Los 5 métodos de producción del glutatión

PTU21,2024
categoría:Noticias de productos

Los métodos de producción de glutatión incluyen extracción, síntesis química, biosíntesis, enzimas y fermentación. La fermentación se refiere al uso del metabolismo microbipara convertir nutrientes de bajo precio en glutatión. Los microorganismos utilizados en la fermentación son fáciles de cultivar, los nutrientes son baratos y fáciles de obtener, y el proceso de operación es simple, por lo que sobre la base de las ventajas anteriores, la fermentación se ha convertido en el método más utilizado para producir glutatión.

 

1. Extracción por solvente

El método clásico deProducción de glutatiónSe trata de extracción, donde los disolventes pueden ser solventes orgánicos ácidos, H2O, ésteres, enoles y mezclas de estos componentes en diferentes proporciones. La extracción es el método original de producción de glutatión, que utiliza la diferente solubilidad de glutatión en dos disolventes diferentes para extraer glutatión [1]. El método de extracción se utiliza principalmente para la separación y extracción de tejidos vegetales y animales, utilizando el método de extracción y precipitación, debido a la dificultad de obtención de materias primas y el extremadamente bajo contenido de glutatión intracelular en tejidos vegetales y animales, por lo que el método de extracción con disolvente orgánico no es muy significativo en la aplicación práctica del glutatión, y no ha sido ampliamente utilizado [2].

 

2. Síntesis química

La producción de glutatión por síntesis química [3] es una reacción química en la que el ácido glutámico, la glicina y la cisteína se condensan químicamente para formar glutatión, que se utiliza principalmente en la producción de glutatión en la etapa inicial. Actualmente, el proceso de producción ha sido más maduro, pero los pasos son complicados, el proceso de operación es complicado, y la eficiencia trivial es baja. Sinteel racemato de glutatión, que necesita ser mezclado con el racemato de glutatión usando reactivos de división óptica. La generación de diastereoisómeros con diferentes propiedades fisicoquímicas para la división en última instancia conduce a la dificultad de separación y baja pureza del producto, baja eficiencia de producción, y fácil de causar contaminación ambiental. Por lo tanto, limita la amplia aplicación de este método.

 

3. Método de biosíntesis

Hay dos formas principales de la biosíntesis del glutatión: fermentación y método enzimático. El punto común es que debe haber un buen rendimiento de la cepa celular y, a continuación, utilizar su sistema enzimático más activo para sintetizar el glutatión en condiciones suaves; La mayor diferencia es que la fermentación sólo necesita proporcionar los nutrientes necesarios para el crecimiento microbiano y el metabolismo, mientras que el método enzimnecesita proporcionar una gran cantidad de aminoácidos precursores y ATP para realizar la acumulación de glutatión intrac[4].

 

La biosíntesis del glutatión requiere aminoácidos precursores principalmente Glu, Cys y Gly. Meister et al. [5] propuun ciclo de − -glutamil como se muestra en la figura 1, que enfatiza el papel central del glutatión en la absorción de aminoácidos. En la vía biosintética, el glutatión es sintetizpor la acción secuencial de dos ligasas dependientes de ATP, es decir, -glutamilcisteína sintetasa (GCL) y glutatión sintetasa (GS)[6].

 

Fig.1 ciclo canónico − -glutámico

 

Después de la biosíntesis viene el comienzo de la degradación del glutatión. En este ciclo, la degradación se lleva a cabo por − -glutamil transpeptidasa (GGT), la única enzima conocida en el momento de degradglutatión, que tiene una actividad transpeptidica que implica la transferencia de grupos − -glutamil a aminoácidos para formar − -glutamil aminoácidos. La actividad GGT llamada en el ciclo -glutamil es principalmente una actividad de transpeptidasa, y por lo tanto la enzima#39;s acción es principalmente transpeptidica, que implica la transferencia de aminoácidos para formar aminoácidos -glutamil, que son finalmente transportados a través de las membranas como aminoácidos -glutamil. Esta fue la comprensión inicial de la biosíntesis del glutatión y su metabolismo.

 

En un estudio posterior, Bachhawat [53] inicialmente llegó a la conclusión de que el ciclo de -glutamil era incorrecto no sólo en términos de la función de las proteínas transportadoras de aminoácidos, sino también en la descripción de la síntesis y degradación de glutatión. Esto también es cierto a la luz de los nuevos datos emergentes sobre la degradación del glutatión. A medida que estos nuevos hallazgos han sido explorados y resumidos, un nuevo ciclo ha surgido, al que nos referimos como el "ciclo del glutatión [7]", como se muestra en la Fig. 2.

