GLUTATIÓN: VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE, BIOSYNTÉZA - BIOLÓGIE - 2026

Glutatión ( GSH ) je tripeptid malá molekula (iba s tromi aminokyselinovým zvyškami) neproteínová zapojené do mnohých biologických javov, ako sú enzymatické mechaniky, biosyntetických makromolekúl, intermediárneho metabolizmu, toxicity kyslíka, intracelulárne transport, atď

Tento malý peptid, ktorý sa vyskytuje u zvierat, rastlín a niektorých baktérií, sa považuje za „tlmivý roztok“ redukujúci oxidáciu, pretože je to jedna z hlavných nízkomolekulárnych zlúčenín, ktorá obsahuje síru a nemá toxicitu spojenú s cysteínové zvyšky.

Molekulárna štruktúra glutatiónu (Zdroj: Claudio Pistilli prostredníctvom Wikimedia Commons)

Niektoré choroby u ľudí sú spojené s nedostatkom špecifických enzýmov metabolizmu glutatiónu, a to kvôli mnohým funkciám pri udržiavaní homeostázy tela.

Podvýživa, oxidačný stres a iné patológie, ktoré trpia ľudia, sa môžu prejaviť ako drastický pokles glutatiónu, a preto je niekedy dobrým ukazovateľom zdravotného stavu telových systémov.

Rovnako pre rastliny je glutatión nevyhnutným faktorom pre ich rast a vývoj, pretože plní tiež funkcie vo viacerých biosyntetických dráhach a je nevyhnutný pre bunkovú detoxikáciu a vnútornú homeostázu, kde pôsobí ako silný antioxidant.

vlastnosti

Prvé štúdie vykonané vo vzťahu k subcelulárnej lokalizácii glutatiónu ukázali, že je prítomný v mitochondriách. Neskôr sa pozoroval aj v oblasti zodpovedajúcej jadrovej matrici a v peroxizómoch.

V súčasnosti je známe, že kompartment, v ktorom je jeho koncentrácia najhojnejšia, je v cytozole, pretože sa tu aktívne produkuje a transportuje do iných bunkových kompartmentov, ako sú mitochondrie.

V bunkách cicavcov je koncentrácia glutatiónu v milimólovom rozmedzí, zatiaľ čo v krvnej plazme sa jeho znížená forma (GSH) nachádza v mikromolárnych koncentráciách.

Táto intracelulárna koncentrácia sa veľmi podobá koncentrácii glukózy, draslíka a cholesterolu, základných prvkov pre bunkovú štruktúru, funkciu a metabolizmus.

Niektoré organizmy majú analógy glutatiónu alebo variantné molekuly. Protozoánni paraziti, ktorí ovplyvňujú cicavce, majú formu známu ako "trypanotión" a v niektorých baktériách je táto zlúčenina nahradená inými molekulami síry, ako je tiosulfát a glutamylcysteín.

Niektoré rastlinné druhy majú, okrem glutatiónu, homológne molekuly, ktoré majú na C-terminálnom konci (homoglutatión) rezíduá iné ako glycín a ktoré sa vyznačujú funkciami podobnými funkcii predmetného tripeptidu.

Napriek existencii iných zlúčenín podobných glutatiónu v rôznych organizmoch je to jeden z "tiolov", ktorý sa nachádza v najvyššej koncentrácii intracelulárne.

Vysoký pomer, ktorý normálne existuje medzi redukovanou formou (GSH) a oxidovanou formou (GSSG) glutatiónu, je ďalším rozlišovacím znakom tejto molekuly.

štruktúra

Glutatión alebo L-y-glutamyl-L-cysteinyl-glycín, ako jeho názov napovedá, sa skladá z troch aminokyselinových zvyškov: L-glutamátu, L-cysteínu a glycínu. Cysteínové a glycínové zvyšky sú vzájomne spojené prostredníctvom bežných peptidových väzieb, to znamená medzi a-karboxylovou skupinou jednej aminokyseliny a a-aminoskupinou druhej.

Väzba, ktorá sa vyskytuje medzi glutamátom a cysteínom, však nie je typická pre proteíny, pretože sa vyskytuje medzi y-karboxylovou časťou skupiny R glutamátu a a-aminoskupinou cysteínu, takže táto väzba je nazýva sa y väzba.

