ГЛУТАТИОН: ХАРАКТЕРИСТИКА, СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ, БИОСИНТЕЗ. - БИОЛОГИЯ - 2025

Глутатион ( GSH ) представляет собой небольшая молекула трипептида (только три аминокислотных остатки) небелкового участвует во многих биологических явлениях , таких как ферментативные механики, биосинтетические макромолекулы, промежуточный метаболизм, токсичность кислорода, внутриклеточный транспорт и т.д.

Этот небольшой пептид, присутствующий в организме животных, растений и некоторых бактерий, считается окислительно-восстановительным «буфером», поскольку он является одним из основных низкомолекулярных соединений, содержащих серу и не обладающих токсичностью, связанной с остатки цистеина.

Молекулярная структура глутатиона (Источник: Клаудио Пистилли через Wikimedia Commons)

Некоторые заболевания у людей связаны с дефицитом определенных ферментов метаболизма глутатиона, и это связано с его многочисленными функциями в поддержании гомеостаза организма.

Недоедание, окислительный стресс и другие патологии, от которых страдают люди, могут свидетельствовать о резком снижении уровня глутатиона, поэтому иногда это хороший индикатор состояния здоровья систем организма.

Точно так же для растений глутатион является важным фактором их роста и развития, поскольку он также выполняет функции во многих биосинтетических путях и необходим для клеточной детоксикации и внутреннего гомеостаза, где он действует как мощный антиоксидант.

характеристики

Первые исследования, проведенные в отношении субклеточного расположения глутатиона, показали, что он присутствует в митохондриях. Позже это наблюдалось также в области, соответствующей ядерному матриксу, и в пероксисомах.

В настоящее время известно, что компартмент, где его концентрация наиболее высока, находится в цитозоле, поскольку там он активно продуцируется и транспортируется в другие клеточные компартменты, такие как митохондрии.

В клетках млекопитающих концентрация глутатиона находится в миллимольном диапазоне, тогда как в плазме крови его восстановленная форма (GSH) обнаруживается в микромолярных концентрациях.

Эта внутриклеточная концентрация очень похожа на концентрацию глюкозы, калия и холестерина, необходимых элементов для клеточной структуры, функции и метаболизма.

Некоторые организмы обладают аналогами или вариантами молекул глутатиона. Простейшие паразиты, поражающие млекопитающих, имеют форму, известную как «трипанотион», и у некоторых бактерий это соединение заменяется другими сульфурированными молекулами, такими как тиосульфат и глутамилцистеин.

Некоторые виды растений имеют, помимо глутатиона, гомологичные молекулы, которые имеют остатки, отличные от глицина на С-конце (гомоглутатион), и которые характеризуются функциями, аналогичными функциям рассматриваемого трипептида.

Несмотря на существование других соединений, подобных глутатиону, в различных организмах, это один из «тиолов», обнаруживаемых в самой высокой внутриклеточной концентрации.

Высокое соотношение, которое обычно существует между восстановленной формой (GSH) и окисленной формой (GSSG) глутатиона, является еще одной отличительной особенностью этой молекулы.

Структура

Глутатион или L-γ-глутамил-L-цистеинил-глицин, как следует из названия, состоит из трех аминокислотных остатков: L-глутамата, L-цистеина и глицина. Остатки цистеина и глицина связаны между собой общими пептидными связями, то есть между α-карбоксильной группой одной аминокислоты и α-аминогруппой другой.

Однако связь, которая возникает между глутаматом и цистеином, не типична для белков, поскольку она возникает между γ-карбоксильной частью группы R глутамата и α-аминогруппой цистеина, поэтому эта связь является она называется γ-связью.

Эта небольшая молекула имеет молярную массу чуть более 300 г / моль, и наличие γ-связи, по-видимому, имеет решающее значение для иммунитета этого пептида против действия многих ферментов аминопептидаз.

Характеристики

Как уже упоминалось, глутатион - это белок, который участвует во многих клеточных процессах у животных, растений и некоторых прокариот. В этом смысле его общее участие в:

-Процессы синтеза и распада белка

-Образование ДНК-предшественников рибонуклеотидов

-Регуляция активности некоторых ферментов

-Защита клеток от активных форм кислорода (АФК) и других свободных радикалов

-Преобразование сигнала

-Генетическое выражение и в

-Аптоз или запрограммированная гибель клеток

Коэнзим

Также было определено, что глутатион действует как кофермент во многих ферментативных реакциях, и что отчасти его важность связана с его способностью переносить аминокислоты в форме γ-глутамиламинокислот внутриклеточно.

Глутатион, который может покидать клетку (что он и делает в восстановленной форме), способен участвовать в окислительно-восстановительных реакциях вблизи плазматической мембраны и окружающей клеточной среды, что защищает клетки от повреждений. разные классы окислителей.

