第3頁谷胱甘肽理化性質(zhì)

晶體呈無色透明細長粒狀，溶于水、稀醇、液氨和二甲基甲酞胺，而不溶于醇、醚和丙酮。谷胱甘肽固體較為穩(wěn)定，而水溶液在空氣中則易被氧化，兩分子還原型谷胱甘肽(GSH）活潑巰基氧化縮合為二硫鍵，即得到氧化型谷胱甘肽（GSSG）。谷胱甘肽分子量為307．33，熔點189～193℃(分解)，晶體是無色透明細長柱狀(板狀)，等電點(PI)為5．93，成品見光易分解，易氧化。在氧化型谷胱甘肽和還原型谷胱甘肽中，只有還原型谷胱甘肽才含有生理活性，而生物體內(nèi)氧化型谷胱甘肽需要還原后才能發(fā)揮其主要生理功效。所以，我們在提取谷胱甘肽時，能夠在溶液中加入含有強還原性物質(zhì)如維生素C等，當存在這些強還原性物質(zhì)時能夠保護谷胱甘肽不輕易被氧化。谷胱甘肽GSH專題知識專家講座第4頁GSH生理功效1.抗自由基,保護細胞2.解除外源性有毒物質(zhì)(包含藥品)毒性3.促進細胞合成蛋白質(zhì)4.參加轉(zhuǎn)甲基、轉(zhuǎn)丙氨基反應,維持肝細胞正常功效5.參加膽紅素代謝6.促進膽酸代謝,減輕出血傾向7.是各種酶輔基或輔酶谷胱甘肽GSH專題知識專家講座第5頁GSH在疾病上應用易與碘乙酸、芥子氣（一個毒氣）、鉛、汞、砷等重金屬鹽絡合，也能與一些藥品（如撲熱息痛）、毒素（如自由基、重金屬）等結(jié)合，把機體內(nèi)有害毒物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，排泄出體外。GSH與溶血性疾病治療。保護紅細胞膜上巰基免遭氧化物損害，保護紅細胞膜完整性，從而維持紅細胞正常結(jié)構與功效。GSH與糖尿病治療。SH參加葡萄糖誘導胰島素分泌，血漿中GSH/GSSG比率可影響細胞對葡萄糖反應性，此比率增加可改進糖尿病患者外周胰島素作用提升血液中GSH水平，降低氧化損傷程度和增加胰島素敏感性。還參加肝炎、角膜炎、白內(nèi)障及視網(wǎng)膜疾病動脈粥樣硬化病治療。谷胱甘肽GSH專題知識專家講座第6頁GSH在食品上應用1.面制品加工中應用：加入面制品中，強化氨基酸作用和還原作用。2.奶制品，嬰兒食品加工中應用：預防奶制品酶促和非酶促褐變；改進口味；提升奶制品品質(zhì)。3.肉制品，海鮮制品加工中應用：延長保鮮期，預防罐頭褐變；保持食品色澤。4.果蔬制品加工中應用：起維生素C類似作用；保持原有營養(yǎng)和誘人色味。5.飲料加工中應用：常以富含谷胱甘肽酵母提取物添加到飲料中。谷胱甘肽GSH專題知識專家講座第7頁GSH在美容上應用白荻多肽，采取了肌膚色素研究中最新科學技術,研發(fā)出獨家“谷胱甘肽與高濃度苦參精華”以及其它一些獨特成份多重效果配方,可由內(nèi)而外雙重鎖定麥拉寧母細胞,讓女人恢復珍珠般亮白膚質(zhì),而且能夠淡化頑固色斑。白荻多肽就像是一把精密高端“美白鎖”，能夠緊密地鎖住洛氨酸酶，阻止洛氨酸酶滲透，以此來到達抑制黑色素形成目標。谷胱甘肽，風靡歐美50年，堪稱世紀美白祛斑經(jīng)典。全方面補充白荻多肽和苦參精華，對祛除皺紋、增加肌膚彈性，收縮毛孔、淡化色素,全身美白有極好功效.美白針由傳明酸、VitC、左旋谷胱甘肽、VitB等組成。其中左旋谷胱甘肽也叫還原型谷胱甘肽，有配方中不是還原型就沒有效果。谷胱甘肽GSH專題知識專家講座第8頁市場前景

谷胱甘肽最早于二十世紀九十年代由日本協(xié)和發(fā)酵株式會社與日本山之內(nèi)株式會社開始共同研制，1999年，用日本原料生產(chǎn)注射用還原型谷胱甘肽在國內(nèi)上市。據(jù)資料顯示，谷胱甘肽國內(nèi)市場銷售額為8.02億元；谷胱甘肽全國市場銷售額為13.55億元，同比增加69.05%；上六個月谷胱甘肽全國市場銷售額為8.39億元，比上年同期增加43.11%。單純國內(nèi)幾個制藥企業(yè)需求，預計月需求量就在3～4噸左右。 當前國內(nèi)制藥企業(yè)所用谷胱甘肽制藥原料全部依賴進口，如復華藥業(yè)、昆明積大制藥和重慶藥友等。國內(nèi)當前缺乏批量生產(chǎn)能力，也沒有國家審批原料生產(chǎn)。即使谷胱甘肽廣泛用于食品、醫(yī)藥、化裝品等，但因其提取極為難得，因而價格十分昂貴，主要是醫(yī)藥工業(yè)在使用。谷胱甘肽GSH專題知識專家講座第9頁

