GLUTATIONS: RAKSTUROJUMS, STRUKTŪRA, FUNKCIJAS, BIOSINTĒZE - BIOLOĢIJA - 2025

Glutations ( GSH ) ir tripeptīds maza molekula (ar tikai trīs aminoskābju atliekām) nonprotein iesaistīts daudzās bioloģiskās parādības, piemēram, enzīmu Mehānikas, biosintētiskiem makromolekulām, starpmetabolismam, skābekļa toksicitāti, intracelulārā transportā uc

Šis mazais peptīds, kas atrodas dzīvniekos, augos un dažās baktērijās, tiek uzskatīts par oksīdu reducējošu “buferi”, jo tas ir viens no galvenajiem savienojumiem ar zemu molekulmasu, kas satur sēru un kuram nav toksicitātes, kas saistīts ar cisteīna atlikumi.

Glutationa molekulārā struktūra (Avots: Claudio Pistilli, izmantojot Wikimedia Commons)

Dažas cilvēku slimības ir saistītas ar noteiktu glutationa metabolisma enzīmu trūkumu, un tas ir saistīts ar tā dažādajām funkcijām ķermeņa homeostāzes uzturēšanā.

Nepietiekams uzturs, oksidatīvais stress un citas patoloģijas, kuras cieš cilvēki, var liecināt par krasu glutationa samazināšanos, tāpēc tas dažreiz ir labs ķermeņa sistēmu veselības stāvokļa rādītājs.

Tāpat augiem glutations ir neaizstājams faktors to augšanā un attīstībā, jo tas arī veic funkcijas vairākos biosintētiskos veidos un ir būtisks šūnu detoksikācijai un iekšējai homeostāzei, kur tas darbojas kā spēcīgs antioksidants.

raksturojums

Pirmie pētījumi, kas veikti saistībā ar glutationa subcelulāro atrašanās vietu, parādīja, ka tas atrodas mitohondrijos. Vēlāk tas tika novērots arī kodola matricai atbilstošajā reģionā un peroksisomās.

Pašlaik ir zināms, ka nodalījums, kurā tā koncentrācija ir vispilnīgākā, atrodas citosolā, jo tur tas tiek aktīvi ražots un pārvests uz citiem šūnu nodalījumiem, piemēram, mitohondrijiem.

Zīdītāju šūnās glutationa koncentrācija ir milimolu diapazonā, savukārt asins plazmā tā reducētā forma (GSH) ir atrodama mikromolās.

Šī starpšūnu koncentrācija ļoti atgādina glikozes, kālija un holesterīna koncentrāciju, kas ir svarīgi elementi šūnu struktūrai, funkcijai un metabolismam.

Dažiem organismiem piemīt glutationa analogu vai variantu molekulas. Protozoju parazītiem, kas ietekmē zīdītājus, ir forma, kas pazīstama kā "trypanothion", un dažās baktērijās šo savienojumu aizstāj ar citām sēra molekulām, piemēram, tiosulfātu un glutamilcisteīnu.

Dažām augu sugām papildus glutationam ir arī homoloģiskas molekulas, kurām C-gala galā ir citi atlikumi, nevis glicīns (homoglutations), un kurām raksturīgas funkcijas, kas ir līdzīgas attiecīgā tripeptīda funkcijām.

Neskatoties uz to, ka dažādos organismos ir citi savienojumi, kas līdzīgi glutationam, tas ir viens no "tioliem", kuru koncentrācija šūnās ir visaugstākā.

Liela attiecība, kas parasti pastāv starp glutationa reducēto formu (GSH) un oksidēto formu (GSSG), ir vēl viena šīs molekulas atšķirīgā iezīme.

Uzbūve

Glutations vai L-γ-glutamil-L-cisteinilglicīns, kā norāda nosaukums, sastāv no trim aminoskābju atlikumiem: L-glutamāta, L-cisteīna un glicīna. Cisteīna un glicīna atlikumi ir savienoti kopā caur kopīgām peptīdu saitēm, tas ir, starp vienas aminoskābes α-karboksilgrupu un otras α-aminogrupu.

Tomēr saite, kas notiek starp glutamātu un cisteīnu, nav raksturīga olbaltumvielām, jo ​​tā notiek starp glutamāta R grupas γ-karboksildaļu un cisteīna α-aminogrupu, tāpēc šī saite ir to sauc par γ saiti.

