Что использует L Glutathione?

Glutathione (GSH, Glutathione), γ-glutamic acidl -cysteine-glycine — трипептид непротеинового тиола, синтезированный глутамилцистеином (GCS) и глутатионом синтезазом (GS), синтезированный каскадом глутаминовой кислоты, цистеином и глицином.

1. Знакомство с глутатионом

1.1. Структура глутатиона

В растительных, животных и микробных клетках три аминокислоты — глутамат, цистеин и глицин — синтезируются в биологически активное небольшое трипептидное соединение последовательным действием двух ферментов — глутамилцистеин синтетаза (ГКС) и глутатионный синтаз (гб), известный также как глутатион (также известный как γ-L-glutamylglutamate, глутатион)[1]. - l-цистейнилглицин, глутатион)[1].

В эукариотических клетках 80 — 85% глутатиона находится в цитоплазме, остальные — в митохондрии и эндоплазменной ретикуме [2 — 4]. Однако в клетках некоторых соленых бактерий или паразитарных протозоа глутатион присутствует в виде сульфидов, таких как s-нитросоглутатион, глутамилцистеин (γ-EC), тиосульфат и N1, n8 - бис (глутатион) спермидин [5-6]. Глутатионовые гомологи также присутствуют в бледных культурах, отличительной чертой которых является то, что к-терминальная аминокислота является не глицином, а другими видами аминокислот, такими как гомоглутатион (H-Glu, Cys-β- ala-oh)[7].

Глутатион существует в двух формах:Пониженный глутатион (GSH) и окисленный глутатион (GSG)- да. Сокращенный глутатион является основной формой глутатиона в клетках, на который приходится более 98% общего содержания глутатиона. Молекулярная формула уменьшенного глутатиона — C10H17O6N3S. В клетке глутатион окисляется и дегидрогенизируется для формирования ГПГП, которая затем сокращается до ГГШ путем редуктазы (GR) ГПГП с участием NADPH (сокращенный коэнзим II), образуя тем самым цикл редокса, и две формы глутатиона показаны на рис. 1.1.

Рис. 1.1 две формы глутатиона

2. Использование глутатиона

Особые структурные характеристики глутатиона определяют его функциональные свойства, а группа γ-mercapto на его цистеиновой структуре, как свободная активная группа, обеспечивает высокую способность подачи электронов или протонов водорода. В последние годы внимание отечественных и зарубежных ученых к глутатиону постепенно возросло, а использование и коммерческая ценность глутатиона быстро приходят к людям#39;s внимание. В настоящее время рынки применения глутатиона можно разделить на пищевые, косметические и медицинские области и т.д. [8-11]

2.1 глутатион в пищевой промышленности

Глутатион является потенциальным консервантом и усилителем вкуса в пищевой промышленности благодаря своей уникальной антиоксидантной способности. При хранении морепродуктов или кормов для скота соответствующее количество глутатиона может эффективно продлевать свежесть и срок годности пищи и в то же время в определенной степени препятствовать росту и воспроизводству микроорганизмов и деградации нуклеиновых кислот в мясной пище, что может помочь продлить срок годности пищи и обеспечить качество пищи [12-14].

В процессе виноделия окислительное обжиг вина вызвано главным образом окислением фенола в виноградных соках, катализатором которого является полифенол оксидаз (PPO), образующий о-бензохинон, и образованием темных веществ через полимеризацию или конденсацию о-бензохинона, а соответствующее добавление глутатиона в процессе виноделия может позволить ему реагировать с окислителями фенола, образуя тиезер (2- s-глутатион адипиновая кислота) или продукт реакции винограда (GRP) [15-17], Который может предотвратить окисление феноликов в вине. Соответствующее добавление глутатиона в процессе виноделия позволяет ему реагировать с этими окисленными феноликами, образуя сульфид (2- s-глутатион адипат) или виноградный продукт реакции (GRP), который предотвращает окисление феноликов в вине [15-17] и препятствует образованию квинонов, тем самым сохраняя хороший цвет вина.