Хранение цистеина

Этот трипептид также действует как источник хранения цистеина и способствует поддержанию восстановленного состояния сульфгидрильных групп белков внутри клетки и состояния железа гемовой группы белков, содержащих указанный кофактор.

Сворачивание белков

Когда он участвует в сворачивании белка, он, по-видимому, выполняет важную функцию восстановителя дисульфидных мостиков, которые неправильно образуются в белковых структурах, что обычно происходит из-за воздействия окислителей, таких как кислород, перекись водорода, пероксинитрит и др. некоторые супероксиды.

Функция эритроцитов

В эритроцитах восстановленный глутатион (GSH), продуцируемый ферментом глутатионредуктазой, который использует НАДФН, продуцируемый пентозофосфатным путем, способствует удалению пероксида водорода посредством реакции, катализируемой другим ферментом: глутатионом. пероксидаза, которая производит воду и окисленный глутатион (GSSG).

Распад перекиси водорода и, следовательно, предотвращение его накопления в эритроцитах, продлевает продолжительность жизни этих клеток, поскольку позволяет избежать окислительного повреждения, которое может возникнуть в клеточной мембране и может закончиться гемолизом.

Ксенобиотический метаболизм

Глутатион также играет важную роль в метаболизме ксенобиотиков благодаря действию ферментов глутатион-S-трансферазы, которые генерируют конъюгаты глутатиона, которые затем могут метаболизироваться внутриклеточно.

Разумно помнить, что термин «ксенобиотик» используется для обозначения лекарств, загрязнителей окружающей среды и химических канцерогенов, воздействию которых подвергается организм.

Окислительное состояние клеток

Поскольку глутатион существует в двух формах: восстановленной и окисленной, отношения между двумя молекулами определяют окислительно-восстановительное состояние клеток. Если соотношение GSH / GSSG больше 100, клетки считаются здоровыми, но если оно близко к 1 или 10, это может быть индикатором того, что клетки находятся в состоянии окислительного стресса.

Биосинтез

Трипептид глутатиона синтезируется внутри клетки как у растений, так и у животных под действием двух ферментов: (1) γ-глутамилцистеинсинтетазы и (2) глутатионсинтетазы (GSH-синтетазы), в то время как его разложение или разложение »зависит от действия фермента γ-глутамилтранспептидазы.

В растительных организмах каждый из ферментов кодируется одним геном, и дефекты любого из белков или их кодирующих генов могут вызывать летальность эмбриона.

У людей, как и у других млекопитающих, основным местом синтеза и экспорта глутатиона является печень, особенно в клетках печени (гепатоцитах), которые окружают венозные протоки, по которым кровь и другие вещества транспортируются в орган и из него. вопрос.

Для синтеза глутатиона de novo, его регенерации или рециркуляции требуется энергия АТФ.

Восстановленный глутатион (GSH)

Восстановленный глутатион является производным аминокислот глицина, глутамата и цистеина, как уже упоминалось, и его синтез начинается с активации (с использованием АТФ) γ-карбоксильной группы глутамата (группы R) с образованием промежуточного ацилфосфата, который он атакован α-аминогруппой цистеина.

Эта реакция конденсации первых двух аминокислот катализируется γ-глутамилцистеинсинтетазой и обычно зависит от внутриклеточной доступности аминокислот глутамата и цистеина.

Образованный таким образом дипептид впоследствии конденсируется с молекулой глицина благодаря действию GSH-синтетазы. Во время этой реакции также происходит активация АТФ α-карбоксильной группы цистеина с образованием ацилфосфата, что способствует реакции с остатком глицина.

Окисленный глутатион (GSSG)

Когда восстановленный глутатион участвует в окислительно-восстановительных реакциях, окисленная форма фактически состоит из двух молекул глутатиона, связанных между собой дисульфидными мостиками; по этой причине окисленная форма сокращенно обозначается аббревиатурой «GSSG».

Образование окисленных форм глутатиона зависит от фермента, известного как глутатионпероксидаза или GSH пероксидаза, который представляет собой пероксидазу, которая содержит селеноцистеин (остаток цистеина, который вместо атома серы имеет атом селена). активный.

Взаимопревращение окисленной и восстановленной форм происходит благодаря участию GSSG-редуктазы или глутатионредуктазы, которые используют NAPDH для катализирования восстановления GSSG в присутствии кислорода с сопутствующим образованием перекиси водорода.

Преимущества его приема

Глутатион можно вводить перорально, местно, внутривенно, интраназально или распылять, чтобы, например, повысить его системную концентрацию у пациентов, страдающих окислительным стрессом.

рак

Исследования перорального приема глутатиона показывают, что прием глутатиона может снизить риск рака полости рта и что при приеме в сочетании с окислительными химиотерапевтическими средствами он снижает негативные эффекты терапии у больных раком.