Táto malá molekula má molárnu hmotnosť niečo vyše 300 g / mol a zdá sa, že prítomnosť y väzby je rozhodujúca pre imunitu tohto peptidu proti pôsobeniu mnohých aminopeptidázových enzýmov.

Vlastnosti

Ako bolo uvedené, glutatión je proteín, ktorý sa podieľa na mnohých bunkových procesoch u zvierat, rastlín a určitých prokaryotov. V tomto zmysle jej všeobecná účasť na:

- Procesy syntézy a degradácie proteínov

- Tvorba DNA ribonukleotidových prekurzorov

- Regulácia aktivity niektorých enzýmov

- Ochrana buniek v prítomnosti reaktívnych druhov kyslíka (ROS) a iných voľných radikálov

- Transdukcia signálu

- Genetický výraz a in

-Aptóza alebo programovaná bunková smrť

koenzým

Zistilo sa tiež, že glutatión funguje ako koenzým pri mnohých enzymatických reakciách a že jeho dôležitosť súvisí s jeho schopnosťou intracelulárne transportovať aminokyseliny vo forme y-glutamylových aminokyselín.

Glutatión, ktorý môže opustiť bunku (čo robí v jej redukovanej forme), je schopný podieľať sa na oxidačno-redukčných reakciách v blízkosti plazmovej membrány a okolitého bunkového prostredia, ktoré chráni bunky pred poškodením pred rôzne triedy oxidačných činidiel.

Uchovávanie cysteínu

Tento tripeptid tiež funguje ako zdroj ukladania cysteínu a prispieva k udržiavaniu redukovaného stavu sulfhydrylových skupín proteínov vo vnútri bunky a železného stavu hemickej skupiny proteínov, ktoré obsahujú uvedený kofaktor.

Skladanie bielkovín

Keď sa podieľa na skladaní bielkovín, zdá sa, že má dôležitú funkciu ako redukčné činidlo pre disulfidové mostíky, ktoré sa neprimerane tvoria v proteínových štruktúrach, čo je zvyčajne spôsobené vystavením oxidačným činidlám, ako je kyslík, peroxid vodíka, peroxynitrit a niektoré superoxidy.

Funkcia erytrocytov

V erytrocytoch prispieva redukovaný glutatión (GSH) produkovaný enzýmom glutatión reduktáza, ktorý využíva NADPH produkovaný pentózofosfátovou cestou, k odstráneniu peroxidu vodíka reakciou katalyzovanou iným enzýmom: glutatión peroxidáza, ktorá produkuje vodu a oxidovaný glutatión (GSSG).

Rozklad peroxidu vodíka a tým aj prevencia jeho akumulácie v erytrocytoch predlžuje životnosť týchto buniek, pretože zabraňuje oxidačnému poškodeniu, ktoré sa môže vyskytnúť v bunkovej membráne a ktoré môže skončiť hemolýzou.

Xenobiotický metabolizmus

Glutatión je tiež dôležitým hráčom v xenobiotickom metabolizme vďaka pôsobeniu enzýmov glutatión S-transferázy, ktoré vytvárajú konjugáty glutatiónu, ktoré sa potom môžu intracelulárne metabolizovať.

Je rozumné pamätať na to, že výraz „xenobiotikum“ sa používa na označenie liekov, environmentálnych znečisťujúcich látok a chemických karcinogénov, ktorým je organizmus vystavený.

Oxidačný stav buniek

Pretože glutatión existuje v dvoch formách, jedna redukovaná a jedna oxidovaná, vzťah medzi týmito dvoma molekulami určuje redoxný stav buniek. Ak je pomer GSH / GSSG vyšší ako 100, bunky sa považujú za zdravé, ale ak sú blízko 1 alebo 10, môže to znamenať, že bunky sú v stave oxidačného stresu.

biosyntéza

Glutatión tripeptid je syntetizovaný vo vnútri bunky, v rastlinách aj na zvieratách, pôsobením dvoch enzýmov: (1) y-glutamylcysteín syntetáza a (2) glutatión syntetáza (GSH syntetáza), zatiaľ čo jej degradácia alebo " rozklad “závisí od pôsobenia enzýmu y-glutamyl transpeptidázy.

