글루타치온의 5가지 생산 방법

글루타치온 생산 방법에는 추출, 화학적 합성, 생합성, 효소, 발효 등이 있다.발효란 미생물의 신진대사를 이용해 저가의 영양소를 글루타치온으로 바꾸는 것을 말한다.발효에 사용되는 미생물은 배양하기 쉽고, 영양소가 저렴하고 구하기 쉬우며, 조작과정이 간단하여 위의 장점을 바탕으로 발효가 글루타치온을 생산하는 가장 일반적으로 사용되는 방법이 되었다.

1. 용매 추출

글루타치온 생산의 고전적인 방법은 추출이며, 용매는 산성 유기 용매, H2O, 에스테르, 에놀 및 다른 비율로 이러한 성분의 혼합물이 될 수 있습니다.추출은 글루타치온 생산의 독창적인 방법으로, 두 가지 다른 용매에 글루타치온의 용해도가 다른 것을 이용하여 글루타치온을 추출한다 [1].추출법은 주로 식물 및 동물 조직의 분리 및 추출에 추출법과 강수법을 이용하는데, 원료 확보의 어려움은 물론 식물 및 동물 조직 중 세포 내 글루타치온의 함량이 극히 적어 글루타치온의 실용화에 있어 유기용매 추출법은 그다지 큰 의미가 없으며 [2] 널리 사용되지 않고 있다.

2. 화학 합성

화학적 합성에 의한 글루타치온의 생산 [3]은 글루타민산, 글리신, 시스테인이 화학적으로 응집되어 글루타치온을 만드는 화학 반응으로, 주로 초기 단계의 글루타치온 생산에 사용된다.현재는 생산 과정이 좀 더 성숙해졌지만 단계가 복잡하고 조작 과정이 복잡하며 사소한 효율이 낮다.광학적 분할 시약을 사용하여 글루타치온의 라세메이트와 혼합할 필요가 있는 글루타치온의 라세메이트를 합성한다.분열을 위한 물리화학적 특성이 다른 이입체 이성질체의 생성은 궁극적으로 분리의 어려움 및 제품의 순도가 낮고, 생산 효율이 낮으며, 환경오염을 유발하기 쉽다.따라서,이 방법의 폭넓은 적용을 제한합니다.

3. Biosynthesis 방법

글루타치온 생합성에는 발효법과 효소법의 두 가지 주요 형태가 있다.공통점은 세포 균주의 좋은 성능이 있어야하고, 그 다음 가벼운 조건에서 글루타치온을 합성하기 위해 그것의 더 활성 효소 시스템을 사용한다는 것이다;발효법은 미생물의 성장과 대사에 필요한 영양소만 공급하면 되는 반면, 효소법은 전구체 아미노산과 ATP를 다량 공급해야 세포 내 글루타치온 [4]의 축적을 실현할 수 있다는 것이 가장 큰 차이점이다.

글루타치온의 생합성에는 전구체 아미노산이 주로 Glu, Cys, Gly 가 필요하다.마이스터 et al. [5]을 제안 γ-glutamyl 주기 그림 1에서 보 여지는 것처럼,의 중심적인 역할을을 강조하는 글 루타 티 온 이해 아미노산에서다.생합성에 경로, 글 루타 티 온은 두의 순차적 행동에 의해 합성 ATP-dependent ligases, 예를들어, γ-glutamylcysteine synthetase (GCL)와 글 루타 티 온 synthetase (GS) [6].

표준 γ Fig.1-Glutamyl 주기

생합성 후에는 글루타치온의 분해가 시작된다.실시 한이 순환에서, 저하는 γ-glutamyl transpeptidase (GGT), 글 루타 티 온 저하하는 유일한 당시에 알 려 져 있는 효소, γ의 전송과 관련 된 transpeptidic 활동을 가 진-glutamyl 그룹을 형성 하기 위해 아미노산 γ-glutamyl 아미노산이다.GGT 활동 요청에 γ-glutamyl 주기는 주로 transpeptidase 활동, 그리고 따라서 enzyme' s 행동은 주로 transpeptidic, 아미노산의 전송이 관련 된 γ를 형성 하기 위해-glutamyl 아미노산, 궁극적으로 이송 되는 세포막에 걸 쳐 γ-glutamyl 아미노산이다.이것은 글루타치온 생합성과 그 대사에 대한 초기 이해였다.