В то же время добавление глутатиона может эффективно уменьшить потери ароматических компонентов вина, защитить его свежий и мягкий особый вкус и сыграть функцию повышения сенсорной стабильности вина [18-21]. Кроме того, глутатион может быть использован в качестве ароматизатора в пищевой промышленности для добавления уникальных вкусов в пищу и достижения эффекта усиления вкуса [22-23], а также может быть добавлен в функциональные продукты для облегчения обмена веществ и абсорбции человеческого тела [24-25].

2.2 применение глутатиона в косметике

Глутатион играет ключевую роль в регулировании клеточной активности как антиоксидантный и ферментный кофактор, способный устранить свободные радикалы. В косметических применениях глютатионные производные (S-acyl glutathione производные) могут использоваться для лечения старения кожи и для лечения гиперпигментации, повышения проницаемости кожи и ускорения обмена веществ в коже [26]. Образование меланина кожи связано с образованием допакинона (DQ), катализируемого тирозиназой (TYR), который в свою очередь образует мелатонин и эумланин в серии реакций каталитического окисления [27].

Глутатион и его производные могут уменьшить допамин до коричневого пигмента, который легче по цвету, чем мелатонин, и глутатион помогает сохранять чувствительный к воздействию редокса активный участок фермента в необходимом пониженном состоянии, что в определенной степени может сдерживать активность тирозиназы, тем самым достигая эффекта отбеливания [28-29].

Кроме того, показано, что способность уменьшенного глутатиона ингибировать тирозиназу сильнее, чем способность окисленного глутатиона, и уменьшенный глутатион и окисленный глутатион можно смешивать в зависимости от соотношения для достижения наилучшего антиоксидантного и белящего эффекта [30].

2.3глутатион в медицине

Являясь естественным эндогенным веществом, глутатион широко распространен и участвует в процессах редокса в организме человека, а также известен как эндогенный детоксификатор из-за его высокой способности снабжает электронами или протонами гидрогены [31 — 32]. Глутатион в основном играет роль в подавлении окислительного стресса: с одной стороны, глутатион может нейтрализовать свободные радикалы или стабилизировать деятельность иммунных клеток для повышения иммунитета человека; С другой стороны, нитросоглутатион (GSNO) и его редуктаза, GSNOP, могут подавлять чрезмерное воспаление и защищать иммунные клетки и связанные с ними ткани путем модуляции окислов азота, сигнализирующих путь в организме. С другой стороны, нитросоглутатион (GSNO) и его редуктаза GSNOP могут подавлять чрезмерное воспаление, регулируя сигнальные пути оксида азота в организме и защищая иммунные клетки и связанные с ними ткани в организме [33-34].

Уменьшенный глутатион также ценен при детоксикации экзогенных веществ или их метаболитов, регулировании иммунной функции и формировании фиброза. Глутатион может непосредственно подавлять реакционные гидроксильные радикалы, другие кислородные радикалы, а также центры свободных радикалов на ДНК и других биомолекулах [35 — 37]. Глутатион защищает кожу, линзы, роговицу и сетчатку от радиационных повреждений и является биохимической основой для детоксикации печени, почек, легких, эпителия кишечника и других органов [38 — 39].

В оборонной метаболической системе животных центральным столпом антиоксидантного метаболизма является селен-зависимый глутатион пероксидаз (GPX), который для регулирования редозависимых клеточных сигналов связывает к-ш на цистеиновые остатки белков, образуя глутатиониляцию, которая изменяет окислительное состояние белков и защищает чувствительные белки тиолы от необратимого окисления [40]. На заводах глутатион может повысить устойчивость растений, включая устойчивость к засухе, устойчивость к высокой или низкой температуре и устойчивость к нагрузкам тяжелых металлов. Глютатион может прямо или косвенно собирать свободные радикалы в растениях путем регулирования ферментов, связанных с метаболизмом, или комбинировать их с токсичными пероксидами in vivo, а затем метаболизировать и выделять их, чтобы достичь эффекта поддержания стабильности организма и повышения устойчивости растений [41 — 45].

