葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的应用

背景及概述^[1][2]

糖磷酸途径是植物体中糖代谢的重要途径，其主要生理功能是产生还原性的供生物合成需要的NADPH，以及可供核酸代谢的磷酸戊糖和氨基酸与脂肪酸合成的一些中间产物；同时在保持植物细胞的氧化还原平衡方面也起到非常重要的作用。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶催化戊糖磷酸途径的步不可逆氧化反应，是关键性调控酶。动物体内G6PDH为X染色体连锁遗传，它的缺乏会导致红细胞代谢紊乱、视网膜血管堵塞、酮病等，严重者会危及生命。而它的过表达会引起人体脂质代谢异常，却能增加果蝇的寿命。在植物中，许多研究者从多种途径研究其与植物生长发育及各种环境胁迫的关系，以期更清楚地阐述戊糖磷酸途径及该酶可能的生理功能。

生物学特性^[1][2]

G6PDH是磷酸戊糖途径的限速酶，控制着这条途径的碳流和还原力NADPH的产生。G6PDH催化产生的NADPH不仅为细胞内某些生物大分子的生物合成提供了还原力，而且是还原型谷胱甘肽(Glutathione，GSH)再生的唯一还原力，因此G6PDH在细胞抵抗氧化胁迫的过程中起着重要的作用。

制备^[2]

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的分离纯化如下：在0.1mol/L的碳酸氢钠溶液中，以溶胀法从酵母中提取胞内酶.粗抽提液经过60%～75%饱和度的硫酸铵盐析，SephadexG-100凝胶柱层析。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的收得率为12.4%，纯化倍数达51.2。实验方法为：

1）粗抽提液的制备：取150g啤酒酵母，加入240mL0.1mol/L的碳酸氢钠溶液，40℃搅拌5h，5500r/min离心30min(4℃)，上清液即为粗抽提液.

2）酶的纯化：用饱和度(质量/体积百分比d)分别为50%、60%、65%、70%、75%、80%、85%的硫酸铵分段盐析沉淀粗抽提液，离心收集沉淀物.取60%～75%饱和度的盐析沉淀，溶于0.05mol/LTris-HCl(pH7.8)缓冲液中，上SephadexG-100凝胶层析柱(3cm×36cm)，用相同缓冲液洗脱(层析速度：0.6mL/min)。

3）酶活力的测定：于石英比色皿中加入3mL0.05mol/LTris-HCl缓冲液，30μL0.05mol/LNADP溶液，20μL1mol/LG-6-P溶液后混匀，再加入10μL酶液，快

速混匀后立即在340nm处测定吸光度变化值，计算酶活力.以每分钟催化1μmol底物转化为产物的酶量定义为一个酶活力单位(U)。

应用^[3]

G6PD广泛存在于人体各种细胞，是磷酸戊糖通路的限速酶，在此代谢过程中产生还原型烟酰胺膘呤二核苷酸磷酸(NADPH)，后者是所有类型细胞内最重要的还原剂。尤其在红细胞中，磷酸戊糖通路是NADPH的唯一来源，对氧化损伤的防御机制高度依赖于G6PD活性，因此G6PD缺陷患者的红细胞极易受到氧化应激的损害。

机体的抗氧化系统主要包括过氧化氢酶、超氧化物岐化酶和谷胱甘肽。尽管所有的抗氧化系统对细胞的生存都很重要，但G6PD具有独特的作用。

首先，谷胱甘肽和硫氧化还原蛋白系统在细胞内具有重要的抗氧化功能。而NADPH是这两个系统必需的重要底物，将氧化型的谷胱甘肽和硫氧化蛋白转化为其还原型，从而发挥抗氧化作用。

其次，过氧化氢酶是细胞内另一个重要的抗氧化酶，将过氧化氢转化为水和氧，这一过程并不需要NADPH，但是过氧化氢酶上有特异性的NADPH结合位点，NADPH具有别构效应，结合后使过氧化氢酶保持在活化状态。虽然细胞内的NADPH合成还有其他来源，但研究发现G6PD是最主要的途径，对于抗氧化系统的正常作用以及细胞的生存具有重要意义。因此，G6PD活性的降低以及NADPH的水平降低会直接影响这些抗氧化系统的正常功能，引起细胞和器官的损害。

主要参考资料

[1] 高等植物葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的研究进展

[2] 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的分离纯化

[3] 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶在糖尿病及其并发症中的作用及机制