谷胱甘肽是一種普遍分布的三肽，由三種氨基酸組成：甘氨酸、半胱氨酸和谷氨酸。半胱氨酸的硫醇基團是負責其生物活性的分子的關鍵功能成分。谷胱甘肽的結構是獨特的，N-末端谷氨酸和半胱氨酸殘基通過谷氨酸的γ-羧基結合，而不是利用α-羧基在蛋白質中形成傳統的肽鍵。因此，該鍵的存在使得谷胱甘肽相對穩定并且抵抗細胞內的降解。

最初，人們認為這種不尋常的鍵只能被γ-谷氨酰轉肽酶（GGT）水解，γ-谷氨酰轉肽酶是一種位于特定細胞類型質膜上的必需酶。然而，研究表明，在高等真核生物中發現的 CHAC1 蛋白具有 γ-谷氨酰環轉移酶活性，還可以特異性降解細胞內谷胱甘肽。

在大多數細胞中，谷胱甘肽在細胞質中的濃度為 1-10 mM，而在亞細胞器（包括細胞核、線粒體和內質網）中的濃度較低。三肽主要以還原型（GSH）和氧化型（GSSG）存在，它們之間的比率（GSH：GSSG）被用作確定氧化應激是否存在的標志。此外，GSH:GSSG 比率對于創建具有獨特氧化還原特征的細胞區室至關重要。例如，在細胞質活躍的還原環境下，當GSH:GSSG比例超過100:1時，很難形成分子內和分子間的蛋白質二硫化物。然而，內質網的 GSH:GSSG 比例范圍為 1:1 至 3:1，提供了氧化性更強的環境以允許氧化蛋白質折疊 。因此，必須維持最佳的 GSH/GSSG 比率才能發生生理過程。

谷胱甘肽在細胞內發揮重要作用，包括但不限于抗氧化防御、氧化還原電位的維持、氧化還原信號傳導以及細胞生長和死亡的調節。GSH 硫醇基團的pK a約為 9.6，賦予該分子較低的反應性。因此，雖然谷胱甘肽可以直接清除ROS和外源物質，但酶催化的消除速度更快。谷胱甘肽 S-轉移酶 (GST) 降低GSH 硫醇基團的 pKa，以催化三肽與異生素的親核加成。同樣，抗氧化防御中的大部分谷胱甘肽被谷胱甘肽過氧化物酶利用。這些酶通過 GSH 到 GSSG 的偶聯氧化來催化 H 2 O 2還原成 H 2 O。隨后，GSSG 在谷胱甘肽還原酶和 NADPH 的作用下還原回 GSH。其他需要硫醇還原當量的酶，例如過氧化還原蛋白和谷氧還蛋白，也利用谷胱甘肽作為還原劑，通過將其氧化還原敏感活性位點保持在還原狀態來恢復酶功能。

衰老過程是一種復雜的現象，廣義上定義為生理功能的逐漸衰退，并伴有多種病理狀況。已經提出了幾種解釋衰老過程的理論，包括氧化應激理論，該理論提出，伴隨衰老的ROS水平升高會導致細胞大分子的功能改變。除了 ROS 產生增加之外，Zhu 等人的一項研究表明，老年大鼠大腦中的 GSH 水平以及 GSH:GSSG 比率顯著降低。

谷胱甘肽作為膳食補充劑具有多種全身作用，如改善肝臟異常、改善糖尿病并發癥、防止病毒感染等等，研究表明，補充谷胱甘肽有助于逆轉自由基損傷引起的過早衰老跡象。

參考文獻：Musaogullari A, Chai YC. Redox Regulation by Protein S-Glutathionylation: From Molecular Mechanisms to Implications in Health and Disease. Int J Mol Sci. 2020 Oct 30;21(21):8113. doi: 10.3390/ijms21218113. PMID: 33143095; PMCID: PMC7663550.

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