Глутатион: уменьшенный глутатион и глутатиондисульфид

- Sep 16, 2018-

    Глутатион ( GSH ) является антиоксидантом в растениях, животных, грибках и некоторых бактериях и археях. Глутатион способен предотвращать повреждение важных клеточных компонентов, вызванных реактивными кислородными разновидностями, такими как свободные радикалы , пероксиды , перекиси липидов и тяжелые металлы . Это трипептид с гамма-пептидной связью между карбоксильной группой глутамата   боковая цепь и аминогруппа цистеина , а карбоксильная группа цистеина связана с нормальной пептидной связью с глицином .

Reduced glutatione.jpgOxiglutatione.jpg

Тиоловые группы являются восстанавливающими агентами , существующими в концентрации около 5 мМ в клетках животных. Глутатион уменьшает образование дисульфидных связей   в цитоплазме   белков в цистеины , выступая в качестве донора электронов . В процессе глутатион превращается в его окисленную форму, глутатиондисульфид (GSSG ), также называемый L - (-) - глутатион (структура GSH и GSSG в приведенной выше схеме).

После окисления глутатион может быть восстановлен обратно глутатионредуктазой , используя NADPH в качестве донора электронов. Соотношение восстановленного глутатиона и окисленного глутатиона в клетках часто используется в качестве меры клеточного окислительного стресса .

Глутатион не является необходимым питательным веществом для человека, поскольку он может быть синтезирован в организме из аминокислот   L-цистеин , L-глутаминовую кислоту и глицин ; он не должен присутствовать в качестве дополнения в рационе. Сульфгидрильная группа (SH) цистеина служит донором протонов и отвечает за ее биологическую активность. Цистеин является фактором, ограничивающим скорость биосинтеза клеточного глутатиона , поскольку эта аминокислота относительно редко встречается в пищевых продуктах.

Глутатион существует как в восстановленных (GSH), так и в окисленных ( GSSG ) состояниях. В восстановленном состоянии тиольная группа цистеина способна подавать восстановительный эквивалент (H + + e - ) на другие молекулы, такие как реактивные виды кислорода, чтобы нейтрализовать их, или на белковые цистеины для поддержания их восстановленных форм. При подаче электрона сам глутатион становится реакционноспособным и легко реагирует с другим реакционноспособным глутатионом с образованием глутатиондисульфида (GSSG ). Такая реакция вероятна из-за относительно высокой концентрации глутатиона в клетках (до 7 мМ в печени).

Как правило, взаимодействия между GSH и другими молекулами с более высокой относительной электрофильностью истощают уровни GSH внутри клетки. Исключение из этого случая связано с чувствительностью GSH к относительной концентрации электрофильного соединения. В высоких концентрациях органическая молекула диэтилмалеата полностью истощала уровни GSH в клетках. Однако в низких концентрациях незначительное снижение клеточных уровней GSH сопровождалось двукратным увеличением.

GSH может быть регенерирован из GSSG ферментами глутатионредуктазы (GSR): NADPH уменьшает присутствие FAD в GSR для получения переходного FADH-аниона. Затем этот анион быстро разрушает дисульфидную связь (Cys58 - Cys63) и приводит к нуклеофильному воздействию Cys63 на ближайшую сульфидную единицу в молекуле GSSG (продвигаемой His467), что создает смешанную дисульфидную связь (GS-Cys58) и GS-анион. His467 GSR затем протонирует GS-анион, чтобы сформировать первый GSH . Затем Cys63 нуклеофильно атакует сульфид Cys58, высвобождая GS-анион, который, в свою очередь, захватывает протон растворителя и высвобождается из фермента, тем самым создавая второй GSH . Таким образом, для каждой GSSG и NADPH получены две восстановленные молекулы GSH , которые могут снова действовать как антиоксиданты, продуцирующие реактивные кислородные элементы в клетке.

В здоровых клетках и тканях более 90% общего пула глутатиона находится в восстановленной форме ( GSH ) и менее 10% существует в дисульфидной форме ( GSSG ). Повышенное отношение GSSG к GSH считается показателем окислительного стресса .

