GLUTATION: ZNAČILNOSTI, STRUKTURA, FUNKCIJE, BIOSINTEZA - BIOLOGIJA - 2026

Glutation ( GSH ) je tripeptid majhna molekula (s samo tremi aminokislinskih ostankov) neproteinski vpleten v številne biološke pojavov, kot encimskih Mehanika, biosintetske makromolekul, intermediarnega metabolizma, toksičnosti kisika, znotrajcelični transport itd

Ta majhen peptid, ki je prisoten pri živalih, rastlinah in nekaterih bakterijah, velja za "pufer", ki zmanjšuje oksido, saj je ena glavnih spojin z nizko molekulsko maso, ki vsebuje žveplo in nima strupenosti, povezane z ostanki cisteina.

Molekularna struktura glutationa (Vir: Claudio Pistilli prek Wikimedia Commons)

Nekatere bolezni pri ljudeh so povezane s pomanjkanjem specifičnih encimov presnove glutationa, in to zaradi številnih funkcij pri vzdrževanju telesne homeostaze.

Podhranjenost, oksidativni stres in druge patologije, ki jih človek trpi, se lahko kažejo kot drastično znižanje glutationa, zato je včasih dober pokazatelj zdravstvenega stanja telesnih sistemov.

Prav tako je za rastline glutation bistven dejavnik njihove rasti in razvoja, saj deluje tudi na več biosintetskih poteh in je ključnega pomena za celično razstrupljanje in notranjo homeostazo, kjer deluje kot močan antioksidant.

značilnosti

Prve študije, izvedene v zvezi s subcelularno lokacijo glutationa, so pokazale, da je prisoten v mitohondrijih. Kasneje so ga opazili tudi v regiji, ki ustreza jedrski matrici, in v peroksisomih.

Trenutno je znano, da je oddelek, kjer je njegova koncentracija najbolj bogata, v citosolu, saj se tam aktivno proizvaja in prevaža v druge celične oddelke, kot so mitohondriji.

V celicah sesalcev je koncentracija glutationa v milimolskem območju, medtem ko je v krvni plazmi njegova zmanjšana oblika (GSH) v mikromolarnih koncentracijah.

Ta znotrajcelična koncentracija zelo spominja na koncentracijo glukoze, kalija in holesterola, bistvenih elementov za celično zgradbo, delovanje in presnovo.

Nekateri organizmi imajo analogne ali variantne molekule glutation. Protozojski paraziti, ki prizadenejo sesalce, imajo obliko, imenovano "trypanothion", pri nekaterih bakterijah pa to spojino nadomestijo druge molekule žvepla, kot sta tiosulfat in glutamilcistein.

Nekatere rastlinske vrste imajo poleg glutationja tudi homologne molekule, ki na C-končnem koncu (homoglutation) nimajo drugih ostankov glicina in za katere je značilno, da imajo funkcije, podobne tistim iz zadevnega tripeptida.

Kljub obstoju drugih spojin, ki so podobne glutationu v različnih organizmih, je to eden izmed "tiolov", ki jih najdemo v najvišji koncentraciji znotrajcelično.

Visoko razmerje, ki običajno obstaja med reducirano obliko (GSH) in oksidirano obliko (GSSG) glutationa, je še ena odlika te molekule.

Struktura

Glutation ali L-y-glutamil-L-cisteinil-glicin, kot pove že njegovo ime, so sestavljeni iz treh aminokislinskih ostankov: L-glutamata, L-cisteina in glicina. Ostanki cisteina in glicina so povezani s skupnimi peptidnimi vezmi, to je med α-karboksilno skupino ene aminokisline in α-amino skupino druge.

Vendar vez, ki nastane med glutamatom in cisteinom, ni značilna za beljakovine, saj nastane med γ-karboksilnim delom R skupine glutamata in α-amino skupino cisteina, zato je ta vez imenujemo ga γ vez.

