Les 5 méthodes de Production du glutathion

Les méthodes de production du glutathion comprennent l’extraction, la synthèse chimique, la biosynthèse, les enzymes et la fermentation. La Fermentation fait référence à l’utilisation du métabolisme microbien pour convertir des nutriments à bas prix en glutathion. Les micro-organismes utilisés dans la fermentation sont faciles à cultiver, les nutriments sont peu coûteux et faciles à obtenir, et le processus d’opération est simple, donc sur la base des avantages ci-dessus, la fermentation est devenue la méthode la plus couramment utilisée pour produire du glutathion.

1. Extraction au solvant

La méthode classique de production de glutathion est l’extraction, où les solvants peuvent être des solvants organiques acides, H2O, esters, enols et des mélanges de ces composants dans des proportions différentes. L’extraction est la méthode originale de production de glutathion, qui utilise la solubilité différente du glutathion dans deux solvants différents pour extraire le glutathion [1]. La méthode d’extraction est principalement utilisée pour la séparation et l’extraction des tissus végétaux et animaux, en utilisant la méthode d’extraction et de précipitation, en raison de la difficulté d’obtenir des matières premières et de la teneur extrêmement faible en glutathion intracellulaire dans les tissus végétaux et animaux, de sorte que la méthode d’extraction par solvant organique n’est pas très importante dans l’application pratique du glutathion, et n’a pas été largement utilisée [2].

2. Synthèse chimique

La production de glutathion par synthèse chimique [3] est une réaction chimique dans laquelle l’acide glutamique, la glycine et la cystéine sont condensés chimiquement pour former du glutathion, qui est principalement utilisé dans la production de glutathion au stade précoce. Actuellement, le processus de production a été plus mature, mais les étapes sont compliquées, le processus d’opération est compliqué, et l’efficacité triviale est faible. Il synthétise le racématate de glutathion, qui doit être mélangé avec le racématate de glutathion en utilisant des réactifs de fractionnement optique. La génération de diastéréoisomères avec différentes propriétés physico-chimiques pour la division conduit finalement à la difficulté de la séparation et la faible pureté du produit, une faible efficacité de production, et facile à causer la pollution de l’environnement. Elle limite donc la large application de cette méthode.

3. Méthode de biosynthèse

Il existe deux formes principales de biosynthèse du glutathion: la fermentation et la méthode enzymatique. Le point commun est qu’il devrait y avoir une bonne performance de la souche cellulaire, puis utiliser son système enzymatique plus actif pour synthétiser le glutathion dans des conditions douces; La plus grande différence est que la fermentation n’a besoin que de fournir les nutriments nécessaires à la croissance microbienne et au métabolisme, tandis que la méthode enzymatique a besoin de fournir une grande quantité d’acides aminés précurseurs et d’atp pour réaliser l’accumulation de glutathion intracellulaire [4].

La biosynthèse du glutathion nécessite des acides aminés précurseurs principalement Glu, Cys et Gly. Meister et al. [5] ont proposé un cycle γ-glutamyl comme le montre la Figure 1, qui souligne le rôle central du glutathion dans l’absorption des acides aminés. Dans la voie de biosynthèse, le glutathion est synthétisé par l’action séquentielle de deux ligases dépendantes de l’atp, à savoir la γ-glutamylcystéine synthétase (GCL) et la glutathion synthétase (GS)[6].

Fig.1 Cycle γ-Glutamyl canonique

Après la biosynthèse vient le début de la dégradation du glutathion. Dans ce cycle, la dégradation est effectuée par la transpeptidase de γ-glutamyle (GGT), la seule enzyme connue à l’époque pour dégrader le glutathion, qui a une activité transpeptidique impliquant le transfert de groupes de γ-glutamyle en acides aminés pour former des acides aminés de γ-glutamyle. L’activité GGT appelée dans le cycle γ-glutamyl est principalement une activité transpeptidase, et donc l’enzyme et#L’action de 39; S est principalement transpeptidique, impliquant le transfert d’acides aminés pour former des acides aminés γ-glutamyle, qui sont finalement transportés à travers les membranes sous forme d’acides aminés γ-glutamyle. C’était la première compréhension de la biosynthèse du glutathion et de son métabolisme.

