ГЛУТАТІОН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦІЇ, БІОСИНТЕЗ - БІОЛОГІЯ - 2025

Глутатіон ( GSH ) являє собою невелика молекула трипептида (тільки три амінокислотних залишки) небелкового бере участь у багатьох біологічних явищах , таких як ферментативні механіки, биосинтетические макромолекули, проміжний метаболізм, токсичність кисню, внутрішньоклітинний транспорт і т.д.

Цей невеликий пептид, присутній у тварин, рослин та деяких бактерій, вважається оксидо-відновним «буфером», оскільки він є одним з основних низькомолекулярних сполук, що містить сірку і не має токсичності, пов'язаної з залишки цистеїну.

Молекулярна структура глутатіону (Джерело: Клаудіо Пістіллі через Wikimedia Commons)

Деякі захворювання у людини були пов'язані з дефіцитом специфічних ферментів метаболізму глутатіону, і це пов'язано з його численними функціями в підтримці гомеостазу організму.

Неправильне харчування, окислювальний стрес та інші патології, від яких страждає людина, можуть свідчити як різке зниження глутатіону, через що воно іноді є хорошим показником стану здоров'я систем організму.

Для рослин, таким же чином, глутатіон є важливим фактором їх росту та розвитку, оскільки він також виконує функції в безлічі біосинтетичних шляхів і є важливим для клітинної детоксикації та внутрішнього гомеостазу, де він діє як потужний антиоксидант.

характеристики

Перші дослідження, проведені стосовно субклітинного розташування глутатіону, показали, що він присутній у мітохондріях. Пізніше це спостерігалось і в області, що відповідає ядерній матриці, і в пероксисомах.

В даний час відомо, що відділення, де його концентрація найбільше, знаходиться в цитозолі, оскільки там він активно виробляється і транспортується до інших клітинних відділень, таких як мітохондрії.

У клітинах ссавців концентрація глутатіону знаходиться в мілімольному діапазоні, тоді як у плазмі крові його знижена форма (GSH) виявляється в мікромолярних концентраціях.

Ця внутрішньоклітинна концентрація дуже нагадує концентрацію глюкози, калію та холестерину, необхідних елементів для клітинної структури, функції та обміну речовин.

Деякі організми володіють аналогами або варіантами глутатіону. Протозойські паразити, які вражають ссавців, мають форму, відому як "трипанотіон", а у деяких бактерій ця сполука заміщується іншими молекулами сірки, такими як тіосульфат та глутамілцистеїн.

Окремі види рослин мають, окрім глутатіону, гомологічні молекули, що мають інші залишки, ніж гліцин на кінцевому кінці С (гомоглутатіон), і які характеризуються тим, що мають аналогічні функції, ніж у відповідного трипептиду.

Незважаючи на існування інших сполук, подібних глутатіону в різних організмах, це один із "тіолів", що виявляються в найбільшій концентрації внутрішньоклітинно.

Високе співвідношення, яке зазвичай існує між відновленою формою (GSH) та окисленою формою (GSSG) глутатіону, є ще однією відмінною рисою цієї молекули.

Будова

Глутатіон або L-γ-глутаміл-L-цистеїніл-гліцин, як випливає з його назви, складається з трьох амінокислотних залишків: L-глутамат, L-цистеїн та гліцин. Залишки цистеїну та гліцину пов'язані між собою через загальні пептидні зв’язки, тобто між α-карбоксильною групою однієї амінокислоти та α-аміногрупою іншої.

Однак зв'язок, що виникає між глутаматом та цистеїном, не є типовим для білків, оскільки він відбувається між γ-карбоксильною частиною R групи глутамату та α-аміногрупою цистеїну, тому ця зв'язка є її називають γ-зв’язком.

Ця маленька молекула має молярну масу трохи більше 300 г / моль, і наявність γ-зв’язку є визначальним для імунітету цього пептиду проти дії багатьох ферментів амінопептидази.

Особливості

Як було сказано, глутатіон - це білок, який бере участь у численних клітинних процесах у тварин, рослин та певних прокаріотів. У цьому сенсі його загальна участь у:

-Процеси синтезу та деградації білків

-Утворення попередників ДНК рибонуклеотидів

-Регуляція активності деяких ферментів

-Захист клітин у присутності реакційноздатних видів кисню (ROS) та інших вільних радикалів

-Сигнальна трансдукція

-Генетичне вираження і в

-Аптоз або запрограмована загибель клітин

Кофермент

Глутатіон також був визначений як коензим у багатьох ферментативних реакціях, і частина його значення пов'язана з його здатністю транспортувати амінокислоти у вигляді γ-глутамілових амінокислот внутрішньоклітинно.

Глютатіон, який може покинути клітину (що вона робить у зниженому вигляді), здатний брати участь у реакціях відновлення окислення в околицях плазматичної мембрани та навколишнього клітинного середовища, що захищає клітини від пошкодження від різні класи окислювачів.