3. Методы производства глутатиона

С углубленным исследованием функционального применения глутатиона, это было подчеркнуто в областях питания, медицины, красоты и биомедицины и т.д. Коммерческие методы производства глутатиона постоянно обновляются, основными методами производства являются химический синтез, фермент и микробная ферментация [46-47] :

3.1 химический синтез

В 1970 - х годах глутатион производился главным образом путем химического синтеза, при котором три прекурсора аминокислот (l-глутамическая кислота, l-цистеин и глицин) были конденсированы в серии химических реакций, которые состояли из трех этапов: групповой защиты, конденсации и дезащиты.

Химический синтез глутатиона находится на относительно зрелой стадии, но из-за сложности процесса и того факта, что химически синтезированный глутатион является рацементом, процесс рацемизации и сепарации оказывает влияние на активность глутатиона, а также существуют такие проблемы, как различная чистота продукта и неравномерная биоэффективность. Учитывая влияние других активных аминогрупп, карбоксильных групп или боковых цепочек прекурсоров аминокислот на урожайность, чистоту или рацемизацию во время реакции, исследователи [48 — 49] предложили защитить нежелательные группы в реакции синтеза глутатиона, а затем устранить эти защитные группы после завершения реакции. S- бензилцистейн глицин синтезировался с использованием бензилоксикарбонила (C6H5-CH2-O-CO, Cbz) в качестве защитной группы для аминогруппы, а затем N-Cbz-L-glutamyl ангидрид синтезировался путем защиты аминокислотной группы с помощью защитной группы Cbz, а затем глутатион с защитной группой был получен в результате реакции s-бензилцистейна глицина и n-бензилцикарбонила-l- глутамила ангидрида, А затем глутатион был получен путем удаления защитной группы при соответствующих условиях. Затем группа была удалена при соответствующих условиях для получения глутатиона.

3.2 биоэнзиматические методы

Энзиматический синтез глутатиона основан главным образом на использовании природного синтеза глутатиона в живых организмах, который способен катализировать синтез глутатиона с использованием трех прекурсоров аминокислот в качестве субstrates, а также соответствующего количества атф, факторов, необходимых для поддержания активности синтетического фермента глутатиона (мг +), и соответствующей pH среды [50-51].

Синтетические системы глутатиона в основном получают из микробных клеток, таких как Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae и т.д. Однако из-за нестабильности свободной ферментной активности в реакционной среде и сложности процесса изоляции и очистки от реакционной системы фермент не может повторно использоваться в промышленном производстве. Однако из-за нестабильности активности свободного фермента в реакционной среде и сложности процедуры выделения из реакционной системы в процессе очистки, которая не может быть использована повторно, синтез глутатиона в промышленном производстве в основном осуществляется иммобилизированными клетками или иммобилизированными ферзимами [52 — 55].

Метод иммобилизации не только упрощает производственный процесс и повышает восстановление фермента, но и повышает тепловую стабильность фермента и увеличивает выход продукции. Поскольку СПС требуется для синтеза глутатиона, а производство адп оказывает определенное ингибиторное воздействие на ферментную деятельность, конструкция системы регенерации СПС, помимо метода иммобилизации фермента, является ключом к эффекту синтеза глутатиона. Исследователи [56] установили каскадную реакцию между полифосфатной киназой (ППК) и бифункциональным ферментом ГШФ глутатиона и использовали процесс каталитического синтеза фермента ПСК, который может регенерировать атф для построения системы регенерации энергии, а затем построили недорогое и высокоэффективное синтез фермента глутатиона.

3.3 биоферментация

Микробная ферментация-это метод преобразования недорого спрея для волос сырья в глутатион путем микробного метаболизма с использованием бактерий или дрожжей, которые синтезируют глутатион внутриклеточных. С момента реализации производства глутатиона из дрожжей в 1938 году процесс и метод производства глутатиона путем ферментации постоянно совершенствуются. Поскольку бактерии или дрожжи, используемые в ферментации, легко культивируются, в промышленности биоферментация, как правило, выбирается для использования Saccharomyces cerevisiae и Candida utilis в качестве бактериальных штаммов для ферментации. Ферментация осуществляется с использованием Saccharomyces cerevisiae и Candida utilis. Ферментация стала наиболее распространенным методом производства глутатиона из-за доступности сырья и контролируемых условий [57]. В целях повышения урожайности ферментированного глутатиона исследователи усовершенствовали исследования на этапах отбора штаммов ферментации [58-61], оптимизации процессов ферментации, метода культуры ферментации [62-63] и оптимизации изоляции [64], соответственно.