Ta majhna molekula ima molarno maso nekaj več kot 300 g / mol in zdi se, da je prisotnost γ vezi ključna za imuniteto tega peptida proti delovanju številnih encimov aminopeptidaze.

Lastnosti

Kot rečeno, je glutation v beljakovinah, ki sodeluje v številnih celičnih procesih pri živalih, rastlinah in nekaterih prokariotih. V tem smislu je njegova splošna udeležba pri:

-Procesi sinteze in razgradnje beljakovin

- Nastanek prekurzorjev DNA ribonukleotidov

-Regulacija aktivnosti nekaterih encimov

-Zaščita celic v prisotnosti reaktivnih kisikovih vrst (ROS) in drugih prostih radikalov

-Signalna transdukcija

-Gensko izražanje in in

-Aptoza ali programirana celična smrt

Koencim

Ugotovljeno je bilo tudi, da glutation v številnih encimskih reakcijah deluje kot koencim, njegov del pa je povezan z njegovo zmožnostjo prenašanja aminokislin v obliki γ-glutamil aminokislin znotrajcelično.

Glutation, ki lahko zapusti celico (kar počne v zmanjšani obliki), je sposoben sodelovati v oksidacijsko-redukcijskih reakcijah v bližini plazemske membrane in okoliškega celičnega okolja, ki ščiti celice pred poškodbami pred različni razredi oksidanti.

Skladiščenje cisteina

Ta tripeptid deluje tudi kot vir za shranjevanje cisteina in prispeva k vzdrževanju reduciranega stanja sulfhidrilnih skupin beljakovin v celični notranjosti in železovega stanja hemske skupine proteinov, ki vsebujejo omenjeni kofaktor.

Zlaganje beljakovin

Ko sodeluje pri zvijanju beljakovin, se zdi, da ima pomembno funkcijo reducirnega sredstva za disulfidne mostove, ki so se neustrezno oblikovali v beljakovinskih strukturah, kar je običajno posledica izpostavljenosti oksidanti, kot so kisik, vodikov peroksid, peroksitritrit in nekateri superoksidi.

Funkcija eritrocitov

V eritrocitih znižani glutation (GSH), ki ga ustvarja encim glutation-reduktaza, ki uporablja NADPH, proizveden po poti pentoznega fosfata, prispeva k odstranitvi vodikovega peroksida z reakcijo, katalizirano z drugim encimom: glutation peroksidaza, ki proizvaja vodo in oksidirani glutation (GSSG).

Razpad vodikovega peroksida in s tem preprečevanje njegovega kopičenja v eritrocitih podaljša življenjsko dobo teh celic, saj se tako izognemo oksidativnim poškodbam, ki se lahko pojavijo v celični membrani in se lahko končajo s hemolizo.

Presnova ksenobiotikov

Glutation je tudi pomemben igralec ksebiobiotičnega metabolizma, zahvaljujoč se delovanju encimov glutation S-transferaze, ki tvorijo konjugate glutationa, ki se lahko nato presnavljajo znotraj celic.

Preudarno je vedeti, da se izraz "ksenobiotik" uporablja za označevanje zdravil, onesnaževal okolja in kemičnih rakotvornih snovi, katerim je organizem izpostavljen.

Oksidativno stanje celic

Ker glutation deluje v dveh oblikah, ena reducirana in ena oksidirana, razmerje med dvema molekulama določa redoks stanje celic. Če je razmerje GSH / GSSG večje od 100, se celice štejejo za zdrave, če pa je blizu 1 ali 10, je to lahko pokazatelj, da so celice v stanju oksidativnega stresa.

Biosinteza

Tripeptid glutationa se v celici sintetizira tako pri rastlinah kot pri živalih z delovanjem dveh encimov: (1) γ-glutamilcistein sintetaza in (2) glutation-sintetaza (GSH-sintetaza), medtem ko se razgradi oz. razgradnja “je odvisna od delovanja encima γ-glutamil transpeptidaze.