Dans une étude ultérieure, Bachhawat [53] a d’abord conclu que le cycle γ-glutamyl était incorrect non seulement en termes de rôle fonctionnel des protéines de transport d’acides aminés, mais aussi dans la description de la synthèse et de la dégradation du glutathion. Ceci est également vrai à la lumière des nouvelles données sur la dégradation du glutathion. Au fur et à mesure que ces nouvelles découvertes ont été explorées et résumées, un nouveau cycle est apparu, que nous appelons le «cycle du glutathion [7]», comme le montre la figure 2.

Fig.2 Cycle du glutathion

Dans le cycle du glutathion, les deux premières étapes sont la biosynthèse du glutathion. La biosynthèse est effectuée par deux enzymes séquentielles, GCL catalyse la formation de γ-glutamylcystéine à partir du glutamate et de la cystéine dans une réaction atp-dépendante. La GS catalyse alors une seconde réaction atp-dépendante de γ-glutamylcystéine et de la glycine. Il se forme alors du glutathion. Il peut être dégradé par la famille cytoplasmique ChaC d’enzymes de dégradation spécifiques du glutathion (γ-GCT) [13] pour former la 5-hydroxyproline et la cysteinylglycine. Par la suite, la 5-hydroxyproline et la cysteinylglycine sont clivées par la 5-hydroxyproline et les cysteinylglycine peptidases, respectivement, pour former Glu, Cys et Gly, qui peuvent être retournées pour synthétiser le glutathion si nécessaire. Le glutathion est formé par biosynthèse et peut également former des GSSG, avec lesquelles il équilibre et détermine l’environnement redox [8].

4. Synthèse enzymatique du glutathion

La synthèse enzymatique se réfère à l’utilisation d’enzymes pour catalyser la synthèse du glutathion à partir de trois acides aminés. Le procédé enzymatique catalysé utilise les trois acides aminés précurseurs comme substrats, l’atp comme substance fonctionnelle, la γ-glutamylcystéine synthétase (glutathion I) et la glutathion synthétase (glutathion II), des cofacteurs (Mg2+) et un environnement pH approprié. Actuellement, de nombreuses études ont été rapportées sur la synthèse enzymatique du glutathion, mais ces dernières années, l’accent a été mis sur la synthèse des deux enzymes.

Xing Zhang et al.[9] ont synthétisé le glutathion par voie enzymatique en élaborant une réaction en plusieurs étapes de deux enzymes (la polyphosphate kinase (PPK) et la synthétase bifonctionnelle du glutathion (glutathion F)), avec le polyphosphate comme donneur d’énergie, et ont optimisé les conditions d’expression des enzymes couplées (PPK et glutathion F), ce qui a donné un rendement en glutathion de 58± 3,3 mmol/L. L’enzyme synthétisée par la synthèse enzymatique du PPK et du glutathion F a également été optimisée. Le rendement en glutathion a atteint (58± 3,3) mmol/L. La production enzymatique de glutathion se caractérise par un taux de conversion élevé et des conditions douces. Le manque d’approvisionnement en ATP et le prix élevé de l’atp sont les principaux facteurs limitant la production d’enzymes.

Dans cette étude, Chen Yang et al. [10] ont exprimé un PPK dérivé d’e. coli, qui peut être recyclé pour le recyclage de l’énergie, et ont résolu le problème ci-dessus. Les vecteurs pet28a-glutathion f et pET28a-ppk ont été construits dans un système contenant de la polyphosphate kinase et transformés en E. coli BL21, respectivement. Un minimum de 20 mmol d’atp A été nécessaire pour que la réaction se produisse, après quoi de l’adp A été généré et régénéré pour obtenir de l’atp pour l’alimentation en énergie continue de la réaction, et le taux de conversion du substrat A pu atteindre 68,7% après 22 h. La réaction A été effectuée dans un système contenant une polyphosphate kinase.