Ссылка:

[1] герард MD, шодиер J. метаболизм и антиоксидантная функция глутатиона. Патол биол (Париж). 1996,44(1):77-85.

[2] мурата к, сато н, ри н и др. очищение и характеристика глутатиона тиола эстеразы из Saccharomyces cerevisiae[J]. Сельскохозяйственная и биологическая химия,2014,51(7).

[3] андерсон ME. Анализ ферментов биосинтеза глутатиона. Аналитическая биохимия,2021.

[4] цуцуй а, моришита и фурумачи х и др. Образование циклического глутатиона через тиолактонизацию глутатиона и идентификацию нового радикального механизма сбора мусора [J]. Тетраэдры,2021,68.

[5] ренненберг хайнц. Глютатионный метаболизм и возможные биологические роли в высших растениях [J]. Фитохимия,1980,21(12).

[6] Fairlamb AH, Blackburn P, Ulrich P, et al. Трипанотион: новый бис (глутатионил) спермидиновый кофактор для глутатионовой редуктазы в трипанозоматидах. - в науке. 1985 год 22;227(4693):1485-7.

[7] Skipsey M, Davis BG, Edwards R. диверсификация использования глутатионов синтезаторов из сои, пшеницы и кукурузы. [J].   Биохимический журнал,2005,391.

[8] Dai Pangcong,Wu Hui. Изучение прогресса в исследовании применения глутатиона [J]. Современные продукты питания,2020(21):40-43.

[9] сунь госян, чжан сюй, чжан чэнго и др. Научно-исследовательский прогресс в области применения глутатиона в растениях и животных [J]. Наука о сельском хозяйстве,2018,46(08):42 — 45.

Чжан и, е шэн. Физиологические функции и клиническое применение слабого глутатиона [J]. Химия жизни,2020,40(12):2226-2235.

[11] ван сяовей, чжан хуньян, лю руй и др. Прогресс в исследовании глутатиона [J]. Китайский фармацевтический журнал (Online Edition),2019, 17(04):141-148.

[12] чжоу яньлин. Влияние глутатиона на показатели роста и антиоксидантную функцию Pelteobagrus fulvidraco[D]. Центральный китайский сельскохозяйственный университет,2018 год.

[13] Лу фей, шэнь кейн, вей цяньцянь и др. Воздействие комбинированной обработки с экзогенными глутатионом, со и O3 на качество хранения охлажденной говядины [J]. Китайский журнал пищевой науки,2018, 18(03):188 — 195.

[14] SONG Zengting,JIANG Ning,ZHANG Aizhong,et al. Effects of glutathione on on growth performance, slaughtering performance and meat quality of meat goats [J]. Животноводство и ветеринария,2008,40(11):14-17.

[15] сюй чжун нан, ван цзинь, чан тин тин и др. Применение уменьшенного глутатиона в пивоваренном фруктовом вине [J]. Китай пивоварение,2018,37(07):1-5.

[16] чэнь сяоцзяо, диао тивей, лай сяоцин и др. Прогресс в применении дрожжевых производных в фруктовых винах [J]. Пищевая и ферментационная промышленность,2022,48(04):287-293.

[17] су цзинь, гон чон. Прогресс в изучении глутатиона в винодельческом процессе [J]. Наука о еде,2020,41(07):283 — 291.

[18] Лу СИ, цуй нр, чжан х и др. Своевременное добавление глутатиона для его взаимодействия с дезоксипентосоном, чтобы подавить реакцию водяного меиллара и брауннинга глицилглицино-арабинозной системы [J].    Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии,2019,67(23).

[19] Kritzinger EC, Bauer FF, Toit W J. роль глутатиона в виноделе: обзор.[J] Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии,2013,61(2).

[20] Deng Xingxing,Zhang Ying,Liang Li,et al. Влияние добавления глутатиона на качество корла ароматического грушевого вина [J]. Китай пивоварение,2020,39(11):120-125.