나중에 연구에서, Bachhawat [53] 처음에 다는 결론을 γ-glutamyl 주기 가 올바르지 않은 측면에서 뿐만 아니라 단백질 아미노산 수송차의 기능 역할을 설명하는 에서도 글 루타 티 온의 합성과 저하이다.이는 글루타치온 분해에 대한 새롭게 등장한 데이터에 비추어 볼 때도 사실이다.이러한 새로운 발견들이 탐구하고 요약되면서 새로운 사이클이 등장했는데, 그림 2에서 볼 수 있듯이 이를"글루타치온 사이클 [7]"이라고 부른다.

【 표 2 】 글루타치온 사이클

글루타치온 순환에서 첫 두 단계는 글루타치온의 생합성이다.biosynthesis은 효소에 의해 수행 되 두 순차적, GCL catalyzes γ의 형성과시 스 테인 글 루타 민산 염에서-glutamylcysteine ATP-dependent 한 반응이다.GS 한 다음 두 번 째 ATP-dependent catalyzes γ의 반응-glutamylcysteine 그리고 glycine.그러면 글루타치온 (Glutathione)이 형성된다.그것은 cytoplasmic에 의해 저하 될 수 있 ChaC glutathione-specific 모멸적인 효소들의 가족 (γ-GCT) 형태 5-hydroxyproline 및 cysteinylglycine [13]하다.이어서, 5-hydroxyproline과 cysteinylglycine이 각각 5-hydroxyproline과 cysteinylglycine peptidases에 의해 쪼개져 Glu, Cys, Gly를 형성하며, 필요할 경우 이를 다시 쟁기질하여 글루타치온을 합성할 수 있다.글루타치온은 생합성을 통해 형성되며 GSSG를 형성할 수도 있으며, 이것으로 균형을 맞추고 산화 환원 환경을 결정한다 [8].

4. 글루타치온의 효소합성

효소합성은 효소를 이용하여 3가지 아미노산으로부터 글루타치온의 합성을 촉매하는 것을 말한다.enzyme-catalyzed 방법에서 사용하는 것 3 전구체 아미노산을 기판, ATP 기능 물질 로서, γ-glutamylcysteine synthetase (글 루타 티 온나는)와 글 루타 티 온 synthetase (글 루타 티 온 II), cofactors (Mg2 +), 그리고 적절 한 pH 환경이다.현재 글루타치온의 효소합성에 대해서는 많은 연구들이 보고되고 있으나, 최근에는 2개의 효소합성에 주된 관심이 집중되고 있다.

Xing Zhang 등 9)은 polyphosphate를 에너지 공여체로 하는 두 효소 (polyphosphate kinase (PPK)와 glutathione bifunctional synthetase (glutathione F))의 다단계 반응을 구축하여 효소적으로 glutathione을 합성하고, 결합된 효소들 (PPK와 glutathione F)의 발현 조건을 최적화한 결과 58±3.3 mmol/L의 glutathione 수율을 나타내었다.효소는 PPK와 글루타치온 F의 효소합성에 의해 글루타치온을 합성한 효소도 최적화되었다.글루타치온 수율은 (58±3.3) mmol/L에 달했다.글루타치온의 효소 생산은 높은 전환율과 온화한 조건이 특징이다.ATP 공급의 부족과 ATP의 높은 가격은 효소 생산의 가장 큰 제한 요인이다.