V rastlinskih organizmih je vsak od encimov kodiran z enim samim genom in okvare katerega koli od beljakovin ali njihovih kodirnih genov lahko povzročijo smrtnost v zarodkih.

Pri ljudeh je tako kot pri drugih sesalcih glavno mesto sinteze in izvoza glutationa jetra, zlasti v jetrnih celicah (hepatociti), ki obdajajo venske kanale, ki prenašajo kri in druge snovi v organ in iz njega v vprašanje.

Za novo sintezo glutationa, njegovo regeneracijo ali recikliranje je potrebna ATP energija.

Znižani glutation (GSH)

Zmanjšan glutation vstopa iz aminokislin glicina, glutamata in cisteina, kot je že omenjeno, njegova sinteza pa se začne z aktiviranjem (z uporabo ATP) γ-karboksilne skupine glutamata (iz skupine R), da nastane vmesni acil fosfat, ki napade ga α-amino skupina cisteina.

Ta prva dve kondenzacijski reakciji aminokislin katalizira γ-glutamilcistein sintetaza, običajno pa vpliva na celična razpoložljivost aminokislin glutamata in cisteina.

Tako oblikovani dipeptid se pozneje kondenzira z molekulo glicina zahvaljujoč delovanju GSH sintetaze. Med to reakcijo pride tudi do aktivacije z ATP α-karboksilne skupine cisteina, da nastane acil fosfat in tako daje prednost reakciji z ostankom glicina.

Oksidirani glutation (GSSG)

Ko reducirani glutation sodeluje v oksidacijsko-redukcijskih reakcijah, oksidirano obliko tvorita dve molekuli glutationa, povezane skozi disulfidne mostove; zaradi tega je oksidirana oblika okrajšana z začetnicami "GSSG".

Nastajanje oksidirane vrste glutationa je odvisno od encima, znanega kot glutation peroksidaza ali GSH peroksidaza, kar je peroksidaza, ki vsebuje selenocistein (cisteinski ostanek, ki ima namesto žveplovega atoma atom selena). aktivno.

Do medsebojne pretvorbe med oksidirano in reducirano obliko pride zaradi sodelovanja GSSG reduktaze ali glutation-reduktaze, ki NAPDH uporablja za kataliziranje redukcije GSSG v prisotnosti kisika ob sočasni tvorbi vodikovega peroksida.

Prednosti njegovega vnosa

Glutation se lahko daje oralno, topično, intravensko, intranazalno ali nebulizirano, da se na primer poveča njegova sistemska koncentracija pri bolnikih, ki trpijo zaradi oksidativnega stresa.

Rak

Raziskave o peroralni uporabi glutationa kažejo, da lahko jemanje glutationa zmanjša tveganje za pojav oralnega raka in da, kadar ga dajemo skupaj z oksidativnimi kemoterapevtiki, zmanjša negativne učinke terapije pri bolnikih z rakom.

HIV

Na splošno imajo bolniki, okuženi s pridobljenim virusom imunske pomanjkljivosti (HIV), pomanjkanje znotrajceličnega glutationa tako v rdečih krvnih celicah kot v T-celicah in monocitih, kar določa njihovo pravilno delovanje.

V raziskavi Morris in sod. So pokazali, da je oskrba glutationa z makrofagi pri HIV pozitivnih bolnikih znatno izboljšala delovanje teh celic, zlasti proti okužbam z oportunističnimi patogeni, kot je M. tuberculosis.

Mišična aktivnost

Druge študije se nanašajo na izboljšanje mišične kontraktilne aktivnosti, antioksidativne obrambe in oksidativne škode, ki so nastale kot odziv na ishemijo / reperfuzijsko poškodbo po peroralni uporabi GSH med treningom fizične odpornosti.

Patologije jeter

Po drugi strani je bilo ugotovljeno, da ima njegovo zaužitje ali intravensko dajanje funkcij pri preprečevanju napredovanja nekaterih vrst raka in zmanjšanju celične poškodbe, ki nastane kot posledica nekaterih patologij jeter.

