谷胱甘肽：特征，结构，功能，生物合成 - 生物学 - 2025

的谷胱甘肽（GSH）是一种三肽小分子（只有三个氨基酸残基）的非蛋白质参与许多生物现象，如酶促力学，生物合成的大分子，中间代谢，氧中毒，细胞内运输等

存在于动物，植物和某些细菌中的这种小肽被认为是一种氧化还原的“缓冲液”，因为它是主要的低分子量化合物之一，它含有硫并且缺乏与之相关的毒性。半胱氨酸残基。

谷胱甘肽分子结构（资料来源：克劳迪奥·皮斯蒂利（Wikimedia Commons）

人体中的某些疾病与谷胱甘肽代谢特定酶的缺乏有关，这是由于其在维持体内稳态方面的多种功能。

人类所遭受的营养不良，氧化应激和其他病理可证明是谷胱甘肽的急剧减少，这就是为什么有时它是人体系统健康状况的良好指标。

对于植物而言，以同样的方式，谷胱甘肽是其生长和发育必不可少的因素，因为它还可以在多种生物合成途径中发挥功能，并且对于细胞排毒和内部体内平衡至关重要，在谷胱甘肽中它是一种强大的抗氧化剂。

特点

有关谷胱甘肽亚细胞定位的最初研究表明，它存在于线粒体中。后来，在对应于核基质的区域和过氧化物酶体中也观察到了它。

目前已知，其浓度最丰富的隔室在细胞质中，因为在那里它被活跃地产生并运输到其他细胞隔室如线粒体。

在哺乳动物细胞中，谷胱甘肽的浓度在毫摩尔范围内，而在血浆中，其还原形式（GSH）以微摩尔浓度存在。

这种细胞内浓度与葡萄糖，钾和胆固醇的浓度非常相似，葡萄糖，钾和胆固醇是细胞结构，功能和代谢所必需的元素。

一些生物拥有谷胱甘肽类似物或变异分子。影响哺乳动物的原生动物寄生虫具有一种称为“锥虫硫磷”的形式，在某些细菌中，该化合物被其他硫化分子（如硫代硫酸盐和谷氨酰半胱氨酸）所取代。

除谷胱甘肽外，某些植物物种还具有在C端具有除甘氨酸以外的残基的同源分子（同型谷胱甘肽），其特征是与上述三肽具有相似的功能。

尽管在不同生物中存在类似于谷胱甘肽的其他化合物，但这是在细胞内以最高浓度发现的“硫醇”之一。

谷胱甘肽的还原形式（GSH）与氧化形式（GSSG）之间通常存在的高比例是该分子的另一个显着特征。

结构体

顾名思义，谷胱甘肽或L-γ-谷氨酰基-L-半胱氨酸-甘氨酸由三个氨基酸残基组成：L-谷氨酸，L-半胱氨酸和甘氨酸。半胱氨酸和甘氨酸残基通过共同的肽键连接在一起，即在一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基之间。

但是，在谷氨酸和半胱氨酸之间发生的键不是蛋白质的典型特征，因为它发生在谷氨酸R基团的γ-羧基部分与半胱氨酸的α-氨基之间，因此该键为它称为γ键。

这个小分子的摩尔质量刚好超过300 g / mol，并且γ键的存在对于该肽抵抗许多氨肽酶的作用的免疫力至关重要。

特征

如上所述，谷胱甘肽是一种参与动物，植物和某些原核生物中许多细胞过程的蛋白质。从这个意义上讲，其一般参与：

-蛋白质合成和降解的过程

-DNA核糖核苷酸前体的形成

-调节某些酶的活性

-在存在活性氧（ROS）和其他自由基的情况下保护细胞

-信号转导

-基因表达和

-凋亡或程序性细胞死亡

辅酶

谷胱甘肽还被确定在许多酶促反应中起辅酶的作用，其重要性的一部分与它在细胞内以γ-谷氨酰胺基氨基酸形式转运氨基酸的能力有关。

可以离开细胞的谷胱甘肽（以其还原形式发生）能够参与质膜附近和周围细胞环境的氧化还原反应，从而保护细胞免受损害不同种类的氧化剂。

半胱氨酸储存

该三肽还用作半胱氨酸的储存源，并有助于维持细胞内部蛋白质的巯基的还原态和含有所述辅因子的蛋白质的血红素基的亚铁态。

蛋白质折叠

当它参与蛋白质折叠时，它似乎具有重要的功能，作为蛋白质结构中不适当形成的二硫键的还原剂，这通常是由于暴露于氧化剂，例如氧气，过氧化氢，过氧亚硝酸盐和一些超氧化物。

