ГЛУТАТИОН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, БИОСИНТЕЗ - БИОЛОГИЯ

На глутатион (GSH) е трипептид малка молекула (само три аминокиселинни остатъци) небелтъчни участва в много биологични феномени, такива като ензимни механика, биосинтетични макромолекули, посредник метаболизъм, токсичност кислород, вътреклетъчен транспорт и т.н.

Този малък пептид, присъстващ в животни, растения и някои бактерии, се счита за оксид-редуциращ "буфер", тъй като е едно от основните съединения с ниско молекулно тегло, което съдържа сяра и липсва токсичността, свързана с цистеинови остатъци.

Молекулна структура на глутатион (Източник: Клаудио Пистили през Wikimedia Commons)

Някои заболявания при хората са свързани с недостига на специфични ензими на метаболизма на глутатион и това се дължи на множеството му функции в поддържането на хомеостазата в тялото.

Недохранването, оксидативният стрес и други патологии, претърпени от хората, могат да бъдат доказани като драстично понижаване на глутатиона, поради което понякога той е добър показател за здравословното състояние на телесните системи.

По същия начин за растенията глутатионът е съществен фактор за растежа и развитието им, тъй като той също изпълнява функции по множество биосинтетични пътища и е от съществено значение за клетъчната детоксикация и вътрешната хомеостаза, където действа като мощен антиоксидант.

характеристики

Първите проучвания, проведени във връзка с субклетъчното местоположение на глутатион, показват, че той присъства в митохондриите. По-късно се наблюдава и в района, съответстващ на ядрената матрица, и в пероксизомите.

Понастоящем е известно, че отделението, където концентрацията му е най-изобилна, се намира в цитозола, тъй като там той се произвежда активно и се транспортира до други клетъчни отделения като митохондриите.

В клетките на бозайниците концентрацията на глутатион е в милимолни граници, докато в кръвната плазма намалената му форма (GSH) се намира в микромоларни концентрации.

Тази вътреклетъчна концентрация много наподобява концентрацията на глюкоза, калий и холестерол, основни елементи за клетъчната структура, функция и метаболизъм.

Някои организми притежават глутатионови аналогови или вариантни молекули. Протозойните паразити, които засягат бозайниците, имат форма, известна като "трипанотион", а при някои бактерии това съединение се замества от други молекули на сярата, като тиосулфат и глутамилцистеин.

Някои видове растения притежават в допълнение към глутатиона хомоложни молекули, които имат остатъци, различни от глицин в С-крайния край (хомоглутатион), и които се характеризират с функции, подобни на тези на въпросния трипептид.

Въпреки наличието на други съединения, подобни на глутатиона в различни организми, това е един от "тиолите", открити в най-висока концентрация вътреклетъчно.

Високото съотношение, което обикновено съществува между редуцираната форма (GSH) и окислената форма (GSSG) на глутатиона, е друга отличителна черта на тази молекула.

структура

Глутатионът или L-γ-глутамил-L-цистеин-глицинът, както подсказва името му, се състои от три аминокиселинни остатъка: L-глутамат, L-цистеин и глицин. Цистеиновите и глициновите остатъци са свързани заедно чрез общи пептидни връзки, тоест между α-карбоксилната група на едната аминокиселина и α-аминогрупата на другата.

Обаче връзката, която възниква между глутамат и цистеин, не е типична за протеините, тъй като възниква между γ-карбоксилната част на R групата на глутамат и α-амино групата на цистеин, така че тази връзка е тя се нарича γ връзка.

Тази малка молекула има моларна маса от малко над 300 g / mol и наличието на γ връзка изглежда решаващо за имунитета на този пептид срещу действието на много ензими аминопептидаза.

Характеристика

Както споменахме, глутатионът е протеин, който участва в многобройни клетъчни процеси при животни, растения и някои прокариоти. В този смисъл неговото общо участие в:

-Процесите на синтеза и разграждането на протеини

-Формирането на ДНК рибонуклеотидни прекурсори

-Регулиране на активността на някои ензими

-Защита на клетките в присъствието на реактивни кислородни видове (ROS) и други свободни радикали

-Сигнална трансдукция

-Генетично изразяване и в

-Аптоза или програмирана клетъчна смърт

Коензим

Определено е също, че глутатионът функционира като коензим при много ензимни реакции и тази част от неговото значение е свързана със способността му да транспортира аминокиселини под формата на γ-глутамил аминокиселини вътреклетъчно.

Глутатионът, който може да напусне клетката (което прави в намалената си форма), е способен да участва в реакции на редукция на окисляването в близост до плазмената мембрана и заобикалящата я клетъчна среда, която предпазва клетките от увреждане срещу различни класове окислители.

Съхранение на цистеин

Този трипептид функционира също като източник на съхранение на цистеин и допринася за поддържането на намаленото състояние на сулфхидрилните групи на протеините във вътрешността на клетката и феродното състояние на хема групата на протеините, които съдържат споменатия кофактор.