Зберігання цистеїну

Цей трипептид також функціонує як джерело зберігання цистеїну та сприяє підтримці зниженого стану сульфгідрильних груп білків у внутрішній клітині та чорного стану гемової групи білків, що містять зазначений кофактор.

Білковий склад

Коли він бере участь у згортанні білка, він, як виявляється, виконує важливу функцію як відновлюючого мосту для дисульфідних містків, які утворилися невідповідно в білкових структурах, що, як правило, пояснюється впливом окислювачів, таких як кисень, перекис водню, пероксинітрит і деякі супероксиди.

Функція еритроцитів

В еритроцитах знижений глутатіон (GSH), що виробляється ферментом глутатіонредуктази, який використовує НАДФН, що утворюється шляхом пентозофосфатного шляху, сприяє виведенню перекису водню шляхом реакції, каталізованої іншим ферментом: глутатіон пероксидаза, яка виробляє воду та окислений глутатіон (GSSG).

Розпад перекису водню і, отже, запобігання його накопиченню в еритроцитах продовжує тривалість життя цих клітин, оскільки це дозволяє уникнути окислювального пошкодження, яке може відбутися в клітинній мембрані і може закінчитися гемолізом.

Ксенобіотичний обмін

Глутатіон також є важливим гравцем ксенобіотичного метаболізму, завдяки дії ферментів глутатіону S-трансферази, які генерують кон'югати глутатіону, які потім можуть метаболізуватися внутрішньоклітинно.

Доцільно пам’ятати, що термін «ксенобіотик» використовується для позначення лікарських засобів, забруднювачів навколишнього середовища та хімічних канцерогенів, яким піддається організм.

Окислювальний стан клітин

Оскільки глутатіон існує у двох формах - одній зниженій та одній окисленій, зв’язок між двома молекулами визначає окислювально-відновний стан клітин. Якщо співвідношення GSH / GSSG більше 100, клітини вважаються здоровими, але якщо воно близьке до 1 або 10, це може бути показником того, що клітини перебувають у стані окислювального стресу.

Біосинтез

Трипептид глутатіону синтезується всередині клітини, як у рослин, так і тварин, дією двох ферментів: (1) γ-глутамілцистеїн синтетази та (2) глутатіон синтетази (GSH синтетаза) при одночасному її руйнуванні або " розкладання »залежить від дії ферменту γ-глутаміл-транспептидази.

У рослинних організмах кожен з ферментів кодується одним геном, і дефекти будь-якого з білків або їх кодуючих генів можуть спричинити летальність в ембріонах.

У людини, як і в інших ссавців, головним місцем синтезу та експорту глутатіону є печінка, зокрема клітини печінки (гепатоцити), які оточують венозні канали, які транспортують кров та інші речовини до органу і з нього в питання.

Синтез глутатіону de novo, його регенерація або переробка потребують отримання АТФ енергії.

Знижений глутатіон (GSH)

Знижений глутатіон отримують з амінокислот гліцину, глутамату та цистеїну, як уже згадувалося, і його синтез починається з активації (з використанням АТФ) γ-карбоксильної групи глутамату (R-групи) з утворенням ацилофосфатного проміжного продукту, який його атакує α-аміногрупа цистеїну.

Ця перша реакція конденсації амінокислот каталізується γ-глутамилцистеиновой синтетазою і, як правило, впливає на внутрішньоклітинну доступність амінокислот глутамату та цистеїну.

Утворений таким чином дипептид згодом конденсується з молекулою гліцину завдяки дії синтетази GSH. Під час цієї реакції відбувається також активація АТФ α-карбоксильної групи цистеїну з утворенням ацилфосфату і, таким чином, сприяє реакції з залишком гліцину.

Окислений глутатіон (GSSG)

Коли редукований глутатіон бере участь у реакціях відновлення окислення, окислена форма насправді складається з двох молекул глутатіону, з'єднаних між собою через дисульфідні мости; саме з цієї причини окислена форма скорочується абревіатурою "GSSG".

Утворення окисленого виду глутатіону залежить від ферменту, відомого як глутатіонпероксидаза або GSH пероксидаза, що є пероксидазою, яка містить селеноцистеїн (залишок цистеїну, який замість атома сірки має атом селену). активний.

Взаємоперетворення між окисленою та відновленою формами відбувається завдяки участі редуктази GSSG або глутатіонредуктази, яка використовує NAPDH для каталізації відновлення GSSG у присутності кисню при одночасному утворенні перекису водню.

Переваги його споживання

Глютатіон можна вводити перорально, місцево, внутрішньовенно, інтраназально або небулізувати, щоб збільшити його системну концентрацію, наприклад, у пацієнтів, що страждають від окислювального стресу.

Рак

Дослідження перорального прийому глутатіону свідчать, що прийом глутатіону може знизити ризики раку ротової порожнини та що при застосуванні спільно з окислювальними хіміотерапевтичними препаратами він зменшує негативні наслідки терапії у онкологічних хворих.

