谷胱甘肽在植物中的作用

三肽硫醇分子谷胱甘肽（GSH）的氨基酸组成包括半胱氨酸、谷氨酸和甘氨酸，是植物中常见且广泛存在的抗氧化剂，作为自由基的清除剂在应激反应中发挥着重要作用。活性氧（ROS）是一组高活性分子，被认为是需氧生物不可避免的代谢产物，在正常生理条件下以较低且相对稳定的量存在。氧化应激的发生是由于活性氧积累增加或由于产量增加和/或解毒不足。植物已经进化出特定的途径和分子来保护细胞免受ROS毒性。GSH 是最关键的成分之一，普遍存在，存在于不同的亚细胞区室中，相对丰富，并参与多种细胞事件，从 DNA 和蛋白质的合成到细胞防御。

GSH 有两种形式：(1) 还原形式 (GSH)，被认为是最重要的 ROS 清除剂之一；(2) 氧化形式 (GSSG)，然后通过谷胱甘肽还原酶还原为还原型谷胱甘肽。正常情况下，GSH 的患病率高于 GSSG。细胞毒性可以通过还原型谷胱甘肽与氧化型谷胱甘肽的比率来确定。

极端温度、养分可用性、水质和可及性、土壤特性、不适当的辐射和有毒元素引起的非生物胁迫导致农作物严重损失。症状可能有所不同，包括枯萎、失绿、生长减缓、发育改变、萎蔫、器官（例如叶、花、果实）脱落和腐烂/坏死。在胁迫条件下，ROS 在植物中充当控制不同途径的转导分子。除了作为（胁迫）代谢的生化产物外，NADPH 氧化酶（也称为呼吸爆发氧化酶同系物，RBOH）与其他氧化酶和过氧化物酶一起是胁迫植物中 ROS 的主要来源。植物对氧化应激的主要适应性反应是抗氧化防御系统活性的增加。这包括各种非酶抗氧化剂的参与，如谷胱甘肽、抗坏血酸（AsA）、生育酚、酚类、其他次级代谢产物和无机氨基酸，它们具有维持氧化还原稳态的共同作用。

此外，一些抗氧化酶，例如单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR）、谷胱甘肽还原酶（GR）、脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）、谷胱甘肽S-转移酶（GST）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）也参与这些防御反应。

例如，GST促进GST与外源物的结合，超氧化物歧化酶将超氧自由基分配在氧气和过氧化氢中，过氧化氢酶将过氧化氢分解为水和氧气，过氧化物酶（POD）催化过氧化氢和还原剂之间的氧化还原，MDHAR 、DHAR、抗坏血酸过氧化物酶 (APX) 和 GRs 是抗坏血酸-谷胱甘肽循环的成员，可解毒过氧化氢酶（图1）。

▲（图1）GSH 在非生物胁迫（例如极端温度、干旱、太阳辐射、有毒元素和不良土壤条件）后植物氧化还原稳态中的作用以及随后常见氧化剂的细胞增加。

GSH还在AsA-GSH循环中以抗氧化剂的形式将脱氢抗坏血酸DHA还原为AsA，并且在不同植物物种中具有抗寒作用。

参考文献：Rai GK, Kumar P, Choudhary SM, Singh H, Adab K, Kosser R, Magotra I, Kumar RR, Singh M, Sharma R, Corrado G, Rouphael Y. Antioxidant Potential of Glutathione and Crosstalk with Phytohormones in Enhancing Abiotic Stress Tolerance in Crop Plants. Plants (Basel). 2023 Mar 2;12(5):1133. doi: 10.3390/plants12051133. PMID: 36903992; PMCID: PMC10005112.

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