Glutation - Glutathione

Glutation
Glutation-skeletal.svg
Glutation-z-xtal-3D-balls.png
Nazwy
Preferowana nazwa IUPAC
kwas ( 2S )-2-amino-5-({( 2R )-1-[(karboksymetylo)amino]-1-okso-3-sulfanylopropan-2-ylo}amino)-5-oksopentanowy
Inne nazwy
γ- L -Glutamyl- L -cysteinylglycine
(2 S ) -2-amino-4 - ({(1 R ) -1 - [(karboksymetylo) karbamoilo] -2-sulfanylethyl} karbamoilo) butanowego
Identyfikatory
Model 3D ( JSmol )
Skróty GSH
CZEBI
CHEMBL
ChemSpider
DrugBank
Karta informacyjna ECHA 100.000.660 Edytuj to na Wikidata
KEGG
Siatka Glutation
Identyfikator klienta PubChem
UNII
  • InChI=1S/C10H17N3O6S/c11-5(10(18)19)1-2-7(14)13-6(4-20)9(17)12-3-8(15)16/h5-6, 20H,1-4,11H2,(H,12,17)(H,13,14)(H,15,16)(H,18,19)/t5-,6-/m0/s1 sprawdzaćTak
    Klucz: RWSXRVCMGQZWBV-WDSKDSINSA-N sprawdzaćTak
  • C(CC(=O)N[C@@H](CS)C(=O)NCC(=O)O)[C@@H](C(=O)O)N
Nieruchomości
C 10 H 17 N 3 O 6 S
Masa cząsteczkowa 307,32  g·mol -1
Temperatura topnienia 195 ° C (383 ° F; 468 K)
Łatwo rozpuszczalny
Rozpuszczalność w metanolu , eterze dietylowym Nierozpuszczalny
Farmakologia
V03AB32 ( KTO )
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 °C [77 °F], 100 kPa).
sprawdzaćTak zweryfikuj  ( co to jest   ?) sprawdzaćTak☒n
Referencje do infoboksu

Glutation ( GSH ) jest przeciwutleniacz w roślin , zwierząt , grzybów i niektóre bakterie i archeowce . Glutation jest w stanie zapobiegać uszkodzeniom ważnych składników komórkowych spowodowanych przez reaktywne formy tlenu, takie jak wolne rodniki , nadtlenki , nadtlenki lipidów i metale ciężkie . Jest to tripeptyd z wiązaniem gamma peptydowym pomiędzy grupą karboksylową bocznego łańcucha glutaminianu a cysteiną . Grupa karboksylowa reszty cysteinowej jest przyłączona normalnym wiązaniem peptydowym do glicyny .

Biosynteza i występowanie

Biosynteza glutationu obejmuje dwa etapy zależne od trifosforanu adenozyny :

Podczas gdy wszystkie komórki zwierzęce są zdolne do syntezy glutationu, wykazano, że synteza glutationu w wątrobie jest niezbędna. Myszy z nokautem GCLC umierają w ciągu miesiąca od urodzenia z powodu braku wątrobowej syntezy GSH.

Niezwykłe wiązanie gamma-amidowe w glutationu chroni go przed hydrolizą przez peptydazy.

Występowanie

Glutation jest tiolem najobficiej występującym w komórkach zwierzęcych, w zakresie od 0,5 do 10 mM. Występuje w cytozolu i organellach.

Istoty ludzkie syntetyzują glutation, ale kilka eukariontów tego nie robi, w tym Fabaceae , Entamoeba i Giardia . Jedynymi znanymi archeonami, które wytwarzają glutation, są halobakterie . Niektóre bakterie, takie jak sinice i proteobakterie , mogą biosyntetyzować glutation.

Funkcja biochemiczna

Glutation występuje w stanie zredukowanym (GSH) i utlenionym ( GSSG ). Stosunek zredukowanego glutationu do utlenionego glutationu w komórkach jest miarą komórkowego stresu oksydacyjnego, gdzie zwiększony stosunek GSSG do GSH wskazuje na większy stres oksydacyjny. W zdrowych komórkach i tkankach ponad 90% całkowitej puli glutationu występuje w formie zredukowanej (GSH), a pozostała część w formie disiarczkowej (GSSG).