[21] чи йиман, чэн чжэнгун, фан минтао. Влияние добавления глутатиона на ароматический состав хранящегося вина киви [J]. Наука и технологии пищевой промышленности,2017,38(08):183 — 188.

[22] хуан вэнь бэй, лин цзе юань, би джи цай. Усиливающий эффект глутатиона на горький и густой вкус L-leucine[J]. Современная пищевая наука и технологии,2020,36(03):245 — 251.

[23] BI jicai, LIN Ze-Yuan, ZHANG Yong-Sheng и др. Ароматические свойства глутатиона на неорганических солях [J]. Китай Flavoring продукты,2020,45(05):119-123.

[24] HUANG Jinghan,XU Jingla,LIU Aiping,et al#39; дрожжи и развитие здорового сидера [J]. Продукты питания и оборудование,2016,32(05):182-187.

[25] хуан-хуан ху. Влияние функциональных продуктов питания на физическое выступление спортивных спортсменов [J]. Исследования и разработки в области продовольствия,2021,42(13):225-226.

[26] ху шень-яо, ни чжиян, юань цинь-шэн. Прогресс в исследовании пониженного глутатиона [J]. Продукты питания и лекарственные средства,2009, 11(01):69-71.

[27] чэнь чжуойи, лю сяойин, чжэн ятин и др. Механизм формирования и вмешательства меланина кожи [J]. Ежедневная химическая промышленность,2019,49(02).

[28] абдул х, навид а. кожа меланин: ингибитор биосинтеза витамина d3: с особым акцентом на структуру кожи. Мини обзор [J]. Дерматологические отчеты,2019,4(1).

[29] ван байцян, цзэн сяоцзюнь. Ингибирование тирозиназы и развитие косметики для отбеливания кожи [J]. Фуцзянь легкая текстиль,2002(07):1-6.

[30] ван тин, чжэн юньюн, ча цзяньшэн и др. Сравнительное исследование применения слабого и окисленного глутатиона в косметике [J]. Китайская косметика,2021(09):92-97.

[31] цуй шалин, ван фэншань. Прогресс исследований по глутатиону в профилактике заболеваний [J]. Современная китайская прикладная фармакология,2017,34(4):631 — 636.

[32] чжан чен го, сунь го сян, ян сяо и др. Ингибирование окислительного стресса глутатионом [J]. Научно-технические инновации и применение,2021(11):50-55.

Чжан и, е шэн. Физиологические функции и клиническое применение слабого глутатиона [J]. Химия жизни,2020,40(12):2226-2235.

[34] ким чун ин, чхве гён лан, чхве сын юн. Синергетическое воздействие окисленного глутатиона на свободный радикальный поиск путем уменьшения глутатиона [J]. Аналитическая химия,2009,37(09):1349-1353.

[35] бу ливей. Применение пониженного глутатиона у пациентов с нефротическим синдромом [J]. Руководство по китайской медицине,2021, 19(14):118 — 119.

[36] ли ю джей. Роль глутатионной антиоксидантной системы в исходе автомехагического процесса [J]. Раковые исследования,2020,80(16).

[37] Wilson CL, Cohn RJ, Ferguson AE и др. Роль трансфертов глутатиона в восприимчивости населения австралии к борьбе с отмыванием денег в детском возрасте [J]. Австралазийский эпидемиолог,2006, 13(3).

[38] Xie JQ. Анализ эффективности пониженного глутатиона при экстренной терапии отравления фосфорорганическими пестицидами [J]. Мировая композитная медицина,2021,7(04):18-20.

[39] лю вейда, хао эйли, на хонгвей и др. Наблюдение за эффективностью пониженного глутатиона при лечении пациентов с острой токсической почечной недостаточностью [J]. Современная медицина,2016,22(33):71-72.

[40] цуцуй а, моришита и фурумачи х и др. образование циклического глутатиона через тиолактонизацию глутатиона и идентификацию нового радикального механизма сбора мусора [J]. Тетраэдры,2021,68.

[41] ингрид хэ, мейлин рх. Сажайте Glutathione -transferases: обзор [J]. Ген растений,2020,23.

