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

Glutation (GSH) je mala molekula tripeptid (samo tri aminokiselinskih ostataka) nonprotein uključen u mnoge biološke pojave, kao što su enzimske mehaniku, biosintetskih makromolekule posredničkom metabolizmu, toksičnost kisika, unutarstanični transport itd

Ovaj mali peptid prisutan u životinjama, biljkama i nekim bakterijama smatra se oksidom koji smanjuje oksido, jer je jedan od glavnih spojeva male molekulske mase koji sadrži sumpor i nedostaje mu toksičnosti povezane s cisteinski ostaci.

Molekularna struktura glutation-a (Izvor: Claudio Pistilli putem Wikimedia Commonsa)

Neke su bolesti kod ljudi povezane s nedostatkom specifičnih enzima metabolizma glutationa, a to je posljedica njegovih višestrukih funkcija u održavanju homeostaze tijela.

Pothranjenost, oksidativni stres i druge patologije koje su pretrpjela ljudska bića mogu se pokazati kao drastično smanjenje glutationa, zbog čega je ponekad dobar pokazatelj zdravstvenog stanja tjelesnih sustava.

Za biljke je glutation, na isti način, nezamjenjiv faktor njihovog rasta i razvoja, jer također ispunjava funkcije u više biosintetskih putova i neophodan je za staničnu detoksikaciju i unutrašnju homeostazu, gdje djeluje kao moćan antioksidans.

karakteristike

Prve studije provedene u odnosu na subcelularno mjesto glutationa pokazale su da je on prisutan u mitohondrijama. Kasnije je također uočen u regiji koja odgovara nuklearnoj matrici i u peroksisomima.

Trenutno je poznato da se odjeljak u kojem je njegova koncentracija najbrojnija nalazi u citosolu, budući da se tamo aktivno proizvodi i transportira u druge stanične odjele, poput mitohondrija.

U stanicama sisavaca koncentracija glutation je u milimolskom rasponu, dok se u krvnoj plazmi njegov smanjeni oblik (GSH) nalazi u mikromolarnim koncentracijama.

Ova unutarćelijska koncentracija vrlo nalikuje koncentraciji glukoze, kalija i kolesterola, bitnih elemenata za staničnu strukturu, funkciju i metabolizam.

Neki organizmi posjeduju glutation-analogne ili varijantne molekule. Protozojski paraziti koji utječu na sisavce imaju oblik poznat kao "tripanoksion", a u nekim bakterijama ovaj spoj zamjenjuju se drugim molekulama sumpora poput tiosulfata i glutamilcisteina.

Određene biljne vrste imaju, osim glutation, i homologne molekule koje na C-terminalnom kraju (homoglutation) imaju ostatke osim glicina, a za koje je karakteristično da imaju slične funkcije kao i kod dotičnog tripeptida.

Unatoč postojanju drugih spojeva sličnih glutationu u različitim organizmima, ovo je jedan od "tiola" koji se nalaze u najvećoj koncentraciji unutarćelijski.

Visoki omjer koji normalno postoji između reduciranog oblika (GSH) i oksidiranog oblika (GSSG) glutationa je još jedna odlika ove molekule.

Struktura

Glutation ili L-y-glutamil-L-cisteinil-glicin, kao što mu ime govori, sastoje se od tri aminokiselinska ostatka: L-glutamat, L-cistein i glicin. Ostaci cisteina i glicina povezani su zajedničkim putem zajedničkim peptidnim vezama, to jest između α-karboksilne skupine jedne aminokiseline i α-amino grupe druge.

Međutim, veza koja nastaje između glutamata i cisteina nije tipična za proteine, budući da postoji između γ-karboksilnog dijela R skupine glutamata i α-amino skupine cisteina, tako da je ta veza naziva se γ vezom.

Ova mala molekula ima molarnu masu od nešto više od 300 g / mol, a čini se da je γ veza presudna za imunitet ovog peptida protiv djelovanja mnogih enzima aminopeptidaze.

Značajke

Kao što je spomenuto, glutation je protein koji sudjeluje u brojnim staničnim procesima kod životinja, biljaka i određenih prokariota. U tom smislu, njegovo opće sudjelovanje u:

- Procesi sinteze i razgradnje proteina

- Formiranje prekursora ribonukleotida DNA

- Regulacija aktivnosti nekih enzima

- Zaštita stanica u prisutnosti reaktivnih vrsta kisika (ROS) i ostalih slobodnih radikala

-Prijenos signala

-Genetički izraz i u

-Aptoza ili programirana stanična smrt

koenzim

Također je određeno da je glutation bio koenzim u mnogim enzimskim reakcijama, a dio njegove važnosti povezan je s njegovom sposobnošću transporta aminokiselina u obliku γ-glutamil aminokiselina unutar staničnih stanica.

Glutation koji može napustiti stanicu (što čini u smanjenom obliku) sposoban je sudjelovati u reakcijama redukcije oksidacije u blizini plazma membrane i okolnog staničnog okruženja, koji štiti stanice od oštećenja od različite klase oksidansa.