Fig.2 ciclo de glutatión

 

En el ciclo del glutatión, los dos primeros pasos son la biosíntesis del glutatión. La biosíntesis se lleva a cabo por dos enzimas secuenciales, GCL cataliza la formación de -glutamcisteína a partir de glutamy cisteína en una reacción dependiente de ATP. GS luego cataliza una segunda reacción dependiente de ATP de − -glutamcisteína y glicina. Entonces se forma el glutatión. Puede ser degradada por la familia ChaC citoplásmica de enzimas degradadoras específicas de glutationa (− GCT) [13] para formar 5-hidroxiprolina y cisteinilglicina. Posteriormente, 5-hidroxiprolina y cisteinilglicina son escindipor 5-hidroxiprolina y cisteinilglicina peptidasas, respectivamente, para formar Glu, Cys, y Gly, que pueden ser arados de nuevo para sintetizar glutatión si es necesario. El glutatión se forma a través de la biosíntesis y también puede formar GSSG, con el que se equiliy determina el ambiente redox [8].

 

4. Síntesis enzimde glutatión

La síntesis enzimse refiere al uso de enzimas para catalizar la síntesis de glutatión a partir de tres aminoácidos. El método catenzimutiliza los tres aminoácidos precursores como sustr, ATP como una sustancia funcional, -glutamilcisteína sintetasa (glutatión I) y glutatión sintetasa (glutatión II), cofactores (Mg2+), y un ambiente pH apropiado. Actualmente, muchos estudios han sido reportados sobre la síntesis enzimdel glutatión, pero en los últimos años, el enfoque principal ha sido en la síntesis de dos enzimas.

 

Xing Zhang et al.[9]Glutatión sintetizpor síntesis enzimáticaMediante la construcción de una reacción multietapa de dos enzimas (polifosfato quinasa (PPK) y glutatión bifuncional sintetasa (glutatión F)), con el polifosfato como el donante de energía, y optimilas condiciones de expresión de las enzimas acopl(PPK y glutatión F), lo que resultó en un rendimiento de glutatión de 58 − 3,3 mmol/L. La enzima sintetizglutatión por la síntesis enzimde PPK y glutatión F también fue optimi. El rendimiento de glutatión alcanzó (58 − 3.3) mmol/L. La producción enzimde glutatión se caracteriza por una alta tasa de conversión y condiciones suaves. La falta de suministro de ATP y el alto precio del ATP son los mayores factores limitantes para la producción de enzimas.

 

En este estudio, Chen Yang et al [10] expresaron un PPK derivado de E. coli, que puede ser reciclado para el reciclaje de energía, y resolvió el problema anterior. Los vectores pet28a-glutatión f y pET28a-ppk se construyeron en un sistema que contiene polifosfato quinasa y se transformen en E. coli BL21, respectivamente. Se requería un mínimo de 20 mmol de ATP para que se produjera la reacción, tras lo cual se genery regeneraba ADP para obtener ATP para el suministro continuo de energía de la reacción, y la tasa de conversión del sustrpodía alcanzar el 68,7% después de 22 h. La reacción se llevó A cabo en un sistema que contenía una polifosfato quinasa.

 

5. producción De glutatión por método de fermentación

La fermentación se refiere al uso del metabolismo microbipara convertir nutrientes de bajo precio en glutatión. La fermentación se ha convertido en el método más comúnmente utilizado para la producción de glutatión debido a la facilidad de cultivo de microorganismos, disponibilidad de nutrientes y simplicidad de operación [11].

 

Actualmente, levaduras, como Saccharomyces cerevisiae, baker&#La levadura 39;s, y Pseudomonas syringae, son los microorganismos más comúnmente utilizados para la producción de glutatión, pero la mayoría de las levaduras tienen un contenido relativamente bajo de glutatión. Por lo tanto, la selección y cría de cepas superiores de levaduras, la cría de cepas silvestres por mutación e ingeniería genética, así como la optimización y regulación de las condiciones de cultivo en el proceso de fermentación son los temas candentes en la investigación del método de fermentación. Kang et al.[12] aislado y seleccionado Saccharomyces cerevisiae seco de Nuruk que contiene 25,53 µg/mg de glutatión. Nisamedtinov et al[13] mostraron niveles más altos de glutatión en margarfermentcon cepas de levadura seleccionadas. La mutagénesis aleindupor la irradiación UV de cepas silvestres de Saccharomyces cerevisiae resultó en un mecanismo molecular de sobreacumulación de glutatión. Los mutantes acumularon glutatión en concentraciones varias veces más altas que su cepa madre de tipo salvaje.

 

Se ha demostrado que la adición de tres aminoácidos precursores a los cultivos de células de levadura aumenta los niveles de glutatión hasta cierto punto. La adición por lotes de glutatión en Saccharomyces cerevisiae es más valiosa que la adición secuencial de cisteína como método para promover la producción de glutatión.14 Wen S et al.[15] investigaron una estrategia de adición de dos pasos como una estrategia adecuada de adición de aminoácidos: en el primer paso, la cisteína se agregó después de 2 h de incub, seguida por la adición de los tres aminoácidos (ácido glutámico, glicina y serina) después de 7 h. En los cultivos en frasagit, los tres aminoácidos precursores se agrega las células en presencia de ácido glutámico, glicina y serina, que luego se agrega las células. En el cultivo en frasagit, el contenido de glutatión intracfue 55.2% mayor que sin la adición de los tres aminoácidos.