ВИЧ

Как правило, пациенты, инфицированные вирусом приобретенного иммунодефицита (ВИЧ), имеют дефицит внутриклеточного глутатиона как в эритроцитах, так и в Т-клетках и моноцитах, что определяет их правильное функционирование.

В исследовании Morris et al. Было показано, что поступление глутатиона к макрофагам от ВИЧ-положительных пациентов значительно улучшает функцию этих клеток, особенно против инфекций, вызываемых условно-патогенными микроорганизмами, такими как M. tuberculosis.

Мышечная активность

Другие исследования связаны с улучшением сократительной активности мышц, антиоксидантной защиты и окислительного повреждения, вызванного ишемией / реперфузией после перорального приема GSH во время тренировок с отягощениями.

Патологии печени

В свою очередь, считалось, что его прием внутрь или внутривенное введение имеет функции в предотвращении прогрессирования некоторых типов рака и в снижении клеточного повреждения, которое происходит в результате определенных патологий печени.

антиокислитель

Несмотря на то, что не все описанные исследования проводились на людях, но обычно представляют собой тесты на животных моделях (как правило, на мышах), результаты, полученные в некоторых клинических испытаниях, подтверждают эффективность экзогенного глутатиона в качестве антиоксиданта.

По этой причине он используется для лечения катаракты и глаукомы, как «антивозрастной» продукт, для лечения гепатита, многочисленных сердечных заболеваний, потери памяти и для укрепления иммунной системы, а также для лечения очищение после отравления тяжелыми металлами и лекарствами.

«Поглощение»

Экзогенно вводимый глутатион не может проникнуть в клетки, если он не гидролизуется до составляющих его аминокислот. Следовательно, прямым эффектом введения (перорального или внутривенного) этого соединения является повышение внутриклеточной концентрации GSH благодаря вкладу аминокислот, необходимых для его синтеза, которые могут эффективно транспортироваться в цитозоль.

Побочные эффекты

Хотя потребление глутатиона считается «безопасным» или безвредным, недостаточно исследований его побочных эффектов.

Однако из нескольких опубликованных исследований известно, что он может иметь отрицательные эффекты, возникающие в результате взаимодействия с другими лекарствами, и которые могут быть вредными для здоровья в различных физиологических условиях.

Если его принимать в течение длительного времени, кажется, что они действуют, чрезмерно снижая уровень цинка, и, кроме того, при вдыхании он может вызвать тяжелые приступы астмы у пациентов с астмой.

Ссылки

1. Аллен Дж. И Брэдли Р. (2011). Влияние перорального приема глутатиона на биомаркеры системного окислительного стресса у добровольцев. Журнал альтернативной и дополнительной медицины, 17 (9), 827–833.
2. Конклин, К.А. (2009). Диетические антиоксиданты во время химиотерапии рака: влияние на химиотерапевтическую эффективность и развитие побочных эффектов. Питание и рак, 37 (1), 1–18.
3. Мейстер, А. (1988). Метаболизм глутатиона и его селективная модификация. Журнал биологической химии, 263 (33), 17205-17208.
4. Мейстер, А., и Андерсон, МЭ (1983). Глутатион. Энн. Rev Biochem. , 52, 711-760.
5. Моррис Д., Герра К., Хорасани М., Гилфорд Ф. и Савиола Б. (2013). Добавка глутатиона улучшает функции макрофагов при ВИЧ. Журнал исследований интерферонов и цитокинов, 11.
6. Мюррей, Р., Бендер, Д., Ботам, К., Кеннелли, П., Родуэлл, В., и Вейл, П. (2009). Иллюстрированная биохимия Харпера (28-е изд.). McGraw-Hill Medical.
7. Нельсон, Д. Л., и Кокс, М. М. (2009). Принципы биохимии Ленингера. Omega Editions (5-е изд.). 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). Глутатион в растениях: комплексный обзор. Растения, клетки и окружающая среда, 35, 454–484.
9. Пиццорно, Дж. (2014). Глутатион! Следственная медицина, 13 (1), 8–12.
10. Канунго, С., Старке, Д.В., Пай, Х. В., Миеал, Дж. Дж., И Ниеминен, А. (2007). Добавление глутатиона усиливает гипоксический апоптоз за счет S-глутатионилирования p65-NFkB. Журнал биологической химии, 282 (25), 18427-18436.
11. Рамирес, PR, и Джи, LL (2001). Прием глутатиона и тренировки повышают устойчивость миокарда к ишемии-реперфузии in vivo. Энн. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. , 281, 679-688.
12. Сис, Х. (2000). Глутатион и его роль в клеточных функциях. Свободная радикальная биология и медицина R, 27 (99), 916–921.
13. Ву, Г., Фанг, Ю., Янг, С., Луптон, Дж. Р., и Тернер, Н. Д. (2004). Метаболизм глутатиона и его значение для здоровья. Американское общество диетологии, 489–492.