본 연구에서 Chen Yang et al [10]은 에너지 재활용에 재활용 될 수 있는 E. coli 유래 PPK를 발현하고 위의 문제를 해결하였다.pET28a-glutathione f와 pET28a-ppk 벡터를 polyphosphate kinase 가 포함된 시스템에서 제작하여 각각 E. coli BL21로 변형시켰다.반응이 일어나기 위해서는 최소 20 mmol의 ATP 가 필요하며, 그 후 ADP를 생성하고 재생하여 반응의 지속적인 에너지 공급을 위해 ATP를 얻고 22시간 후 기질의 전환율은 68.7%에 도달 할 수 있었으며, 반응은 polyphosphate kinase를 포함하는 시스템에서 수행되었다.

5. 생산 발효 방법에 의한 Glutathione의

발효란 미생물의 신진대사를 이용해 저가의 영양소를 글루타치온으로 바꾸는 것을 말한다.발효는 미생물의 재배의 용이성, 영양소의 유용성, 조작의 단순성 [11]으로 인해 글루타치온 생산에 가장 일반적으로 사용되는 방법이 되었다.

현재, Saccharomyces cerevisiae와 같은 효모, baker's 효모, Pseudomonas syringae 등이 글루타치온 생산에 가장 많이 사용되는 미생물이지만 대부분의 효모들은 글루타치온 함량이 상대적으로 낮다.따라서 효모의 우수한 균주를 선별하여 육성하고, 돌연변이와 유전공학에 의한 야생균주를 육성하는 것, 그리고 발효과정에서의 배양조건을 최적화하고 조절하는 것 등이 발효법 연구에 있어서 뜨거운 화두이다.강 씨 등이다. [12] 가들어 있는 고립 되고에서 선택 한 말린로 미세 Nuruk 25.53 µ g/mg 글 루타 티 온이다.Nisamedtinov 등 [13]은 선별된 효모 균주로 발효시킨 마가리타에서 글루타치온 함량이 높게 나타났다.야생 Saccharomyces cerevisiae 균주의 자외선 조사에 의해 유도된 무작위 돌연변이 발생으로 글루타치온이 과다 축적되는 분자 기전이 발생하였다.돌연변이들은 야생형 모균보다 몇 배 높은 농도로 글루타치온을 축적하였다.

효모세포 배양시 3가지 전구체 아미노산 첨가에 의해 글루타치온 수치가 어느 정도 증가하는 것으로 나타났다.Saccharomyces cerevisiae에서 glutathione의 회분첨가는 glutathione 생성 촉진 방법으로서 cysteine의 순차첨가보다 가치가 있다.14Wen S 등 15)은 적합한 아미노산 첨가 전략으로 2단계 첨가 전략을 조사하였는데, 첫 번째 단계에서는 배양 2시간 후에 시스테인을 첨가하고, 7시간 후에 세 가지 아미노산 (glutamic acid, glycine, serine)을 첨가하였으며, shake flask 배양에서는 세 가지 전구체 아미노산을 glutamic acid, glycine, serine이 있는 상태에서 세포에 첨가하여, 이를 세포에 첨가하였다.shake flask 배양에서는 세 가지 아미노산을 첨가하지 않은 경우보다 세포내 글루타치온 함량이 55.2% 높았다.

왕다희 등 16명이 각각 회분식 배양과 유량 첨가 배양에서 글루타치온의 합성에 미치는 L-cysteine과 L-methionine의 영향을 조사한 결과, L-methionine은 성장단계에서 효모세포가 글루타치온을 합성하는 능력을 강화시킨 반면, L-cysteine은 성장이 거의 정지되는 단계에서 효모세포 내 글루타치온의 함량을 유의적으로 증가시켰다.

이를 바탕으로 두 단계의 성장 단계에서 효모세포에 아미노산을 첨가하는 전략을 제안하였으며, 그 결과 1247.1 mg/L의 glutathione 수율과 24.1 mg/g의 세포 내 glutathione 함량을 얻을 수 있었다.실험의 결과는 더욱 향상되었다.왕수오 등 17)은 발효중 배양액에 glucose, valine, l-시스테인 등을 첨가하였을 때 총 글로우가 증가함을 보였다

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