生物體中強抗氧化劑-穀胱甘肽之分子奧秘

穀胱甘肽 (glutathione，γ-L-glutamyl-L-cysteinyl-glycine，GSH) 是生物體內含量最豐富且最為重要的抗氧化劑。藉由優先與各種內源性與外源性的活性氧化物質反應，穀胱甘肽得以保護體內重要的生物分子免於受到氧化傷害(oxidative damages)，使其得以維持其正常之化學結構及生物功能。穀胱甘肽係由甘胺酸(glycine)、半胱胺酸(cysteine)及穀胺酸(glutamic acid)所組成之三胜肽，並大多透過其半胱胺酸殘基側鏈上具高度親核性之硫醇官能基(-SH)行使其生化活性。

為深入瞭解穀胱甘肽之所以能夠作為生物體內強抗氧化劑的分子基礎，以及胺基酸在形成多胜肽(polypeptide)後其價電子能級結構之關聯性，我們首次透過可調式氣動力學聚焦透鏡(AADL)系統成功將穀胱甘肽三胜肽引入奈米級水溶液氣膠(nanoscaled aqueous aerosol)狀態形成一道高度聚焦之奈米液滴束，並首次有系統地觀測到穀胱甘肽在不同酸鹼環境下的價殼層電子能級結構，以及此三胜肽與其三個組成胺基酸間的關聯性及精微差異。從光電子能譜中我們發現，穀胱甘肽三胜肽在pH環境改變時其伴隨的價殼層電子能級結構變化，與其三個組成胺基酸個別的價殼層電子能級結構總和的變化的整體趨勢一致。隨著pH值升高及去質子化程度增加，其價電子能級特徵峰有向較低束縛能遷移的趨勢。

透過高解析度之氣膠光電子光譜之分析，我們發現穀胱甘肽上來自去質子化硫醇基(thiolate)的最外層電子(游離能6.70 ± 0.05 eV)較半胱胺酸之去質子化硫醇基的最外層電子(游離能6.97 ± 0.05 eV)更容易被游離。此結果意謂著穀胱甘肽上的活性官能基較半胱胺酸的活性官能基更易於發生丟失電子的氧化過程。本工作亦深入探討了穀胱甘肽游離能下降的可能原因，並發現其三個組成胺基酸當中，帶負電荷的穀胺酸可能提供了相當程度的電子屏蔽效應，降低其最外層電子之有效核電荷，使其變得更加容易游離。此工作利用氣膠光電子能譜為生物體內重要小分子穀胱甘肽之強抗氧化性提供了微觀分子層級的認識。此結果意謂著穀胱甘肽上的活性官能基較半胱胺酸的活性官能基更易於發生丟失電子的氧化過程。

此工作不僅為穀胱甘肽之強抗氧化性提供了微觀分子層級的認識，同時亦展示了此開發之氣膠VUV光電子光譜技術，不僅能夠幫助吾人對氣膠懸浮微粒的物化特性有更基礎深入的認識，也同時提供了一優越的實驗方法將傳統上具高度挑戰性的液相物質透過形成奈米級之液滴引入高真空環境中並進行光電子光譜分析。此水溶液氣膠光電子光譜技術在氣膠科學、環境科學、大氣科學以及生命科學等重大領域皆有高度關聯性及應用性，受到國際學術界的高度關注。