Skladište cisteina

Ovaj tripeptid funkcionira i kao izvor cisteinskog skladištenja i doprinosi održavanju reduciranog stanja sulfhidrilnih skupina proteina u staničnoj unutrašnjosti i željeznom stanju hemske skupine proteina koji sadrže navedeni kofaktor.

Savijanje proteina

Kad sudjeluje u sakupljanju proteina, čini se da ima važnu funkciju kao reducirajućeg sredstva za disulfidne mostove koji su se na neprimjeren način formirali u proteinskim strukturama, što je obično posljedica izlaganja oksidantima poput kisika, vodikovog peroksida, peroksinitrita i neki superoksidi.

Funkcija eritrocita

U eritrocitima, reducirani glutation (GSH) proizveden enzimom glutation-reduktaza, koji koristi NADPH proizveden putem pentoz fosfata, doprinosi uklanjanju vodikovog peroksida reakcijom kataliziranom drugim enzimom: glutation peroksidaza, koja stvara vodu i oksidirani glutation (GSSG).

Propadanje vodikovog peroksida, a samim tim i sprječavanje njegovog nakupljanja u eritrocitima, produljuje životni vijek tih stanica, jer se time izbjegavaju oksidacijska oštećenja koja mogu nastati u staničnoj membrani i koja mogu dovesti do hemolize.

Ksenobiotički metabolizam

Glutation je također važan igrač u metabolizmu ksenobiotika, zahvaljujući djelovanju enzima glutation S-transferaze koji stvaraju glutation-konjugate koji se mogu metabolizirati unutar staničnog metabolizma.

Razumno je zapamtiti da se izraz "ksenobiotik" koristi za označavanje lijekova, zagađivača okoliša i kemijskih karcinogena kojima je organizam izložen.

Oksidativno stanje stanica

Budući da glutation postoji u dva oblika, jednom reduciranom i jednom oksidiranom, odnos između dviju molekula određuje redox-stanje stanica. Ako je omjer GSH / GSSG veći od 100, stanice se smatraju zdravim, ali ako je blizu 1 ili 10, to može biti pokazatelj da su stanice u stanju oksidativnog stresa.

biosinteza

Triptaptid glutation-sintetizira se u stanici, i u biljkama i u životinjama, djelovanjem dva enzima: (1) γ-glutamilcistein sintetaza i (2) glutation-sintetaza (GSH sintetaza), dok se razgradnjom ili " razgradnja “ovisi o djelovanju enzima γ-glutamil transpeptidaze.

U biljnim organizmima svaki je enzim kodiran jednim genom i oštećenja bilo kojeg od proteina ili njihovih enkodirajućih gena mogu uzrokovati smrtonosnost embrija.

Kod ljudi je, kao i kod drugih sisavaca, glavno mjesto sinteze i izvoza glutationa jetra, posebno u stanicama jetre (hepatociti) koji okružuju venske kanale koji prevoze krv i druge tvari do i iz organa u pitanje.

Za sintezu glutationa, njegovu regeneraciju ili recikliranje, potrebna je ATP energija.

Smanjeni glutation (GSH)

Reducirani glutation potiče od aminokiselina glicina, glutamata i cisteina, kao što je već spomenuto, a njegova sinteza započinje aktivacijom (korištenjem ATP) γ-karboksilne skupine glutamata (R skupine), čime nastaje intermedijarni acil-fosfat, koji napada ga α-amino skupina cisteina.

Prve dvije reakcije kondenzacije aminokiselina katalizira γ-glutamilcistein sintetaza i obično je pod utjecajem unutarćelijske dostupnosti aminokiselina glutamata i cisteina.

Tako nastali dipeptid kondenzira se s molekulom glicina zahvaljujući djelovanju GSH sintetaze. Tijekom ove reakcije dolazi i do aktiviranja s ATP α-karboksilne skupine cisteina, čime nastaje acil-fosfat i tako pogoduje reakciji s glicinskim ostatkom.

Oksidirani glutation (GSSG)

Kad reducirani glutation sudjeluje u oksidacijsko-redukcijskim reakcijama, oksidirani oblik zapravo čine dvije molekule glutation koje su povezane kroz disulfidne mostove; zbog toga je oksidirani oblik skraćen sa akronimom "GSSG".

Stvaranje oksidirane vrste glutationa ovisi o enzimu poznatom kao glutation peroksidaza ili GSH peroksidaza, što je peroksidaza koja sadrži selenocistein (cisteinski ostatak koji umjesto da ima atom sumpora ima atom selena). aktivan.

Do međusobne pretvorbe između oksidiranih i reduciranih oblika dolazi zahvaljujući sudjelovanju GSSG reduktaze ili glutation-reduktaze, koji koristi NAPDH za kataliziranje redukcije GSSG-a u prisutnosti kisika, uz istodobno stvaranje vodikovog peroksida.

Prednosti njegovog unosa

Glutation se može davati oralno, topički, intravenozno, intranazalno ili nebulizirano, kako bi se povećala njegova sistemska koncentracija, na primjer, kod pacijenata koji pate od oksidativnog stresa.