Сгъване на протеини

Когато участва в сгъването на протеини, изглежда, че има важна функция като редуциращ агент за дисулфидни мостове, които са се образували неподходящо в протеиновите структури, което обикновено се дължи на излагане на окислители като кислород, водороден прекис, пероксинитрит и др. някои супероксиди.

Еритроцитна функция

В еритроцитите намаленият глутатион (GSH), произведен от ензима глутатион редуктаза, който използва NADPH, произведен от пътя на пентоза фосфат, допринася за отстраняването на водороден пероксид чрез реакцията, катализирана от друг ензим: глутатион пероксидаза, която произвежда вода и окислен глутатион (GSSG).

Разграждането на водородния пероксид и следователно предотвратяването на натрупването му в еритроцитите удължава продължителността на живота на тези клетки, тъй като избягва окислителното увреждане, което може да настъпи в клетъчната мембрана и което може да доведе до хемолиза.

Ксенобиотичен метаболизъм

Глутатионът също е важен участник в ксенобиотичния метаболизъм, благодарение на действието на ензимите на глутатион S-трансфераза, които генерират глутатион конюгати, които след това могат да се метаболизират вътреклетъчно.

Препоръчително е да се помни, че терминът "ксенобиотик" се използва за означаване на лекарства, замърсители на околната среда и химически канцерогени, на които е изложен организмът.

Окислително състояние на клетките

Тъй като глутатионът съществува в две форми, една намалена и една окислена, връзката между двете молекули определя редокс състоянието на клетките. Ако съотношението GSH / GSSG е по-голямо от 100, клетките се считат за здрави, но ако е близо до 1 или 10, това може да е индикатор, че клетките са в състояние на оксидативен стрес.

Биосинтеза

Глутатионовият трипептид се синтезира в клетката, както при растения, така и при животни, под действието на два ензима: (1) γ-глутамилцистеин синтетаза и (2) глутатион синтетаза (GSH синтетаза), докато нейното разграждане или " разлагане “зависи от действието на ензима γ-глутамил транспептидаза.

В растителните организми всеки от ензимите е кодиран от един ген и дефектите в някой от протеините или кодиращите им гени могат да причинят леталност в ембрионите.

При хората, както и при други бозайници, основното място на синтеза и износа на глутатион е черният дроб, по-специално в чернодробните клетки (хепатоцити), които обграждат венозните канали, които транспортират кръв и други вещества до и от органа в въпрос.

Синтезът на глутатион de novo, неговото регенериране или рециклиране изискват енергия от АТФ.

Намален глутатион (GSH)

Намаленият глутатион се получава от аминокиселините глицин, глутамат и цистеин, както вече беше споменато, и неговият синтез започва с активирането (използвайки АТФ) на γ-карбоксилната група на глутамат (от R групата), за да се образува ацилфосфатен междинен продукт, който тя е атакувана от α-амино групата на цистеина.

Тази първа реакция на кондензация на две аминокиселини се катализира от γ-глутамилцистеин синтетаза и обикновено се влияе от вътреклетъчната наличност на аминокиселините глутамат и цистеин.

Така полученият дипептид впоследствие се кондензира с молекула глицин благодарение на действието на GSH синтетазата. По време на тази реакция се появява и активиране с АТФ на α-карбоксилната група на цистеина, за да се образува ацилфосфат и по този начин благоприятства реакцията с глициновия остатък.

Оксидиран глутатион (GSSG)

Когато редуцираният глутатион участва в окислително-редукционни реакции, окислената форма всъщност се състои от две молекули глутатион, свързани заедно чрез дисулфидни мостове; поради тази причина окислената форма се съкращава с абревиатурата "GSSG".

Образуването на окисления вид глутатион зависи от ензим, известен като глутатион пероксидаза или GSH пероксидаза, която е пероксидаза, която съдържа селеноцистеин (цистеинов остатък, който вместо серен атом има атом на селен). активен.

Взаимовръзката между окислените и редуцираните форми възниква благодарение на участието на GSSG редуктаза или глутатион редуктаза, която използва NAPDH за катализиране на редукцията на GSSG в присъствието на кислород, при едновременно образуване на водороден пероксид.

Ползи от приема му

Глутатионът може да се прилага перорално, локално, интравенозно, интраназално или небулизирано, за да се повиши системната му концентрация при пациенти, страдащи от оксидативен стрес, например.

Рак

Изследванията върху пероралното приложение на глутатион предполагат, че приемът на глутатион може да намали рисковете от рак на устната кухина и че, когато се прилага заедно с окислителни химиотерапевтици, той намалява отрицателните ефекти от терапията при пациенти с рак.