Šīs mazās molekulas molārā masa ir nedaudz lielāka par 300 g / mol, un γ saites klātbūtne šķiet izšķiroša šī peptīda imunitātei pret daudzu aminopeptidāzes enzīmu iedarbību.

Iespējas

Kā minēts, glutations ir olbaltumviela, kas piedalās daudzos šūnu procesos dzīvniekiem, augiem un noteiktiem prokariotiem. Šajā nozīmē tā vispārējā dalība:

-Olbaltumvielu sintēzes un sadalīšanās procesi

- DNS ribonukleotīdu prekursoru veidošanās

-Dažu enzīmu aktivitātes regulēšana

-Šūnu aizsardzība reaktīvo skābekļa sugu (ROS) un citu brīvo radikāļu klātbūtnē

-Signāla pārvade

-Ģenētiskā izteiksme un in

-Aptoze vai ieprogrammēta šūnu nāve

Koenzīms

Ir arī noteikts, ka glutations funkcionē kā koenzīms daudzās fermentatīvās reakcijās, un šī nozīmīguma daļa ir saistīta ar tā spēju pārvadāt aminoskābes γ-glutamila aminoskābju veidā šūnās.

Glutations, kas var atstāt šūnu (ko tas veic samazinātajā formā), var piedalīties oksidācijas-reducēšanās reakcijās plazmas membrānas un apkārtējās šūnu vides tuvumā, kas aizsargā šūnas no bojājumiem pret dažādas oksidētāju klases.

Cisteīna krātuve

Šis tripeptīds darbojas arī kā cisteīna uzkrāšanās avots un veicina saglabāto olbaltumvielu sulfhidrilgrupu samazinātu stāvokli šūnas iekšienē un olbaltumvielu hema grupas dzelteno stāvokli, kas satur minēto kofaktoru.

Olbaltumvielu locīšana

Kad tas piedalās olbaltumvielu salocīšanā, šķiet, ka tai ir svarīga reducētāja funkcija disulfīdu tiltiem, kas olbaltumvielu struktūrās ir veidojušies neatbilstoši, kas parasti ir pakļauts oksidētāju, piemēram, skābekļa, ūdeņraža peroksīda, peroksinitrīta, un daži superoksīdi.

Eritrocītu funkcija

Eritrocītos samazināts glutations (GSH), ko ražo enzīma glutationa reduktāze, kurā tiek izmantots pentozes fosfāta ceļā iegūtais NADPH, veicina ūdeņraža peroksīda izvadīšanu, izmantojot citas fermenta katalizētu reakciju: glutationu. peroksidāze, kas ražo ūdeni un oksidētu glutationu (GSSG).

Ūdeņraža peroksīda sadalīšanās un līdz ar to tā uzkrāšanās eritrocītos novēršana paildzina šo šūnu dzīves laiku, jo tas ļauj izvairīties no oksidatīviem bojājumiem, kas var rasties šūnu membrānā un kas var izraisīt hemolīzi.

Ksenobiotisko metabolismu

Glutations ir arī nozīmīgs ksenobiotiskā metabolisma spēlētājs, pateicoties glutationa S-transferāzes enzīmu darbībai, kas rada glutationa konjugātus, kurus pēc tam var metabolizēt intracelulāri.

Ir saprātīgi atcerēties, ka termins "ksenobiotika" tiek lietots, lai apzīmētu narkotikas, vides piesārņotājus un ķīmiskos kancerogēnus, kuriem organisms ir pakļauts.

Šūnu oksidatīvais stāvoklis

Tā kā glutations pastāv divās formās - vienā reducētā un otrā oksidētajā, attiecības starp abām molekulām nosaka šūnu redoksa stāvokli. Ja GSH / GSSG attiecība ir lielāka par 100, šūnas tiek uzskatītas par veselām, bet, ja tas ir tuvu 1 vai 10, tas var būt indikators, ka šūnas atrodas oksidatīvā stresa stāvoklī.

Biosintēze

Glutationa tripeptīds tiek sintezēts šūnā gan augos, gan dzīvniekos, iedarbojoties diviem fermentiem: (1) γ-glutamilcisteīna sintetāze un (2) glutationa sintetāze (GSH sintetāze), vienlaikus sadaloties vai " sadalīšanās ”ir atkarīga no fermenta γ-glutamiltranspeptidāzes darbības.