生產(chǎn)成本和研究進展

當前，國內(nèi)市場上還原型谷光甘肽原料藥價格在4000元/kg以上，而谷胱甘肽生產(chǎn)成本約1500元/kg左右谷胱甘肽生產(chǎn)方法主要有化學合成法、酶轉(zhuǎn)化法和發(fā)酵法。當前，化學合成法和提取法已經(jīng)工業(yè)化，酶轉(zhuǎn)化法正在進行廣泛研究，還未用作GSH工業(yè)化生產(chǎn)。微生物發(fā)酵法用于谷胱甘肽生產(chǎn)是當前世界上主要生產(chǎn)方法，國外谷胱甘肽主要產(chǎn)地在日本，國內(nèi)谷胱甘肽研究起步較晚，現(xiàn)在主要還是在一些研究院校內(nèi)，處于研究階段，沒有形成一定生產(chǎn)規(guī)模。谷胱甘肽GSH專題知識專家講座第10頁谷胱甘肽生產(chǎn)工藝·萃取法萃取法經(jīng)慣用于從高含谷胱甘肽動植物組織中提取谷胱甘肽一個慣用方法，也是生產(chǎn)谷胱甘肽經(jīng)典方法。

·化學合成法

基礎原料均用是谷胱甘肽化學式中三種主要成份即谷氨酸，半胱氨酸和甘氨酸。·酶法

利用生物體含有谷胱甘肽合成酶L一谷氨酸．L二分之一胱氨酸及甘氨酸為底物，并加少許三磷酸腺苷即合成谷胱甘肽。·發(fā)酵法

谷胱甘肽在1888年，由deRey-Pailhade從酥母中分離出谷胱甘肽以后，谷胱甘肽從酵母中提取工藝也越來越成熟，而且已經(jīng)成為當前生產(chǎn)谷胱甘肽普遍采取方法。谷胱甘肽GSH專題知識專家講座第11頁酵母發(fā)酵法生產(chǎn)谷胱甘肽工藝流程圖誘變劑→酵母→高產(chǎn)酵母→熱水抽提→離心→調(diào)PH值→樹脂吸附→酸洗脫→新鮮CuO沉淀→離心沉淀物→H2S置換→離心過濾→濃縮→脫色→噴霧干燥→成品谷胱甘肽GSH專題知識專家講座第12頁菌種選育：酵母菌選育抗乙硫氨酸突變株：γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶是催化谷胱甘肽合成主要酶。他受谷胱甘肽反饋抑制，乙硫氨酸是谷胱甘肽結(jié)構類似物，低濃度時促進谷胱甘肽合成，高濃度時要抑制細菌生長和谷胱甘肽合成。選育抗鋅離子突變株：zn是各種脫氫酶，脫羧酶和肽酶輔因子，在低濃度時促進細菌生長，當?shù)竭_一定濃度時能使谷胱甘肽還原酶活性中心變構失活，抑制胞內(nèi)谷胱甘肽繼續(xù)合成。培養(yǎng)基：碳源：葡萄糖蔗糖糖蜜葡萄糖是最正確碳源。氮源：牛肉膏蛋白胨酵母膏牛肉膏是最正確氮源。單一氮源對細胞生長和谷胱甘肽產(chǎn)量顯著優(yōu)于有機氮源，混合無機氮源對谷胱甘肽產(chǎn)量有顯著提升。無機鹽離子：微生物在缺乏Mg時，不能合成谷胱甘肽；Mg過量會抑制谷胱甘肽合成。在10mmol/L時，產(chǎn)量到達最大。谷胱甘肽GSH專題知識專家講座第13頁發(fā)酵條件影響：溫度：較高溫度有利于細胞生長，不過低溫更有利于谷胱甘肽合成。因以前期控制37培養(yǎng)菌體，后期降低溫度增加谷胱甘肽合成。PH：細胞生長最適PH和產(chǎn)物合成最適PH并不一致。普通細胞生長最適PH為7.2，產(chǎn)物合成最適PH為6.7。溶氧：通氣量控制在5L/min時，攪拌轉(zhuǎn)速到達300r/min即可滿足細胞生長和谷胱甘肽合成對溶解氧需求。前體物質(zhì)：1）谷氨酸半胱氨酸甘氨酸混合物。開始時加入會對細胞生長和谷胱甘肽合成油抑制作用，在發(fā)酵12小時以后（進入對數(shù)生長后期）添加會提升谷胱甘肽產(chǎn)量。2）ATP谷胱甘肽生物合成受兩步酶反應影響1）L-谷氨酸和L-半胱氨酸在γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶作用下合成γ-谷氨酰半胱氨酸；2）γ-谷氨酰半胱氨酸和甘氨酸在谷胱甘肽合成酶作用下合成GSH.兩步酶反應均需要ATP參加,若ATP不足則酶反應會受到極大抑制。0h加入ATP對菌體生長和GSH合成更為有利。谷胱甘肽GSH專題知識專家講座第14頁發(fā)酵過程調(diào)控葡萄糖流加策略：只有在葡萄糖幾乎耗盡、生長停頓時,細胞內(nèi)才開始大量合成GSH;且因為GSH是胞內(nèi)產(chǎn)物,所以在提升生產(chǎn)菌株胞內(nèi)合成GSH能力同時,還需要在發(fā)酵過程中設法提升細胞數(shù),以提升GSH總產(chǎn)量。所以必須加大底物(如葡萄糖)質(zhì)量濃度。但過高葡萄糖濃度會產(chǎn)生Crabtree效應,抑制細胞生長而且目標產(chǎn)物得