Rak

Istraživanja o oralnoj primjeni glutationa sugeriraju da uzimanje glutation može smanjiti rizik od oralnog karcinoma i da, ako se primjenjuje u kombinaciji s oksidativnim kemoterapeuticima, smanjuje negativne učinke terapije u pacijenata s karcinomom.

HIV

Općenito, pacijenti zaraženi stečenim virusom imunodeficijencije (HIV) imaju unutarćelijski nedostatak glutationa u crvenim krvnim stanicama i T stanicama i monocitima, što određuje njihovo ispravno funkcioniranje.

U studiji Morris i sur. Pokazalo se da je opskrba glutationom u makrofage kod HIV pozitivnih pacijenata značajno poboljšala funkciju ovih stanica, posebno protiv infekcija oportunističkim patogenima kao što je M. tuberculosis.

Aktivnost mišića

Ostale studije imaju veze s poboljšanjem kontraktilne aktivnosti mišića, antioksidativnom obranom i oksidacijskim oštećenjima uzrokovanim kao odgovor na ishemiju / reperfuzijsku ozljedu nakon oralne primjene GSH-a tijekom treninga fizičke otpornosti.

Patologije jetre

Smatra se, pak, da njegov unos ili intravenska primjena djeluje u sprječavanju napredovanja nekih vrsta karcinoma i smanjenju staničnog oštećenja nastalog kao rezultat određenih patologija jetre.

antioksidans

Unatoč činjenici da nisu zabilježene sve studije provedene na ljudskim pacijentima, već su to obično ispitivanja na životinjskim modelima (općenito na mišjim), rezultati dobiveni u nekim kliničkim ispitivanjima potvrđuju učinkovitost egzogenog glutationa kao antioksidansa.

Iz tog razloga se koristi za liječenje katarakte i glaukoma, kao sredstvo protiv starenja, za liječenje hepatitisa, brojnih bolesti srca, gubitka pamćenja i za jačanje imunološkog sustava, te za pročišćavanje nakon trovanja teškim metalima i lijekovima.

„Apsorpcije”

Egzogeni primjena glutationa ne može ući u stanice ako nije hidroliziran u svoje sastavne aminokiseline. Stoga je izravni učinak primjene (oralno ili intravenski) ovog spoja povećanje intracelularne koncentracije GSH zahvaljujući doprinosu aminokiselina potrebnih za njegovu sintezu, koje se mogu učinkovito transportirati u citosol.

Nuspojave

Iako se unos glutationa smatra "sigurnim" ili bezopasnim, nije učinjeno dovoljno studija na njegove nuspojave.

Međutim, od nekoliko prijavljenih studija poznato je da može imati negativne učinke koji proizlaze iz interakcije s drugim lijekovima i koji mogu biti štetni za zdravlje u raznim fiziološkim kontekstima.

Ako se uzima dugoročno, čini se da djeluju pretjerano u smanjenju razine cinka, a osim toga, ako se udahne, može izazvati teške napade astme kod astmatičnih bolesnika.

Reference

1. Allen, J., i Bradley, R. (2011). Učinci oralne dodavanja glutationu biološkim markerima sustavnog oksidacijskog stresa kod ljudskih volontera. Časopis za alternativnu i komplementarnu medicinu, 17 (9), 827–833.
2. Conklin, KA (2009). Dijetalni antioksidanti tijekom kemoterapije raka: Utjecaj na kemoterapijsku učinkovitost i razvoj nuspojava. Prehrana i rak, 37 (1), 1–18.
3. Meister, A. (1988). Metabolizam glutation i njegova selektivna modifikacija. Časopis za biološku kemiju, 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., i Saviola, B. (2013). Dodatak glutationa poboljšava funkcije makrofaga u HIV-u. Časopis za istraživanje interferona i citokina, 11.
6. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (28. izd.). McGraw-Hill Medical.
7. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerovi principi biokemije. Omega izdanja (5. izd.).
8. Noctor, G., Mhamdi, A., Chaouch, S., Han, YI, Neukermans, J., Marquez-garcia, B.,… Foyer, CH (2012). Glutation u biljkama: integrirani pregled. Biljka, ćelije i okoliš, 35, 454–484.
9. Pizzorno, J. (2014). Glutation! Istraživačka medicina, 13 (1), 8–12.
10. Qanungo, S., Starke, DW, Pai, H. V, Mieyal, JJ, i Nieminen, A. (2007). Supplementacija glutation potencira hipoksičnu apoptozu S-glutationomilacijom p65-NFkB. Časopis za biološku kemiju, 282 (25), 18427-18436.
11. Ramires, PR, & Ji, LL (2001). Nadoknada glutationa i trening povećava otpornost miokarda na ishemijsko-reperfuziju in vivo. Ann. J. Physiol. Srčani krug. Physiol., 281, 679-688.
12. Sies, H. (2000). Glutation i njegova uloga u staničnim funkcijama. Slobodna radikalna biologija i medicina R, 27 (99), 916–921.
13. Wu, G., Fang, Y., Yang, S., Lupton, JR, & Turner, ND (2004). Metabolizam glutation-a i njegove posljedice za zdravlje. Američko društvo za prehrambene znanosti, 489–492.