ВІЛ

Як правило, пацієнти, інфіковані вірусом імунодефіциту (ВІЛ), мають внутрішньоклітинний дефіцит глутатіону як в еритроцитах, так і в Т-клітинах та моноцитах, що визначає їх правильну роботу.

У дослідженні Morris et al. Було показано, що постачання глутатіону макрофагам у ВІЛ-позитивних пацієнтів значно покращує функцію цих клітин, особливо проти інфекцій з умовно-патогенними патогенами, такими як M. tuberculosis.

М'язова активність

Інші дослідження стосуються поліпшення скорочувальної активності м'язів, антиоксидантного захисту та окислювальної шкоди, спричиненої у відповідь на травми ішемії / реперфузії після перорального прийому GSH під час тренувань фізичного опору.

Патології печінки

В свою чергу вважалося, що його прийом всередину або внутрішньовенне введення має функції запобігання прогресуванню деяких видів раку та зменшення клітинного ураження, що виникає внаслідок певних патологій печінки.

Антиоксидант

Незважаючи на те, що не всі досліджувані дослідження були проведені на пацієнтах людини, але зазвичай це тести на моделях тварин (зазвичай мишачі), результати, отримані в деяких клінічних випробуваннях, підтверджують ефективність екзогенного глутатіону як антиоксиданту.

З цієї причини його використовують для лікування катаракти та глаукоми, як «антивіковий» продукт, для лікування гепатиту, численних захворювань серця, втрати пам’яті та для зміцнення імунної системи та очищення після отруєння важкими металами та наркотиками.

"Поглинання"

Екзогенно введений глутатіон не може потрапляти в клітини, якщо його не гідролізують до складових амінокислот. Тому прямим ефектом введення (перорального або внутрішньовенного введення) цієї сполуки є збільшення внутрішньоклітинної концентрації GSH завдяки внеску необхідних для її синтезу амінокислот, які можуть ефективно транспортуватися до цитозолу.

Побічні ефекти

Хоча споживання глутатіону вважається "безпечним" або нешкідливим, недостатньо досліджень щодо його побічних ефектів.

Однак з кількох повідомлених досліджень відомо, що це може мати негативні наслідки, що виникають внаслідок взаємодії з іншими лікарськими засобами, і які можуть бути шкідливими для здоров'я в різних фізіологічних контекстах.

Якщо його приймати довгостроково, здається, що вони впливають на надмірне зниження рівня цинку, і, крім того, якщо він вдихається, він може викликати сильні напади астми у хворих на астму.

Список літератури

1. Allen, J., & Bradley, R. (2011). Вплив орального глютатіону на пероральний біомаркер системного окислювального стресу у добровольців людини. Журнал альтернативної та комплементарної медицини, 17 (9), 827–833.
2. Конклин, К.А. (2009). Дієтичні антиоксиданти під час хіміотерапії раку: вплив на хіміотерапевтичну ефективність та розвиток побічних ефектів. Харчування та рак, 37 (1), 1–18.
3. Майстер, А. (1988). Метаболізм глутатіону та його селективна модифікація. Журнал біологічної хімії, 263 (33), 17205-17208.
4. Meister, A., Anderson, ME (1983). Глютатіон. Енн. Преподобний Biochem. , 52, 711-760.
5. Morris, D., Guerra, C., Khurasany, M., Guilford, F., & Saviola, B. (2013). Доповнення глутатіону покращує функції макрофагів при ВІЛ. Журнал досліджень інтерферону та цитокінів, 11.
6. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Ілюстрована біохімія Харпера (28 вид.). McGraw-Hill Medical.
7. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Принципи біохімії Ленінгера. Видання «Омега» (5-е видання). 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). Глютатіон у рослинах: інтегрований огляд. Рослина, клітини та довкілля, 35, 454–484.
9. Pizzorno, J. (2014). Глутатіон! Наукова медицина, 13 (1), 8–12.
10. Qanungo, S., Starke, DW, Pai, H. V, Mieyal, JJ, & Nieminen, A. (2007). Доповнення глутатіону потенціює гіпоксичний апоптоз шляхом S-глутатіонілювання p65-NFkB. Журнал біологічної хімії, 282 (25), 18427-18436.
11. Ramires, PR, & Ji, LL (2001). Добавки та тренування глутатіону збільшують стійкість міокарда до ішемії-реперфузії in vivo. Енн. Дж. Фізіол. Серцевий круг. Фізіол. , 281, 679-688.
12. Sies, H. (2000). Глутатіон та його роль у клітинних функціях. Безкоштовна радикальна біологія та медицина R, 27 (99), 916–921.
13. Ву, Г., Фанг, Ю., Ян, С., Луптон, Дж. Р. і Тернер, штат Нью-Йорк (2004). Метаболізм глутатіону та його наслідки для здоров'я. Американське товариство харчових наук, 489–492.