红细胞功能

在红细胞中，由谷胱甘肽还原酶产生的还原型谷胱甘肽（GSH）使用由戊糖磷酸途径产生的NADPH，通过另一种酶谷胱甘肽催化的反应有助于去除过氧化氢。过氧化物酶，产生水和氧化型谷胱甘肽（GSSG）。

过氧化氢的分解并因此防止了其在红细胞中的积累，延长了这些细胞的寿命，因为它避免了可能在细胞膜中发生的氧化损伤并导致溶血。

异生物代谢

谷胱甘肽也是异种生物代谢的重要参与者，这要归功于谷胱甘肽S-转移酶产生谷胱甘肽偶联物的作用，然后可以在细胞内进行代谢。

谨记谨记，“异物”一词是指生物体所接触的药物，环境污染物和化学致癌物。

细胞的氧化状态

由于谷胱甘肽以两种形式存在，一种被还原，一种被氧化，因此两种分子之间的关系决定了细胞的氧化还原状态。如果GSH / GSSG比率大于100，则认为细胞是健康的，但如果接近1或10，则可能表明细胞处于氧化应激状态。

生物合成

谷胱甘肽三肽是在植物和动物的细胞内通过两种酶的作用合成的：（1）γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶和（2）谷胱甘肽合成酶（GSH合成酶），而其降解或分解”取决于酶γ-谷氨酰转肽酶的作用。

在植物生物中，每种酶均由单个基因编码，任何蛋白质或其编码基因中的缺陷都可能导致胚胎致死。

在人类中，与其他哺乳动物一样，谷胱甘肽合成和输出的主要部位是肝脏，特别是在围绕静脉导管的肝细胞（肝细胞）中，这些导管将血液和其他物质运至器官或从器官运出。题。

谷胱甘肽的从头合成，其再生或再循环需要ATP产生能量。

还原型谷胱甘肽（GSH）

还原型谷胱甘肽来源于氨基酸甘氨酸，谷氨酸和半胱氨酸，如前所述，其合成始于（R组的）谷氨酸的γ-羧基活化（使用ATP），形成中间体酰基磷酸酯，它被半胱氨酸的α-氨基攻击。

前两个氨基酸的缩合反应是由γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶催化的，通常受谷氨酸和半胱氨酸氨基酸在细胞内可用性的影响。

由于GSH合成酶的作用，如此形成的二肽随后与甘氨酸分子缩合。在此反应过程中，半胱氨酸的α-羧基也被ATP活化而形成酰基磷酸酯，因此有利于与甘氨酸残基的反应。

氧化型谷胱甘肽（GSSG）

当还原型谷胱甘肽参与氧化还原反应时，其氧化形式实际上是由通过二硫键连接在一起的两个谷胱甘肽分子组成的。因此，氧化形式缩写为“ GSSG”。

谷胱甘肽的氧化物种的形成取决于一种称为谷胱甘肽过氧化物酶或GSH过氧化物酶的酶，谷胱甘肽过氧化物酶是一种过氧化物酶，其中含有硒代半胱氨酸（一种半胱氨酸残基，而不是具有硫原子而具有硒原子）。活性。