W stanie zredukowanym grupa tiolowa reszty cysteinylowej jest źródłem jednego równoważnika redukującego . W ten sposób generowany jest dwusiarczek glutationu (GSSG). Stan utlenienia jest przekształcany w stan zredukowany przez NADPH . Ta konwersja jest katalizowana przez reduktazę glutationową :

NADPH + GSSG + H 2 O → 2 GSH + NADP + + OH

Role

Przeciwutleniacz

GSH chroni komórki, neutralizując (tj. redukując) reaktywne formy tlenu . Konwersję tę ilustruje redukcja nadtlenków:

2 GSH + R 2 O 2 → GSSG + 2 ROH (R = H, alkil)

oraz z wolnymi rodnikami:

GSH + R . → 0,5 GSSG + RH

Rozporządzenie

Oprócz dezaktywacji rodników i reaktywnych utleniaczy, glutation uczestniczy w ochronie tiolowej i regulacji redoks komórkowych białek tiolowych pod wpływem stresu oksydacyjnego poprzez S-glutationylację białka, potranslacyjną modyfikację tiolową regulowaną redoks. Ogólna reakcja obejmuje tworzenie niesymetrycznego dwusiarczku z chronionego białka (RSH) i GSH:

RSH + GSH + [O] → GSSR + H 2 O

Glutation jest również wykorzystywany do detoksykacji metyloglioksalu i formaldehydu , toksycznych metabolitów wytwarzanych pod wpływem stresu oksydacyjnego. Ta reakcja detoksykacji jest przeprowadzana przez system glioksalazy . Glioksalaza I (EC 4.4.1.5) katalizuje konwersję metyloglioksalu i zredukowanego glutationu do S - D -laktoilo-glutationu. Glioksalaza II (EC 3.1.2.6) katalizuje hydrolizę S - D -laktoilo-glutationu do glutationu i kwasu D -mlekowego .

Utrzymuje egzogenne antyoksydanty, takie jak witaminy C i E, w stanie zredukowanym (aktywnym).

Metabolizm

Wśród wielu procesów metabolicznych, w których uczestniczy, glutation jest niezbędny do biosyntezy leukotrienów i prostaglandyn . Odgrywa rolę w magazynowaniu cysteiny. Glutation wzmacnia działanie cytruliny w ramach cyklu tlenku azotu . Jest kofaktorem i działa na peroksydazę glutationową .

Koniugacja

Glutation wspomaga metabolizm ksenobiotyków . Enzymy S-transferazy glutationowej katalizują jej sprzęganie z lipofilowymi ksenobiotykami, ułatwiając ich wydalanie lub dalszy metabolizm. Proces koniugacji ilustruje metabolizm N- acetylo- p- benzochinonoiminy (NAPQI). NAPQI jest reaktywnym metabolitem powstającym w wyniku działania cytochromu P450 na paracetamol (acetaminofen). Glutation sprzęga się z NAPQI, a powstały zespół jest wydalany.

Potencjalne neuroprzekaźniki

Glutation, wraz z utlenionym glutationem (GSSG) i S- nitrozoglutationem (GSNO), wiążą się z miejscem rozpoznawania glutaminianu receptorów NMDA i AMPA (poprzez ich ugrupowania γ-glutamylowe). GSH i GSSG mogą być neuromodulatorami . W stężeniach milimolowych GSH i GSSG mogą również modulować stan redoks kompleksu receptora NMDA. Glutation wiąże i aktywuje receptory jonotropowe , potencjalnie czyniąc go neuroprzekaźnikiem .

GSH aktywuje purynergiczny receptor P2X7 z gleju Müllera , indukując ostre przejściowe sygnały wapnia i uwalnianie GABA zarówno z neuronów siatkówki, jak i komórek glejowych.

W roślinach

W roślinach glutation bierze udział w zarządzaniu stresem. Jest składnikiem cyklu glutationowo-askorbinianowego , czyli układu redukującego trujący nadtlenek wodoru . Jest prekursorem fitochelatyn , oligomerów glutationu, które chelatują metale ciężkie, takie jak kadm . Glutation jest niezbędny do skutecznej obrony przed patogenami roślin, takimi jak Pseudomonas syringae i Phytophthora brassicae . Reduktaza siarczanu adenylu , enzym szlaku asymilacji siarki , wykorzystuje glutation jako donor elektronów. Inne enzymy wykorzystujące glutation jako substrat to glutaredoksyny . Te małe oksydoreduktazy biorą udział w rozwoju kwiatów, kwasie salicylowym i sygnalizacji obronnej roślin.

Biodostępność i suplementacja

Biodostępność ogólnoustrojowa glutationu spożywanego doustnie jest słaba, ponieważ tripeptyd jest substratem proteaz (peptydaz) przewodu pokarmowego oraz ze względu na brak specyficznego nośnika glutationu na poziomie błony komórkowej. W innym badaniu naukowcy stwierdzili, że długotrwała suplementacja glutationem zapewnia ochronę przed uszkodzeniami oksydacyjnymi. W tym badaniu doustna suplementacja 500 mg GSH nie tylko zwiększyła erytrocytarny GSH, ale także znacząco zmniejszyła 8-OHdG w ciągu trzech miesięcy u osób starszych (powyżej 55 lat) z cukrzycą

Ponieważ bezpośrednia suplementacja glutationu nie jest skuteczna, dostarczanie surowców odżywczych używanych do wytwarzania GSH, takich jak cysteina i glicyna , może być bardziej skuteczne w zwiększaniu poziomu glutationu. Inne przeciwutleniacze, takie jak kwas askorbinowy (witamina C), również mogą działać synergistycznie z glutationem, zapobiegając jego wyczerpaniu. Cykl glutation, askorbinian , który działa w detoksykacji nadtlenku wodoru (H 2 O 2 ) jest jeden szczególny przykład tego zjawiska.