Augu organismos katru enzīmu kodē viens gēns, un jebkura proteīna vai to kodējošo gēnu defekti var izraisīt embrija letalitāti.

Cilvēkiem, tāpat kā citiem zīdītājiem, galvenā glutationa sintēzes un eksporta vieta ir aknas, jo īpaši aknu šūnās (hepatocītos), kas ieskauj venozos kanālus, kas pārvadā asinis un citas vielas uz un no orgāna jautājums.

Glutationa sintēzei de novo, tās reģenerācijai vai pārstrādei nepieciešama ATP enerģija.

Samazināts glutations (GSH)

Samazinātu glutationu iegūst no aminoskābēm glicīna, glutamāta un cisteīna, kā jau minēts, un tā sintēze sākas ar glutamāta (R grupas) γ-karboksilgrupas aktivizēšanu (izmantojot ATP), veidojot acilfosfāta starpproduktu, kas tam uzbrūk cisteīna α-aminogrupa.

Šo pirmo divu aminoskābju kondensācijas reakciju katalizē γ-glutamilcisteīna sintetāze, un parasti to ietekmē aminoskābju glutamāta un cisteīna pieejamība šūnās.

Šādi izveidotais dipeptīds pēc tam tiek kondensēts ar glicīna molekulu, pateicoties GSH sintetāzes darbībai. Šīs reakcijas laikā notiek arī cisteīna α-karboksilgrupas aktivizēšana ar ATP, veidojot acilfosfātu un tādējādi veicinot reakciju ar glicīna atlikumu.

Oksidēts glutations (GSSG)

Kad reducēts glutations piedalās oksidācijas-reducēšanās reakcijās, oksidēto formu faktiski veido divas glutationa molekulas, kas savienotas kopā caur disulfīdu tiltiem; šī iemesla dēļ oksidētā forma tiek saīsināta ar saīsinājumu "GSSG".

Glutationa oksidēto sugu veidošanās ir atkarīga no fermenta, kas pazīstams kā glutationo peroksidāze vai GSH peroksidāze, kas ir peroksidāze, kas satur selenocisteīnu (cisteīna atlikumu, kam sēra atoma vietā ir selēna atoms). aktīvs.

Mijiedarbība starp oksidēto un reducēto formu notiek, pateicoties GSSG reduktāzes vai glutationa reduktāzes līdzdalībai, kura izmanto NAPDH, lai katalizētu GSSG reducēšanu skābekļa klātbūtnē, vienlaikus veidojot ūdeņraža peroksīdu.

Ieguvumi no tā uzņemšanas

Glutationu var ievadīt perorāli, lokāli, intravenozi, intranazāli vai izsmidzināt, lai palielinātu tā sistēmisko koncentrāciju, piemēram, pacientiem, kuri cieš no oksidatīvā stresa.

Vēzis

Pētījumi par glutationa perorālu ievadīšanu liecina, ka glutationa lietošana var samazināt perorālā vēža risku un, ja to lieto kopā ar oksidatīviem ķīmijterapijas līdzekļiem, tas samazina terapijas negatīvo ietekmi vēža slimniekiem.

HIV

Parasti pacientiem, kas inficēti ar iegūto imūndeficīta vīrusu (HIV), ir starpšūnu glutationa deficīts gan eritrocītos, gan T šūnās un monocītos, kas nosaka to pareizu darbību.

Morisa et al. Pētījumā tika parādīts, ka glutationa piegāde makrofāgiem no HIV pozitīviem pacientiem ievērojami uzlaboja šo šūnu darbību, īpaši pret infekcijām ar oportūnistiskiem patogēniem, piemēram, M. tuberculosis.

Muskuļu aktivitāte

Citi pētījumi ir saistīti ar muskuļu kontraktilās aktivitātes uzlabošanu, antioksidatīvo aizsardzību un oksidatīvajiem bojājumiem, kas rodas, reaģējot uz išēmijas / reperfūzijas ievainojumiem pēc perorālas GSH ievadīšanas fiziskās pretestības treniņa laikā.

Aknu patoloģijas

Savukārt tika uzskatīts, ka tā norīšana vai intravenoza ievadīšana veic dažu vēža veidu progresēšanas novēršanu un šūnu bojājumu mazināšanu, kas rodas noteiktu aknu patoloģiju rezultātā.

