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谷胱甘肽是动物组织中产生的最强的抗氧化剂之一，是一种由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽。半胱氨酸上的巯基为谷胱甘肽活性基团（故谷胱甘肽常简写为GSH），使它具有强大的供电子（或还原）和金属螯合能力。
谷胱甘肽有还原型（GSH）和氧化型（GSSG）两种形式，两者形成较高的负氧化还原（还原/氧化）电位差，使其成为身体组织中非常强大的还原剂或抗氧化剂。谷胱甘肽能够与重金属、某些药物和毒素等结合，而具有整合解毒作用。故谷胱甘肽（尤其是肝细胞内的谷胱甘肽）能参与生物转化作用，从而把机体内有害的毒物转化为无害的物质，排泄出体外。谷胱甘肽还能帮助保持正常免疫系统的功能。谷胱甘肽的这些特征对代谢和生理过程有显著的影响，进而影响人类和动物的健康。
人体组织中的谷胱甘肽浓度与人类健康和衰老有关。身心健康和长寿的人群的血液组织中的谷胱甘肽含量较高，相反，患有关节炎、糖尿病或心脏病的老年人的谷胱甘肽水平低于无病者，患有癌症和泌尿生殖系统、胃肠道、心血管和肌肉骨骼疾病的慢性患者体内的谷胱甘肽浓度显着降低。
机体组织中谷胱甘肽浓度的变化与一系列炎症性和神经退行性疾病和癌症等疾病有关。谷胱甘肽缺乏症已被记录在多种肺部疾病中，例如急性呼吸窘迫综合征、哮喘和慢性阻塞性肺病等。肝脏疾病（脂肪肝、急性和慢性肝炎、肝硬化）也与谷胱甘肽减少有关。体外实验中谷胱甘肽的消耗抑制免疫细胞功能，细胞内谷胱甘肽在免疫细胞的正常功能中发挥着核心的作用。因此，建议将补充谷胱甘肽用作辅助治疗剂。
有证据表明羊体内谷胱甘肽水平受定量基因变异和单基因影响，在这两种类型基因控制下，健康状况不佳似乎与谷胱甘肽浓度低有关。动物个体等级不随采食量和疾病状态（线虫感染）的变化而改变，这表明组织中谷胱甘肽的含量可能有遗传基础。
提高组织中谷胱甘肽的水平还可以改善家畜的肉质。氧肌红蛋白和脂质过氧化氢作用对肉的颜色和嫩度有显著的影响，谷胱甘肽作为一种抗氧化剂，可能在保存肉制品的保质期和质量方面发挥重要作用。
谷胱甘肽是一种小肽，可以在小肠中被消化为组成氨基酸，然而，一些谷胱甘肽可以直接被吸收到循环系统中。在大鼠实验中，口服液体和固体形态的谷胱甘肽可以显著提高血浆谷胱甘肽浓度2-3倍，而口服等量的组成氨基酸则没有效果，在同一试验中，血浆谷胱甘肽浓度的变化似乎具有剂量依赖性，最大剂量为375mg/kg，人类受试者口服15mg/kg可提高血浆谷胱甘肽水平2-5倍。
通过补充半胱氨酸前体可以增加谷胱甘肽的合成，另一个提高组织谷胱甘肽水平的食物来源是冷加工的乳清蛋白。乳清蛋白浓缩液已被证明是一种有效和安全的半胱氨酸供体，用于在免疫缺陷状态下，消耗谷胱甘肽期间补充谷胱甘肽。动物（大鼠）实验表明，乳清蛋白的浓缩物也表现出抗癌变和抗癌（结肠癌）活性。
在哺乳动物中，半胱氨酸可以由蛋氨酸合成，当蛋氨酸被分解代谢时，大约一半可以通过反硫化途径转化为半胱氨酸，这已在绵羊实验中得到证实，在绵羊十二指肠每天注射0.88-2.25g的蛋氨酸，持续5周，输注期间血浆中的半胱氨酸浓度和红细胞中谷胱甘肽浓度显著增加。
谷胱甘肽广泛存在于动植物中，在生物体内有着重要的作用。新鲜肉类中的谷胱甘肽含量相对较高，牛肉为 20 mg/100g，鸡胸肉（带皮）为 9.5 mg/100g，水果和蔬菜中的谷胱甘肽含量适中，而乳制品、谷物和面包中的谷胱甘肽浓度较低。由谷胱甘肽是在细胞内合成并运输到细胞外，因此组织中的谷胱甘肽含量似乎高于血液中的含量。例如，绵羊肝脏组织中的谷胱甘肽为 1200 至 2200 mg/kg，肌肉组织中的谷胱甘肽为 180 至 540 mg/kg，全血中的谷胱甘肽为 170 至 250 mg/L。在组织中，肝脏的谷胱甘肽浓度最高，其次是肾脏、肺、肠、大脑，然后是肌肉（心脏）。对小鼠体内谷胱甘肽含量研究表明，肝脏、肾脏、心脏、脾脏和大脑中谷胱甘肽的变化与全血的变化是平行的，因此血液水平可以作为一个整体的身体指标。
使用含有高浓度的谷胱甘肽或半胱氨酸和谷氨酸的食物来提高组织抗氧化能力可能是预防和/或治疗疾病的一种选择。
谷胱甘肽和其他抗氧化剂作为营养药物在预防或治疗许多慢性疾病及衰老方面的应用研究和临床实践引起了科学工作者的极大关注。为了预防慢性疾病，这些营养药物需要长期或一生服用，在这种情况下，富含谷胱甘肽或其他抗氧化剂的食物应该是较合适的选择。谷胱甘肽浓度似乎具有中等遗传力，应用现代遗传育种技术提高组织中谷胱甘肽的浓度是可行的。尽管关于组织中抗氧化剂水平与动物健康和生产性能之间的关联研究很少，但根据人类研究的结果预期，提高天然抗氧化剂的水平可以提高动物的健康以及它们应对压力和传染病的能力，延长肉制品的保质期和质量，并为消费者的健康提供福利。