谷胱甘肽简介

谷胱甘肽

1. 定义

谷胱甘肽（glutathione GSH） CAS号：70-18-8。谷胱甘肽是一种存在于自然界中的氨基酸复合物，由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸等三种氨基酸组合而成的寡肽。谷胱甘肽在体内以两种形态存在，即还原型谷胱甘肽和氧化型谷胱甘肽（oxidized glutathione，简称GSSG）。通常人们所指的谷胱甘肽是还原型谷胱甘肽。还原型谷胱甘肽很容易被氧化，两分子谷胱甘肽的活泼巯基氧化脱氢后以二硫键相连得到的二聚体，即是氧化型谷胱甘肽。其中只有还原型谷胱甘肽才具有生理活性，而生物体内的氧化型谷胱甘肽需经还原后才能发挥生理功能。

2. 结构和理化性质

谷胱甘肽是一种白色晶体，化学名为γ-L-谷氨酰-L-半胱氨酰-甘氨

酸，其结构如图1所示。相对分子质量为307.33，熔点是192～195 °C

（分解），等电点为5.93。比旋光度[α]D20为+17.60°(C=0.05，H2O)，易溶于水、稀醇、液氨和二甲基甲酰氨，不溶于乙醚和丙酮。谷胱甘肽固体较为稳定，而水溶液在空气中易被氧化，谷胱甘肽在高水分活度下不易保存，只有将水分活度控制在0.3以下才能

长期稳定保存。

3. 生理功能

谷胱甘肽是细胞内存在最丰富的小分子硫醇类化合物，其分子中含有一个特异的γ-肽键，由谷氨酸的γ-羧基与半胱氨酸的α-氨基缩合而成，并且半胱氨酸侧链基团上连有一个活泼巯基，是谷胱甘肽许多重要生理功能的结构基础。

3.1 抗氧化作用

还原型谷胱甘肽结构中含有一个活泼的巯基—SH，易被氧化脱氢。它在体内能够保护许多蛋白质和酶等分子中的巯基不被如自由基等有害物质氧化，让蛋白质和酶等分子发挥其生理功能。同时清除自由基。

机体内新陈代谢产生的许多自由基会损伤细胞膜，毁坏免疫系统，侵袭生命大分子，促进机体衰老，并诱发肿瘤或动脉粥样硬化的产生。由此，谷胱甘肽具有抗衰老和强化免疫系统等作用。

3.2 整合解毒作用

谷胱甘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），易与碘乙酸、芥子气（一种毒气）、铅、汞、砷等重金属盐或致癌物质等相结合，并促进其排出体外，起到中和解毒作用。

4. 应用

4.1 谷胱甘肽在临床上的应用

谷胱甘肽在临床上有广泛的作用，对细胞有保护作用，可防止红细胞溶血，从而减少高铁血红蛋白的损失；抑制脂肪肝的形成，改善中毒性肝炎和感染性肝炎的症状；对丙烯腈、氟化物、一氧化碳、有机溶剂、重金属等中毒具有解毒作用；对缺氧血症的不适、恶心、呕吐、瘙痒等症状以及由于肝脏疾病引起的其它症状具有缓解作用；维持乙酰胆碱，胆碱脂酶的平衡，起到抗过敏作用；对放射性治疗、放射性药物、肿瘤药物引起的白血球减少以及由于放射性治疗或药物引起的骨髓组织发炎等能起到保护作用；可以抑制进行性白内障及控制角膜和视网膜疾病的发展；可以防止皮肤色素沉积，改善皮肤光泽；最近发现谷胱甘肽具有抗艾滋病病毒的功效。

4.2 谷胱甘肽在食品工业中的应用

谷胱甘肽现在已广泛应用于食品加工的各个领域，在调味食品中，谷胱甘肽与L-谷氨酸钠、核酸等腥味物质或它们的混合物共存时，具有很强的肉类风味；将谷胱甘肽用于肉食类、鱼类和海鲜类食品中可抑制核酸分解、强化食品风味、延长保鲜期；在奶制品中添加谷胱甘肽可强化风味、提高奶酪质量，防止酪蛋白的褐变；将谷胱甘肽加入酸奶和婴儿食品中相当于维生素C起稳定作用；由于谷胱甘肽具有氧化还原性，因此将谷胱甘肽加入面制品中，在起到还原作用的同时还能强化氨基酸；利用谷胱甘肽能够防止色素沉积的作用，在水果罐头中加入谷胱甘肽可防止水果的褐变；将它制成不同类型的功能性食品，如将其添加到饮料、嗜好品（糖果）、乳制品、面类制品和发酵食品中作为保健和营养强化剂，还可用于孕妇、哺乳幼儿、病人的口服保健品，在日本，谷胱甘肽被认为是21世纪最有希望的保健食品之一。

4.3 谷胱甘肽在动物生产中的应用

谷胱甘肽在饲料工业应用尚较少，仅有少量报道：GSH用于提高牛冷冻精液的活力和受胎率；添加蛋氨酸维持血浆中的GSH水平可增强雏鸡抗球虫感染能力，解除黄曲霉毒素B1对雏鸡的毒性； 解除水产动物因一些毒素引起的中毒症。GSH具有清除自由基和解毒，促进氨基酸转运，保护胃肠黏膜，提高免疫力，参与蛋白质合成与降解，调节基因的复制、转录，调节细胞生长等多种生物学功能。因而，GSH在动物生产中将具有良好的应用前景。