Глутатион участвует в защите тиолом и окислительно-восстановительной регуляции клеточных тиоловых белков под окислительным стрессом с помощью S-глутатионилирования белка, редокс-регулируемой посттрансляционной тиол-модификации.

Глутатион имеет несколько функций:

  • Он поддерживает уровни восстановленного глутаредоксина и глутатионпероксидазы .

  • Это один из основных эндогенных антиоксидантов, продуцируемых клетками, непосредственно участвующих в нейтрализации свободных радикалов и реакционноспособных кислородных соединений, а также поддержание экзогенных антиоксидантов, таких как витамины С и Е в их восстановленных (активных) формах.

  • Регулирование цикла оксида азота имеет решающее значение для жизни, но может быть проблематичным, если оно не регулируется.   Глутатион усиливает функцию цитруллина как часть цикла оксида азота.

  • Он используется в метаболических и биохимических реакциях, таких как синтез и восстановление ДНК, синтез белка, синтез простагландинов, перенос аминокислот и активация ферментов. Таким образом, на каждую систему в организме может влиять состояние системы глутатиона, особенно иммунной системы, нервной системы, желудочно-кишечной системы и легких.

  • Он имеет жизненно важную функцию в метаболизме железа. Дрожжевые клетки, истощенные GSH или содержащие токсические уровни GSH, демонстрируют интенсивный голодный ответ, вызывающий голод, и нарушение активности ферментов экстраситохондриального ISC, что препятствует свертыванию окислительного эндоплазматического ретикулума с последующей смертью.

  • Он играет роль в развитии клеточного цикла , включая гибель клеток . Уровни GSH регулируют окислительно-восстановительные изменения в ядерных белках, необходимых для инициирования клеточной дифференциации . Различия в уровнях GSH также определяют выраженный режим гибели клеток, являющийся либо апоптозом, либо клеточным некрозом . Управляемые низкие уровни приводят к систематическому поломке клетки, тогда как чрезмерно низкие уровни приводят к быстрой гибели клеток.

Функция у животных

GSH известен как субстрат в реакциях конъюгации , который катализируется ферментами S-трансферазы глутатиона в цитозоле , микросомах и митохондриях . Однако GSH также может участвовать в неферментативном сопряжении с некоторыми химическими веществами.

В случае N- ацетил- п- бензохинонимина (NAPQI) реакционноспособный метаболит реактивного цитохрома Р450, образованный парацетамолом (ацетаминофеном), который становится токсичным, когда GSH истощается передозировкой ацетаминофена, глутатион является важным противоядием передозировке , Глутатион конъюгирует с NAPQI и помогает его детоксифицировать. В этом качестве он защищает клеточные белковые тиоловые группы, которые в противном случае стали ковалентно модифицированными; когда все GSH были потрачены, NAPQI начинает реагировать с клеточными белками , убивая клетки в процессе. Предпочтительным лечением передозировки этого болеутоляющего средства является введение (обычно в распыленной форме) N- ацетил-L-цистеина (часто в виде препарата под названием Mucomyst ), который обрабатывается клетками в L-цистеин и используется в de novo синтез GSH .

Глутатион (GSH ) участвует в синтезе лейкотриенов и является кофактором для фермента глутатионпероксидазы . Это также важно как гидрофильная молекула, которая добавляется к липофильным токсинам и отходам в печени при биотрансформации, прежде чем они могут стать частью желчи . Глутатион также необходим для детоксикации метилглиоксала , токсина, продуцируемого в качестве побочного продукта метаболизма.

Эту реакцию детоксикации проводят с помощью глиоксалазной системы . Гликоксаза I катализирует превращение метилглиоксала и восстановленного глутатиона в S- D-лактоил-глутатион. Гликоксаза II катализирует гидролиз S- D-лактоил-глутатиона до глутатиона и D-молочной кислоты .