ХИВ

Обикновено пациентите, заразени с вируса на имунодефицит (ХИВ), имат вътреклетъчен дефицит на глутатион както в червените кръвни клетки, така и в Т-клетките и моноцитите, което определя правилното им функциониране.

В проучване на Morris et al. Е показано, че доставката на глутатион в макрофаги от пациенти с ХИВ-позитивни пациенти значително подобрява функцията на тези клетки, особено срещу инфекции с опортюнистични патогени като М. tuberculosis.

Мускулна активност

Други изследвания са свързани с подобряването на мускулната контрактилна активност, антиоксидантната защита и оксидативните увреждания, причинени в отговор на увреждания на исхемия / реперфузия след перорално приложение на GSH по време на тренировка за физическа резистентност.

Патологии на черния дроб

Смята се, от своя страна, че поглъщането или интравенозното му приложение има функции за предотвратяване на развитието на някои видове рак и за намаляване на клетъчните увреждания, възникващи в резултат на определени чернодробни патологии.

Антиоксидантен

Въпреки факта, че не всички проучвания, които са докладвани, са проведени при хора, но обикновено са тестове на животински модели (обикновено миши), получените резултати в някои клинични изпитвания потвърждават ефективността на екзогенния глутатион като антиоксидант.

Поради тази причина се използва за лечение на катаракта и глаукома, като продукт против стареене, за лечение на хепатит, многобройни сърдечни заболявания, загуба на памет и за укрепване на имунната система и пречистване след отравяне с тежки метали и лекарства.

"Усвояване"

Прилаганият екзогенно глутатион не може да влезе в клетките, освен ако не е хидролизиран до съставните му аминокиселини. Следователно, директният ефект от прилагането (перорално или интравенозно) на това съединение е увеличаването на вътреклетъчната концентрация на GSH благодарение на приноса на аминокиселините, необходими за неговия синтез, които могат ефективно да се транспортират до цитозола.

Странични ефекти

Въпреки че приемът на глутатион се счита за "безопасен" или безвреден, не са направени достатъчно проучвания за неговите странични ефекти.

От малкото съобщени проучвания обаче е известно, че може да има отрицателни ефекти, които са резултат от взаимодействие с други лекарства и които могат да бъдат вредни за здравето в различни физиологични условия.

Ако се приема дългосрочно, изглежда, че те действат за прекомерно понижаване нивата на цинк и в допълнение, ако той се вдишва, може да причини тежки астматични пристъпи при пациенти с астма.

Препратки

Allen, J., & Bradley, R. (2011). Ефекти от оралното приложение на глутатион върху биомаркерите за системен оксидатен стрес при човешки доброволци. Списанието за алтернативна и допълваща медицина, 17 (9), 827–833.
Conklin, KA (2009). Диетични антиоксиданти по време на раковата химиотерапия: въздействие върху химиотерапевтичната ефективност и развитието на страничните ефекти. Хранене и рак, 37 (1), 1–18.
Майстер, А. (1988). Метаболизъм на глутатион и неговата селективна модификация. The Journal of Biological Chemistry, 263 (33), 17205-17208.
Meister, A., & Anderson, ME (1983). Глутатионът. Ан. Rev Biochem., 52, 711-760.
Morris, D., Guerra, C., Khurasany, M., Guilford, F., & Saviola, B. (2013). Добавката на глутатион подобрява функциите на макрофага при ХИВ. Journal of Interferon & Cytokine Research, 11.
Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Илюстрирана биохимия на Harper (28 изд.). McGraw-Hill Medical.
Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Принципи на биохимията на Ленингер. Омега издания (5-то издание).
Noctor, G., Mhamdi, A., Chaouch, S., Han, YI, Neukermans, J., Marquez-garcia, B.,… Foyer, CH (2012). Глутатион в растенията: интегриран преглед. Растение, клетки и околна среда, 35, 454–484.
Pizzorno, J. (2014). Глутатионът! Изследователска медицина, 13 (1), 8–12.
Qanungo, S., Starke, DW, Pai, H. V, Mieyal, JJ, & Nieminen, A. (2007). Добавката на глутатион потенцира хипоксичната апоптоза чрез S-глутатионилиране на p65-NFkB. The Journal of Biological Chemistry, 282 (25), 18427-18436.
Ramires, PR, & Ji, LL (2001). Добавката и тренирането на глутатион повишава устойчивостта на миокарда към исхемия-реперфузия in vivo. Ан. J. Physiol. Сърцевиден кръг. Physiol., 281, 679-688.
Sies, H. (2000). Глутатион и неговата роля в клетъчните функции. Безплатна радикална биология и медицина R, 27 (99), 916–921.
Wu, G., Fang, Y., Yang, S., Lupton, JR, & Turner, ND (2004). Метаболизъм на глутатион и неговите последствия за здравето. Американско общество за хранителни науки, 489–492.

ГЛУТАТИОН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, БИОСИНТЕЗ - БИОЛОГИЯ - 2025