Antioksidants

Lai arī ne visi ziņotie pētījumi ir veikti ar pacientiem, bet parasti tie ir izmēģinājumi ar dzīvnieku modeļiem (parasti peles), dažos klīniskajos pētījumos iegūtie rezultāti apliecina eksogēnā glutationa kā antioksidanta efektivitāti.

Šī iemesla dēļ to lieto kataraktas un glaukomas ārstēšanai kā "anti-novecošanās" līdzekli, hepatīta, daudzu sirds slimību, atmiņas zuduma un imūnsistēmas stiprināšanai, kā arī attīrīšana pēc saindēšanās ar smagajiem metāliem un narkotikām.

"Absorbcija"

Ārēji ievadīts glutations nevar iekļūt šūnās, ja tas nav hidrolizēts līdz tā sastāvā esošajām aminoskābēm. Tāpēc šī savienojuma ievadīšanas (perorāli vai intravenozi) tiešā iedarbība ir GSH intracelulārās koncentrācijas palielināšanās, pateicoties tā sintēzei nepieciešamo aminoskābju devumam, ko var efektīvi transportēt uz citozītu.

Blakus efekti

Lai gan glutationa uzņemšana tiek uzskatīta par "drošu" vai nekaitīgu, nav veikti pietiekami pētījumi par tā blakusparādībām.

Tomēr no dažiem ziņotajiem pētījumiem ir zināms, ka tam var būt negatīva ietekme, ko rada mijiedarbība ar citām zālēm, un tas var būt kaitīgs veselībai dažādās fizioloģiskās situācijās.

Ja to lieto ilgstoši, šķiet, ka tie rīkojas, lai pārmērīgi samazinātu cinka līmeni, un, papildus tam, ja to ieelpo, tas var izraisīt smagus astmas lēkmes astmatiskiem pacientiem.

Atsauces

1. Allens, J., un Bredlijs, R. (2011). Orālā glutationa papildināšanas ietekme uz sistēmisko oksidatīvā stresa biomarķieriem brīvprātīgajiem. The Journal of Alternative and Complementary Medicine, 17 (9), 827–833.
2. Konklins, KA (2009). Diētiskie antioksidanti vēža ķīmijterapijas laikā: ietekme uz ķīmijterapijas efektivitāti un blakusparādību attīstība. Uzturs un vēzis, 37 (1), 1. – 18.
3. Meister, A. (1988). Glutationa metabolisms un tā selektīvā modifikācija. The Journal of Biological Chemistry, 263 (33), 17205–17208.
4. Meister, A., & Anderson, ME (1983). Glutations. Ann. Rev Biochem. , 52, 711-760.
5. Moriss, D., Guerra, C., Khurasany, M., Guilford, F., & Saviola, B. (2013). Glutationa papildināšana uzlabo HIV makrofāgu funkcijas. Interferona un citokīnu pētījumu žurnāls, 11.
6. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harpera ilustrētā bioķīmija (28. izdevums). McGraw-Hill Medical.
7. Nelsons, DL, & Cox, MM (2009). Lehingera bioķīmijas principi. Omega izdevumi (5. izdevums). 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). Glutations augos: integrēts pārskats. Augi, šūnas un vide, 35, 454–484.
9. Pizzorno, J. (2014). Glutations! Izmeklējošā medicīna, 13. (1), 8. – 12.
10. Qanungo, S., Starke, DW, Pai, H. V, Mieyal, JJ, & Nieminen, A. (2007). Glutationa papildināšana pastiprina hipoksisko apoptozi, veicot p65-NFkB S-glutationilāciju. The Journal of Biological Chemistry, 282 (25), 18427-18436.
11. Ramires, PR, & Ji, LL (2001). Glutationa papildināšana un apmācība palielina miokarda izturību pret išēmiju-reperfūziju in vivo. Ann. J. Fiziols. Sirds aplis. Fiziols. , 281, 679-688.
12. Sies, H. (2000). Glutations un tā loma šūnu funkcijās. Bezmaksas radikālā bioloģija un medicīna R, 27 (99), 916–921.
13. Wu, G., Fang, Y., Yang, S., Lupton, JR, & Turner, ND (2004). Glutationa metabolisms un tā ietekme uz veselību. Amerikas uztura zinātņu biedrība, 489. – 492.