5. La Production De glutathion par Fermentation

La Fermentation fait référence à l’utilisation du métabolisme microbien pour convertir des nutriments à bas prix en glutathion. La Fermentation est devenue la méthode la plus couramment utilisée pour la production de glutathion en raison de la facilité de culture des microorganismes, de la disponibilité des nutriments et de la simplicité de fonctionnement [11].

Actuellement, les levures, telles que Saccharomyces cerevisiae, boulangerie et#39; S la levure et les seringues de Pseudomonas sont les micro-organismes les plus couramment utilisés pour la production de glutathion, mais la plupart des levures ont une teneur relativement faible en glutathion. Par conséquent, la sélection et la sélection de souches supérieures de levures, la sélection de souches sauvages par mutation et génie génétique, ainsi que l’optimisation et la régulation des conditions de culture dans le processus de fermentation sont les sujets chauds dans la recherche de la méthode de fermentation. Kang et al.[12] ont isolé et sélectionné des Saccharomyces cerevisiae séchés de Nuruk contenant 25,53 µg/mg de glutathion. Nisamedtinov et al. [13] ont montré des concentrations plus élevées de glutathion dans les margaritas fermentées avec des souches de levure sélectionnées. Une mutagénèse aléatoire induite par l’irradiation UV de souches sauvages de Saccharomyces cerevisiae a entraîné un mécanisme moléculaire de suraccumulation de glutathion. Les mutants ont accumulé du glutathion à des concentrations plusieurs fois supérieures à celles de leur souche parentale de type sauvage.

Il a été démontré que l’addition de trois acides aminés précurseurs aux cultures cellulaires de levure augmente dans une certaine mesure les niveaux de glutathion. L’ajout en lot de glutathion dans Saccharomyces cerevisiae est plus précieux que l’ajout séquentiel de cystéine comme méthode de promotion de la production de glutathion14. Wen S et al.[15] ont étudié une stratégie d’addition en deux étapes comme stratégie appropriée d’addition d’acides aminés: dans la première étape, la cystéine a été ajoutée après 2 h d’incubation, suivie par l’ajout des trois acides aminés (acide glutamique, glycine et sérine) après 7 h. Dans les cultures en fiole agité, les trois acides aminés précurseurs ont été ajoutés aux cellules en présence d’acide glutamique, de glycine et de sérine, qui ont ensuite été ajoutés aux cellules. En culture en fiole agité, la teneur en glutathion intracellulaire était supérieure de 55,2 % à celle sans addition des trois acides aminés.

Wang Dahui et al. [16] ont étudié les effets de la l-cystéine et de la l-méthionine sur la synthèse du glutathion dans les cultures de lots et d’addition de flux, respectivement, et ont montré que la l-méthionine augmentait la capacité des cellules de levure à synthétiser le glutathion pendant la phase de croissance, tandis que la l-cystéine augmentait significativement la teneur en glutathion intracellulaire dans les cellules de levure au stade de presque arrêter la croissance.

Sur cette base, nous avons proposé une stratégie pour ajouter des acides aminés aux cellules de levure aux deux stades de croissance, ce qui a entraîné un rendement en glutathion de 1247,1 mg/L et une teneur en glutathion intracellulaire de 24,1 mg/g. Les résultats des expériences ont été encore améliorés. Wang Shuo et al.[17] ont montré que l’addition de glucose, de valine et de l-cystéine au milieu de culture pendant la fermentation augmentait la glu totale

Références:

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[2] HUANG Jingchun, LIANG Libing. Procédé de Production de glutathion réduit et son application[J]. Light Industry Science and Technology, 2013, 1: 11-12.

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