Antioksidant

Kljub dejstvu, da niso bile opravljene vse poročane študije pri človeških bolnikih, temveč so to ponavadi testi na živalskih modelih (na splošno mišjih), rezultati, dobljeni v nekaterih kliničnih preskušanjih, potrjujejo učinkovitost eksogenega glutationa kot antioksidanta.

Zaradi tega se uporablja za zdravljenje katarakte in glavkoma, kot "proti staranju", za zdravljenje hepatitisa, številnih srčnih bolezni, izgube spomina in za krepitev imunskega sistema ter za čiščenje po zastrupitvi s težkimi kovinami in drogami.

"Absorpcija"

Če eksogeno dani glutation ne more vstopati v celice, če ni hidroliziran v sestavne aminokisline. Zato je neposredni učinek dajanja te spojine (oralno ali intravensko) povečanje znotrajcelične koncentracije GSH zahvaljujoč prispevanju aminokislin, potrebnih za njeno sintezo, ki jih je mogoče učinkovito prenašati v citosol.

Stranski učinki

Čeprav se vnos glutationa šteje za "varen" ali neškodljiv, ni bilo narejenih dovolj raziskav o njegovih stranskih učinkih.

Vendar je iz nekaj poročanih raziskav znano, da ima lahko negativne učinke, ki so posledica interakcije z drugimi zdravili in ki lahko škodujejo zdravju v različnih fizioloških okoliščinah.

Če ga jemljemo dolgoročno, se zdi, da delujejo pri čezmernem znižanju ravni cinka, poleg tega pa, če ga vdihavamo, lahko pri astmatičnih bolnikih povzroči hude napade astme.

Reference

1. Allen, J., in Bradley, R. (2011). Učinki dodatka peroralnega glutationa na biomarkerje sistemskega oksidativnega stresa pri človeških prostovoljcih. Časopis za alternativno in dopolnilno medicino, 17 (9), 827–833.
2. Conklin, KA (2009). Prehranski antioksidanti med kemoterapijo raka: Vpliv na kemoterapevtsko učinkovitost in razvoj stranskih učinkov. Prehrana in rak, 37 (1), 1–18.
3. Meister, A. (1988). Presnova glutationa in njegova selektivna sprememba. Časopis za biološko kemijo, 263 (33), 17205-17208.
4. Meister, A., & Anderson, ME (1983). Glutation. Ann Rev Biochem. , 52, 711-760.
5. Morris, D., Guerra, C., Khurasany, M., Guilford, F., & Saviola, B. (2013). Dodatek glutationa izboljšuje delovanje makrofaga pri virusu HIV. Journal of Interferon & Cytokine Research, 11.
6. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harperjeva ilustrirana biokemija (28. izd.). McGraw-Hill Medical.
7. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerjeva načela biokemije. Izdaje Omega (5. izd.). 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). Glutation v rastlinah: integriran pregled. Rastlina, celice in okolje, 35, 454–484.
9. Pizzorno, J. (2014). Glutation! Preiskovalna medicina, 13 (1), 8–12.
10. Qanungo, S., Starke, DW, Pai, H. V, Mieyal, JJ, & Nieminen, A. (2007). Dodatek glutationa potencira hipoksično apoptozo s S-glutationiolacijo p65-NFkB. Časopis za biološko kemijo, 282 (25), 18427-18436.
11. Ramires, PR, Ji, LL (2001). Dodatek in trening glutationa povečata odpornost miokarda na ishemijo-reperfuzijo in vivo. Ann J. Physiol. Srčni krog. Fiziol. , 281, 679–688.
12. Sies, H. (2000). Glutation in njegova vloga v celičnih funkcijah. Prosta radikalna biologija in medicina R, 27 (99), 916–921.
13. Wu, G., Fang, Y., Yang, S., Lupton, JR, & Turner, ND (2004). Presnova glutationa in njegove posledice za zdravje. Ameriško društvo za prehranske znanosti, 489–492.