 

Wang Dahui et al. [16] investigaron los efectos de l-cisteína y L-metionina en la síntesis de glutatión en lotes y cultivos de adición de flujo, respectivamente, y mostró que la L-metionina aumentó la capacidad de las células de levadura para sintetizar glutatión durante la fase de crecimiento, mientras que la l-cisteína aumentó significativamente el contenido de glutatión intracen las células de levadura en la etapa de casi detener el crecimiento.

 

Con base en esto, se propuso una estrategia para añadir aminoácidos a las células de levadura en las dos etapas de crecimiento, lo que resultó en un rendimiento de glutatión de 1247,1 mg/L y un contenido de glutatión intracde 24,1 mg/g. Los resultados de los experimentos fueron mejorados aún más. Wang Shuo et al.[17] mostraron que la adición de glucosa, valina y l-cisteína al medio de cultivo durante la fermentación aumentó el glu total

 

Referencias:

[1] Zhou Xiuqin. Derivados especiales de aminoácidos -- glutatión [J]. Fermentación Science and Technology Newsletter, 2007, 36(2): 50-51.

[2] juang Jingchun, LIANG Libing. Método de producción de glutatión reducido y su aplicación [J]. Ciencia y tecnología de la industria ligera, 2013, 1: 11-12.

[3] WANG Dahui, WEI Gongyuan. Perspectivas para la aplicación del glutatión y estado actual de la investigación de producción [J]. Ingeniería química y biológica, 2004, 3: 10- 12.

[4] CHEN Jian, WEI Gongyuan, LI Yin, ZUO Guocheng. Producción de glutatión por fermentación microbiana [J]. Journal of Wuxi University of Light Industry, 2004, 5: 104- 110.

[5] Orlowski M, Meister A. The gamma-glutamyl cycle: a possible transport system for amino acids. Proc Natl Acad Sci U SA. Noviembre de 1970; 67(3): 48-55.

[6] Kaur A, Gautam R, Srivastava R, et al. ChaC2, una enzima para la producción lenta de glutatión citosólico. J Biol Chem. Enero de 2017; 292(2): 638 — 651.

[7] Bachhawat AK, Kaur A. glutatión degradación. Antioxid redox signal (en inglés). Noviembre de 2017; 27(15): 1200-1216.

[8] Bachhawat AK, Yadav S. The glutatione cycle: glutatione metabolism Beyond The γ- glutamyl cycle. IUBMB Life. 2018 Jul; 70(7): 585-592.

[9] Zhang X, Cui XW, Li ZL, et al. Producción enzimde glutatión basada en el sistema de regeneración del ciclo energético [J]. Journal of East China Science and Technology (Natural Science Edition), 2020, 46(5): 119-124.

[10] CHEN Yang, WU Qiong, TAN Tianwei. Regeneración de ATP acoplada para la síntesis enzimde glutatión [C]. 2013 reunión anual de la sociedad China de ingenieros químicos. 2013.

[11] ZHAO Hong-Ling, GAO Yang, YIN Zhi-Feng, et al. Progreso en la producción de glutatión reducido por fermentación [J]. Journal of Chengde Medical College,2013, 30(6): 516-518.

[12] Kang S H, Kim H R, Kim J H, et al. Identificación de cepas de levadura silvestres y análisis de sus niveles de glucan y glutatión para su uso en la elaboración de la cerveza makgeolli. Micobiología. Dic 2014; 42(4): 1-7.

[13] Nisamedtinov I, Kevvai K, Orumets K, et al. Los cambios metabólicos subyacentes a la mayor acumulación de glutatión en Saccharomyces cerevisiae Appl Microbiol Biotechnol. 2011 Feb; 89(4).

Febrero de 2011; 89(4): 29-37.

[14] Hara K Y, Kiriyama K, Inagaki A, et al. Mejora de la producción de glutatión por ingeniería metabólica la vía de asimilación de sulfato de Saccharomyces cerevisiae. Appl Microbiol Biotechnol. 2012 junio; 94(5): 3-9.

[15] Wen S H, Tao Z, Tan T. utilización de aminoácidos para mejorar la producción de glutatión en Saccharomyces cerevisiae. 35(6-7): 501-507.

[16] Wang DH, Nie M, Wei GY. Un método de alto rendimiento para la fermentación de glutatión basado en la adición de dos etapas de aminoácidos [J]. Food Science, 2017, 38(22): 22-27

[17] WANG Shuo, XIE Yuewu, ZHANG Huiwen, et al. Optimización de las condiciones de fermentación y aislamiento y purificación del glutatión reducido [J]. Biotechnology Bulletin, 2013(11): 180-185.

[18] WAN Honggui, DENG Chunya, TAN Haitao, et al. Efectos de dos tipos de estímulos exógenos sobre la producción de glutatión por fermentación de levadura de cerveza gastada [J]. Food and fermentación Industry, 2014, 40(10): 54-57.

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