Было обнаружено, что глютатион наряду с окисленным глутатионом (GSSG ) и S-нитрозоглутатином (GSNO) связывается с сайтом распознавания глутамата рецепторов NMDA и AMPA (через их γ-глутамил) и может быть эндогенным   нейромодуляторы .   При миллимолярных концентрациях они также могут модулировать окислительно-восстановительное состояние NMDA-рецепторного комплекса.   Было обнаружено, что глутатион связывается с и активирует ионотропные рецепторы , которые отличаются от любых других возбуждающих аминокислотных рецепторов и которые могут представлять собой рецепторы глутатиона , потенциально делая это нейротрансмиттером .   Глутатион также способен активировать пуринергический   P2X7-рецептора из Müller glia , индуцируя сигналы острого переходного кальция и высвобождение ГАМК как из нейронов сетчатки, так и из глиальных клеток.

Функция в растениях

В растениях глутатион имеет решающее значение для управления биотическими и абиотическими стрессами. Это ключевой компонент цикла глутатион- аскорбат , который снижает ядовитую перекись водорода .   Он является предшественником фитохелатинов , олигомеров глутатиона, которые хелатируют тяжелые металлы, такие как кадмий .   Глутатион необходим для эффективной защиты от возбудителей растений, таких как Pseudomonas syringae и Phytophthora brassicae . Аденилилсульфатредуктаза , фермент пути ассимиляции серы , использует глутатион в качестве донора электронов. Другими ферментами, использующими глутатион в качестве субстрата, являются глутаредоксины . Эти небольшие оксидоредуктазы участвуют в разработке цветов, салициловой кислоте и защите растений.   В недавнем докладе показано, что семена растений Cassia occidentalis, которые содержат множественные антрахиноны, способны образовывать конъюгаты с глутатионом . Было также обнаружено, что у Rhein наибольший цитотоксический ответ с максимальным окислением глутатиона, за которым следуют эмодин и алоэ-эмодин .

   

виноделие

Содержание глутатиона в первой, первой сырой форме вина, определяет эффект поджаривания или карамелизу во время производства белого вина путем улавливания хинонов caffeoyltartaric кислоты, вызванных ферментативным окислением, в качестве продукта реакции винограда .   Его концентрацию в вине можно определить с помощью масс-спектрометрии UPLC-MRM.

Косметика

Глутатион играет важную роль в предотвращении окислительного повреждения кожи.   В дополнение к своим многочисленным признанным биологическим функциям глутатион также ассоциируется с способностью осветления кожи.   Роль глутатиона в качестве отбеливателя кожи была обнаружена как побочный эффект больших доз глутатиона .   Глутатион использует различные механизмы для осуществления своего действия в качестве отбеливающего средства для кожи при различных уровнях меланогенеза . Он ингибирует синтез меланина путем остановки способности предшественника нейротрансмиттера L-DOPA взаимодействовать с тирозиназой в процессе производства меланина.   Глутатион ингибирует фактическое производство, а также агглютинацию меланина, прерывая функцию L-DOPA. Другое исследование показало, что глутатион ингибирует образование меланина путем прямой инактивации фермента тирозиназы путем связывания и хелатирования меди в активном месте фермента. Антиоксидантное свойство глутатиона позволяет ему ингибировать синтез меланина путем тушения свободных радикалов и пероксидов, которые способствуют активации тирозиназы и образованию меланина. Его антиоксидантная способность также защищает кожу от ультрафиолетового излучения и других факторов окружающей среды, а также от внутренних стрессоров, которые генерируют свободные радикалы, которые вызывают повреждение кожи и гиперпигментацию .   У большинства млекопитающих образование меланина состоит из эумеланина (коричнево-черного пигмента) и феомеланина (желто-красного пигмента) в виде смесей или сополимеров.   Увеличение уровня глутатиона может побудить пигментную клетку вырабатывать феомеланин вместо пигментов эумеланина.   В исследовании Te-Sheng Chang были обнаружены самые низкие уровни уменьшенного глутатиона, связанные с пигментацией типа эумеланина, тогда как самые высокие были связаны с феомеланином.   В результате разумно предположить, что истощение глутатиона приведет к образованию эумеланина. Прота наблюдал, что снижение концентрации глутатиона привело к превращению L-допахинона в допахром , увеличивая образование коричнево-черного пигмента (эумеланина).

UCHEM поставляет как GSH, так и GSSG коммерчески с высоким качеством в большом количестве.