V rastlinných organizmoch je každý enzým kódovaný jediným génom a defekty ktoréhokoľvek z proteínov alebo ich kódujúcich génov môžu spôsobiť embryonálnu letalitu.

U ľudí, rovnako ako u iných cicavcov, je hlavným miestom syntézy a vývozu glutatiónu pečeň, konkrétne v pečeňových bunkách (hepatocyty), ktoré obklopujú žilové kanáliky, ktoré prenášajú krv a iné látky do a z orgánu v otázka.

De novo syntéza glutatiónu, jeho regenerácia alebo recyklácia vyžaduje energiu z ATP.

Redukovaný glutatión (GSH)

Znížený glutatión je odvodený od aminokyselín glycín, glutamát a cysteín, ako už bolo uvedené, a jeho syntéza začína aktiváciou (pomocou ATP) y-karboxylovej skupiny glutamátu (zo skupiny R) za vzniku acylfosfátového medziproduktu, ktorý tvorí je napadnutá a-aminoskupinou cysteínu.

Táto prvá dve kondenzácie aminokyselín je katalyzovaná y-glutamylcysteín syntetázou a je zvyčajne ovplyvnená vnútrobunkovou dostupnosťou aminokyselín glutamátu a cysteínu.

Takto vytvorený dipeptid sa následne kondenzuje s glycínovou molekulou vďaka pôsobeniu GSH syntetázy. Počas tejto reakcie dochádza tiež k aktivácii a-karboxylovej skupiny cysteínu pomocou ATP za vzniku acylfosfátu, a tým sa podporuje reakcia s glycínovým zvyškom.

Oxidovaný glutatión (GSSG)

Keď sa redukovaný glutatión zúčastňuje reakcií redukcie oxidácie, oxidovaná forma je v skutočnosti tvorená dvoma molekulami glutatiónu vzájomne spojenými disulfidovými mostíkmi; z tohto dôvodu je oxidovaná forma skrátená pod skratkou „GSSG“.

Tvorba oxidovaného druhu glutatiónu závisí od enzýmu známeho ako glutatiónperoxidáza alebo GSH peroxidáza, čo je peroxidáza, ktorá obsahuje selenocysteín (cysteínový zvyšok, ktorý má namiesto atómu síry atóm selénu). aktívny.

K vzájomnej premene medzi oxidovanými a redukovanými formami dochádza vďaka účasti GSSG reduktázy alebo glutatión reduktázy, ktorá využíva NAPDH na katalyzovanie redukcie GSSG v prítomnosti kyslíka, so súčasnou tvorbou peroxidu vodíka.

Výhody jeho príjmu

Glutatión sa môže podávať orálne, topicky, intravenózne, intranazálne alebo nebulizovane, aby sa zvýšila napríklad jeho systémová koncentrácia u pacientov trpiacich oxidačným stresom.

rakovina

Výskum orálneho podávania glutatiónu naznačuje, že užívanie glutatiónu môže znížiť riziko rakoviny ústnej dutiny a že keď sa podáva v spojení s oxidačnými chemoterapeutikami, znižuje negatívne účinky liečby pacientov s rakovinou.

HIV

Všeobecne majú pacienti infikovaní vírusom získanej imunodeficiencie (HIV) intracelulárne glutatiónové deficity v červených krvinkách, ako aj v T-bunkách a monocytoch, čo určuje ich správne fungovanie.

V štúdii Morris et al. Sa ukázalo, že prísun glutatiónu do makrofágov od HIV pozitívnych pacientov výrazne zlepšil funkciu týchto buniek, najmä proti infekciám oportúnnymi patogénmi, ako je M. tuberculosis.

Svalová aktivita

Iné štúdie sa týkajú zlepšenia svalovej kontraktilnej aktivity, antioxidačnej obrany a oxidačného poškodenia spôsobeného ako reakcia na ischemické / reperfúzne poškodenie po perorálnom podaní GSH počas tréningu fyzickej rezistencie.