氧化形式和还原形式之间的相互转化归因于GSSG还原酶或谷胱甘肽还原酶的参与，后者使用NAPDH催化在氧气存在下GSSG的还原，同时形成过氧化氢。

摄入的好处

谷胱甘肽可以口服，局部，静脉内，鼻内或雾化给药，例如以增加其在氧化应激患者中的全身浓度。

癌症

谷胱甘肽口服给药的研究表明，服用谷胱甘肽可以降低患口腔癌的风险，与氧化化学疗法联合使用时，可以减少癌症患者治疗的负面影响。

艾滋病病毒

通常，感染后天免疫机能丧失病毒（HIV）的患者在红细胞，T细胞和单核细胞中均存在细胞内谷胱甘肽缺乏症，这决定了其正确的功能。

在莫里斯等人的一项研究中，研究表明，向HIV阳性患者的巨噬细胞供应谷胱甘肽大大改善了这些细胞的功能，特别是抵抗机会性病原体如结核分枝杆菌的感染。

肌肉活动

其他研究与在体育锻炼中口服GSH后因缺血/再灌注损伤而引起的肌肉收缩活性，抗氧化防御和氧化损伤的改善有关。

肝脏病理

反过来，已经考虑到其摄取或静脉内给药在预防某些类型的癌症的进展以及减少由某些肝脏病理学引起的细胞损伤方面具有功能。

抗氧化剂

尽管并非所有报道的研究都是在人类患者中进行的，但通常是在动物模型（通常是鼠类）中进行的测试，但在某些临床试验中获得的结果证实了外源性谷胱甘肽作为抗氧化剂的有效性。

因此，它作为“抗衰老”产品用于治疗白内障和青光眼，用于治疗肝炎，多种心脏病，记忆力减退和增强免疫力，以及重金属和药物中毒后进行净化。

“吸收”

除非将其水解成其组成氨基酸，否则外源施用的谷胱甘肽不能进入细胞。因此，由于其合成所必需的氨基酸的贡献，该化合物的施用（口服或静脉内）的直接作用是增加了GSH的细胞内浓度，该氨基酸可以有效地转运到细胞质中。

副作用

尽管谷胱甘肽的摄入被认为是“安全的”或无害的，但对其副作用的研究还不够。

但是，据报道的少数研究表明，它与其他药物相互作用可能会产生负面影响，并且在各种生理环境中可能对健康有害。

如果长期服用，它们似乎会过度降低锌含量，此外，如果吸入锌，它会在哮喘患者中引起严重的哮喘发作。

参考文献

1. 艾伦（Allen，J.）和布拉德利（Bradley）（2011）。口服谷胱甘肽的补充对人体志愿者系统氧化应激生物标志物的影响。替代与补充医学杂志，17（9），827–833。
2. 康克林（KA）（2009）。癌症化疗期间的饮食抗氧化剂：对化学治疗效果的影响和副作用的发展。营养与癌症，37（1），1-18。
3. Meister，A。（1988）。谷胱甘肽代谢及其选择性修饰。Journal of Biological Chemistry，263（33），17205-17208。
4. Meister，A。，&Anderson，ME（1983）。谷胱甘肽。安 生物化学牧师。，52，711-760。
5. 莫里斯（D. 补充谷胱甘肽可改善HIV中的巨噬细胞功能。干扰素和细胞因子研究杂志，11。
6. Murray，R.，Bender，D.，Botham，K.，Kennelly，P.，Rodwell，V.，&Weil，P.（2009年）。哈珀的插图生物化学（第28版）。麦格劳-希尔医学。
7. 尼尔森（DL）和考克斯（MM）（2009）。Lehninger生物化学原理。欧米茄版（第5版）。https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2
8. Noctor，G.，Mhamdi，A.，Chaouch，S.，Han，YI，Neukermans，J.，Marquez-garcia，B.，…Foyer，CH（2012）。植物中的谷胱甘肽：综合概述。植物，细胞与环境，第35卷，第454-484页。
9. 皮佐诺（Pizzorno，J.）（2014）。谷胱甘肽！调查医学，13（1），8-12。
10. Qanungo，S.，Starke，DW，Pai，H.V，Mieyal，JJ和Nieminen，A.（2007年）。补充谷胱甘肽通过p65-NFkB的S-谷胱甘肽化增强缺氧凋亡。Journal of Biological Chemistry，282（25），18427-18436。
11. Ramires，PR，&Ji，LL（2001）。补充谷胱甘肽和训练可增加心肌对体内缺血再灌注的抵抗力。安 J.生理学。心圆。生理学。，281，679-688。
12. Sies，H。（2000）。谷胱甘肽及其在细胞功能中的作用。自由基生物学与医学杂志，27（99），916–921。
13. Wu，G.，Fang，Y.，Yang，S.，Lupton，JR，&Turner，ND（2004）。谷胱甘肽代谢及其对健康的影响。美国营养科学学会，489–492。