5. 制备

谷胱甘肽的制造方法主要有溶剂萃取法、化学合成法、生物发酵法和酶法。早期谷胱甘肽生产大多采和化学用溶剂萃取法合成法，目前主要以生物发酵法(尤其是酵母发酵法)生产制取。化学合成法和酵母发酵法生产谷胱甘肽现已工业化，酶法生产正在广泛研究，还没有工业化生产。

5.1 萃取法

萃取法主要以富含GSH的动、植物组织和酵母为原料，通过添加适当的溶剂或结合淀粉酶、蛋白酶处理，再分离精制而成。植物种子胚芽，动、植物组织，酵母都可作为原料进行提取，但以酵母作原料居多。

萃取法生产谷胱甘肽中所用的酵母一般都未经选育和遗传特性上的改造，谷胱甘肽含量很低，仅为0.5%～1.0%(干重)，加上生产步骤繁杂，使得该法总收率很低，若用作药品或试剂，还需离子交换、凝胶过滤等步骤进一步分离纯化。萃取法生产谷胱甘肽已被化学合成法和生物发酵法所替代。

5.2 化学合成法

自还原型谷胱甘肽被发现和阐明化学结构以后，就有学者致力于其化学合成的研究，化学合成法制备谷胱甘肽所使用的主要原料有谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸。目前谷胱甘肽的化学合成法生产工艺较成熟，但它存在成本高、反应步骤多、反应时间长、操作复杂等缺点，并且产生的消旋体需要光学拆分，分离十分困难，造成产品纯度不同，以及存在着环境污染问题。

5.3 酶法

酶法合成谷胱甘肽是以L-谷氨酸、L-半胱氨酸及甘氨酸为底物，需要两个合成酶分步完成，第一步是在谷氨酸的γ-羧基与半胱氨酸的氨基形成肽键，此反应由γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(GSHⅠ)催化；第二步反应是在γ-谷氨酰半胱氨酸的半胱氨酸端的羧基与甘氨酸的氨基之间形成肽键，由此得到谷胱甘肽，此反应由谷胱甘肽合成酶(GSHⅡ)催化。这两步反应都需要添加三磷酸腺苷（ATP）即提供能量才可合成谷胱甘肽。其反应过程如图2所示。

每合成1 mol的谷胱甘肽需要消耗2 mol的ATP，因此，ATP的提供或循环再生是固定化酶生产GSH的关键，在谷胱甘肽合成过程中需要一个提供ATP或再生ATP的有效系统。

5.4 发酵法

由于生物发酵生产谷胱甘肽与早期萃取法、化学合成法及酶法相比具有明显的优越性，如反应条件温和、反应步骤简单、成本低、转化效率高、生产速率快等，是今后生产谷胱甘肽的主要趋势，因此越来越受到科学家们的重视。生物发酵法生产谷胱甘肽的工艺经过学者们的努力不断得到改进，已成为当今生产谷胱甘肽的主要方法，也是最具潜力的方法。

6. 市场前景

目前，谷胱甘肽广泛应用于护肝、护眼医药领域和食品、保健品、化妆品行业，其涉及的终端消费规模超过百亿元，并且因为其生理活性不断被发现，仍然以很快的速度在增长，被市场公认为是下一个疯狂的辅酶Q10。在我国，全国重点城市典型医院用药金额前100位药品排序中，有6种多肽药物榜上有名，其中谷胱甘肽名列第93位。

资料显示，全世界谷胱甘肽的年产量在150吨左右，单价 800～1000美元/公斤，年销售额10～15亿美元。主要生产厂家有Roche 、Fluka、J.T.BAKER、BHD、SIGMA、和光纯药、IMMNOTEC RESERCH LTD、KRAFT FOOD LTD、KYOWA等。

国内主要依靠进口，如复华药业、昆明积大制药和重庆药友等，其价格大约在5000～6000元/KG。也有个别厂家采用化学法生产，如浙江东华医药化工有限公司，汕头化工有限公司用合成法少量生产谷胱甘肽。2002年谷胱甘肽国内市场销售额为8.02亿元；2003年谷胱甘肽全国市场销售额为13.55亿元，同比增长69.05%；2004年上半年谷胱甘肽全国市场销售额为8.39亿元，比上年同期增长43.11%。单纯国内几个制药企业的需求，估计月需求量就在3～4吨左右。

另有资料显示：

1.目前，国内市场上还原型谷光甘肽的原料药价格在4000元/kg以上，而谷胱甘肽的生产成本约1500元/kg左右。

2，进口谷胱甘肽，试剂级 46000元/公斤；药用9000元/公斤。

6 结语

尽管谷胱甘肽风光无限，但是其产能发展却受到诸多制约，其中最主要是来自于原料药技术方面的障碍。谷胱甘肽成本低廉的发酵生产技术一直被日本协和发酵所垄断，化工合成技术则很难将成本降低下来，中国国内各大科研机构和生产厂家对这两种工艺路线投入了大量人力物力做开发，收效一直不甚理想，大部分到了中试阶段就达到瓶颈，无法放大到规模生产，巨大的资金缺口也令很多人止步不前。另外，尽管国内萃取法少量生产谷胱甘肽在我国早有成功先例，但生产工艺落后，规模小，产量低，质量差，目前比较流行的超临界萃取技术尚未得到广泛应用。

目前，国内市场几乎全部被日本协和集团垄断，导致国内谷胱甘肽的价格居高不下（作为原料药的价格在250～300美元/kg），也使该产品推广应用受到很大的限制。我国每年花费约4200万美元进口谷胱甘肽。实现GSH的国产化，不仅能填补我国在这一领域的空白，对我国医药工业、临床医学和食品工业均具有重大的社会效益和经济效益。