Patológie pečene

Na druhej strane sa usúdilo, že jeho požitie alebo intravenózne podávanie má funkcie pri prevencii progresu niektorých typov rakoviny a pri znižovaní poškodenia buniek, ku ktorému dochádza v dôsledku určitých patologických stavov pečene.

antioxidant

Napriek skutočnosti, že nie všetky uvedené štúdie sa uskutočnili na ľudských pacientoch, ale zvyčajne sa jedná o testy na zvieracích modeloch (zvyčajne na myšiach), výsledky získané v niektorých klinických štúdiách potvrdzujú účinnosť exogénneho glutatiónu ako antioxidantu.

Z tohto dôvodu sa používa na liečbu katarakty a glaukómu ako „produktu proti starnutiu“, na liečbu hepatitídy, početných srdcových chorôb, straty pamäte a na posilnenie imunitného systému a na čistenie po otrave ťažkými kovmi a drogami.

"Absorption"

Exogénne podávaný glutatión nemôže vstúpiť do buniek, pokiaľ nie je hydrolyzovaný na svoje základné aminokyseliny. Priamym účinkom podania tejto zlúčeniny (orálne alebo intravenózne) je preto zvýšenie intracelulárnej koncentrácie GSH vďaka príspevku aminokyselín potrebných na jej syntézu, ktorá sa môže účinne prenášať na cytosol.

Vedľajšie účinky

Aj keď sa príjem glutatiónu považuje za „bezpečný“ alebo neškodný, jeho vedľajšie účinky sa nevykonali dostatočne.

Z niekoľkých hlásených štúdií je však známe, že môže mať negatívne účinky, ktoré sú výsledkom interakcie s inými liekmi a ktoré môžu byť škodlivé pre zdravie v rôznych fyziologických kontextoch.

Ak sa to trvá dlhodobo, zdá sa, že pôsobia nadmerne na zníženie hladín zinku a okrem toho, ak je vdýchnutý, môže spôsobiť astmatické záchvaty u astmatických pacientov.

Referencie

1. Allen, J. a Bradley, R. (2011). Účinky suplementácie perorálnym glutatiónom na biomarkery systémového oxidatívneho stresu u ľudských dobrovoľníkov. The Journal of Alternative and Complementary Medicine, 17 (9), 827 - 833.
2. Conklin, KA (2009). Diétne antioxidanty počas chemoterapie rakoviny: vplyv na chemoterapeutickú účinnosť a rozvoj vedľajších účinkov. Výživa a rakovina, 37 (1), 1-18.
3. Meister, A. (1988). Glutatiónový metabolizmus a jeho selektívna modifikácia. The Journal of Biological Chemistry, 263 (33), 17205-17208.
4. Meister, A., and Anderson, ME (1983). Glutatiónu. Ann. Rev Biochem. 52, 711-760.
5. Morris, D., Guerra, C., Khurasany, M., Guilford, F. a Saviola, B. (2013). Suplementácia glutatiónom zlepšuje funkcie makrofágov pri HIV. Journal of Interferon & Cytokine Research, 11.
6. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V. a Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (28. vydanie). McGraw-Hill Medical.
7. Nelson, DL, a Cox, MM (2009). Lehningerove princípy biochémie. Vydania Omega (5. vydanie). https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2
8. Noctor, G., Mhamdi, A., Chaouch, S., Han, YI, Neukermans, J., Marquez-garcia, B.,… Foyer, CH (2012). Glutatión v rastlinách: integrovaný prehľad. Plant, Cell & Environment, 35, 454 - 484.
9. Pizzorno, J. (2014). Glutatiónu! Investigative Medicine, 13 (1), 8–12.
10. Qanungo, S., Starke, DW, Pai, H. V, Mieyal, JJ, a Nieminen, A. (2007). Doplnenie glutatiónu potencuje hypoxickú apoptózu pomocou S-glutationylácie p65-NFkB. The Journal of Biological Chemistry, 282 (25), 18427-18436.
11. Ramires, PR, & Ji, LL (2001). Doplnenie a príprava glutatiónu zvyšuje odolnosť myokardu voči ischémii-reperfúzii in vivo. Ann. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 281, 679 - 688.
12. Sies, H. (2000). Glutatión a jeho úloha v bunkových funkciách. Free Radical Biology & Medicine R, 27 (99), 916 - 921.
13. Wu, G., Fang, Y., Yang, S., Lupton, JR, a Turner, ND (2004). Glutatiónový metabolizmus a jeho dôsledky pre zdravie. Americká spoločnosť pre výživu, 489 - 492.