[42] чэнь лян, чжоу моси, ян яли и др. Экспериментальное исследование по защите функциональных солей растений от острых химических повреждений печени у мышей [J]. Китай Flavorings,2019,44(05):28-32.

[43] Csiszar J, Hecker A, Labrou NE,et al. Границы науки о растениях,2019, 10.

[44] фан сюй-лимит, цинь ли, ван чжи сюй и др. Прогресс в исследованиях по метаболизму глутатиона растений и толерантности кадмия [J]. Наука о лесах запада,2019,48(04):50-56.

[45] джинкан ся. Исследование роли нитросоглутатионовой редуктазы растений в реакции на стресс [J]. Биотехнологический вестник,2018,34(11):36 — 41.

[46] сяо кайфан, ли вэй, чжэн хен и др. Исследование биосинтетических путей и условий ферментации глутатиона [J]. Китайский журнал биохимических лекарственных средств,2008(02):144-146.

[47] Li Y, Wei GY, Chen J. Glutathione: a review on biotechnological production.[J] Прикладная микробиология и биотехнология,2004,66(3).

[48] Qiuxia Xu. Исследования по химическому синтезу глутатиона [D]. Университет донхуа,2010 год.

[49] He Z. Application of γ-glutamyl transpeptidase in the synthesis of glutathione прекурсоры [D]. Наньцзинский технологический университет,2004 год.

[50] чжан цзинсюань, гао бинбинг, он бингфанг. Прогресс иммобилизации фермента в биокатализе [J]. Биопереработка,2022,20(01):9-19+40.

[51] Xuehui Duan, Leibo Xie, Jin Wang. Применение глутатиона и научно-исследовательский прогресс в области ферментативного производства глутатиона [J]. Наука цзянси,2005(06):750-753.

[52] тянь хюй, ян фенгчен, Лу хуню и др. подготовка и применение системы синтазы глутатиона [J]. Биотехнологический циркуляр,2016,32(11):261-270.

[53] ван айци, чжан син, у хуэй и др. Иммобилизация двухфункциональной синтазы глутатиона [J]. Journal of East China University of Science and Technology (Natural Science Edition),2019,45(01):81-86.

[54] л.х. шен, д.з. вей, с.л. чжан и др. Каталитический синтез глутатиона путем иммобилизации клеток E.coliBL21(pTrc-gsh) [J]. Журнал восточно-китайского университета науки и техники,2002(01):24-27+50.

[55] WAN Weijian,DUAN Chao,SUN Yiran,et al. Китай пивоварение,2017,36(12):51 — 56.

[56] син чжан, сянвэй цуй, цонглин ли и др. Ферментативное производство глутатиона на основе системы утилизации энергии [J]. Журнал восточно-китайского университета науки и техники (издание естественных наук),2020,46(05):688-693.

[57] Santos LO, Silva PGP, Lemos Junior WJF, и др. Appl Microbiol. Биотехнол. 2022;19.

[58] зулкифли м, ядав с, такур а и др. Специфика субстратов и составление карт остатков, имеющих критическое значение для транспортировки в транспортере с высокой аффинити ггт1п [J]. Биохимический журнал,2016,473(15).

[59] мин мин, чи цзяо, чжан бо и др. Условия скрининга и ферментации высокоурожайных глутатионных дрожжей [J]. Наука и техника,2013,49(02):9-12+73.

[60] Li W, Li ZM, Ye Q. энзиматический синтез глутатиона с использованием дрожжевых клеток в двухступенчатой реакции [J]. Биохимическая инженерия,2010,33(6).

[61] Ge SL, Zhu TC, Li Y. выражение бактериального GshF в Pichia is для производства глутатиона.[J] Прикладная и экологическая микробиология,2012,78(15).

[62] лоренц е, шмахт м, шталь у и др. Журнал биотехнологии,2015,216(5).

[63] Ubiyvovk VM, Ananin VM, Malyshev AY и др. BMC Biotechnol. 2011 22;11:8.

[64] сюй тичэн, ван цзяки, чжу лицзян и др. Предварительное исследование по вопросу об очистке глутатиона органическими растворителями [J]. Fermentation Science and Technology Bulletin,2008(03):13-15.