Wykazano, że doustna suplementacja gamma-glutamylocysteiną skutecznie zwiększa poziom glutationu w komórkach.

Związki takie jak N-acetylocysteina (NAC) i kwas alfa-liponowy (ALA, nie mylić z niepowiązanym kwasem alfa-linolenowym ) są w stanie pomóc w regeneracji poziomów glutationu. W szczególności NAC jest powszechnie stosowany w leczeniu przedawkowania acetaminofenu , rodzaju potencjalnie śmiertelnego zatrucia, które jest częściowo szkodliwe z powodu poważnego zmniejszenia poziomu glutationu. Jest prekursorem cysteiny.

Kalcytriol (1,25-dihydroksywitamina D 3 ), aktywny metabolit witaminy D 3 , po zsyntetyzowaniu z kalcyfediolu w nerkach, zwiększa poziom glutationu w mózgu i wydaje się być katalizatorem produkcji glutationu. Około dziesięciu dni są potrzebne dla organizmu, aby proces witaminy D 3 w kalcytriolu.

Wykazano również, że S- adenozylometionina (SAMe), kosubstrat biorący udział w przenoszeniu grup metylowych, zwiększa zawartość glutationu w komórkach u osób cierpiących na związany z chorobą niedobór glutationu.

Niski poziom glutationu jest powszechnie obserwowany w przypadku marnowania i ujemnego bilansu azotowego, co obserwuje się w przypadku raka, HIV/AIDS, posocznicy , urazów, oparzeń i przetrenowania sportowego. Niskie poziomy obserwuje się również w okresach głodu. Przypuszcza się, że na te efekty wpływa wyższa aktywność glikolityczna związana z kacheksją , która wynika ze zmniejszonego poziomu fosforylacji oksydacyjnej.

Oznaczanie glutationu

Odczynnik Ellmana i monobromobiman

Zredukowany glutation można wizualizować za pomocą odczynnika Ellmana lub pochodnych bimanu , takich jak monobromobiman . Bardziej czuła jest metoda monobromobimanowa. W tej procedurze komórki poddaje się lizie i ekstrahuje tiole przy użyciu buforu HCl . Tiole są następnie redukowane ditiotreitolem i znakowane monobromobimanem. Monobromobiman staje się fluorescencyjny po związaniu z GSH. Tiole następnie rozdziela się metodą HPLC, a fluorescencję określa ilościowo za pomocą detektora fluorescencyjnego.

Monochlorobiman

Przy użyciu monochlorobimanu oznaczenie ilościowe odbywa się za pomocą konfokalnej laserowej mikroskopii skaningowej po nałożeniu barwnika na żywe komórki. Ten proces kwantyfikacji opiera się na pomiarze szybkości zmian fluorescencji i ogranicza się do komórek roślinnych.

CMFDA był również błędnie używany jako sonda do glutationu. W przeciwieństwie do monochlorobimanu, którego fluorescencja wzrasta pod wpływem reakcji z glutationem, wzrost fluorescencji CMFDA wynika z hydrolizy grup octanowych wewnątrz komórek. Chociaż CMFDA może reagować z glutationem w komórkach, wzrost fluorescencji nie odzwierciedla reakcji. Dlatego badania z użyciem CMFDA jako sondy glutationowej powinny zostać ponownie przeanalizowane i zinterpretowane.

Zielony ThiolQuant

Głównym ograniczeniem tych sond opartych na bimanie i wielu innych zgłoszonych sond jest to, że sondy te są oparte na nieodwracalnych reakcjach chemicznych z glutationem, co czyni te sondy niezdolnymi do monitorowania dynamiki glutationu w czasie rzeczywistym. Ostatnio pojawiła się pierwsza sonda fluorescencyjna oparta na odwracalnej reakcji - ThiolQuant Green (TQG) - dla glutationu. ThiolQuant Green może nie tylko wykonywać wysokiej rozdzielczości pomiary poziomu glutationu w pojedynczych komórkach za pomocą mikroskopu konfokalnego, ale także może być stosowany w cytometrii przepływowej do wykonywania pomiarów zbiorczych.

RealThiol

Sonda RealThiol (RT) jest drugą generacją sondy GSH opartej na odwracalnej reakcji. Kilka kluczowych cech RealThiol: 1) ma znacznie szybszą kinetykę reakcji do przodu i do tyłu w porównaniu do ThiolQuant Green, co umożliwia monitorowanie w czasie rzeczywistym dynamiki GSH w żywych komórkach; 2) do barwienia w eksperymentach opartych na komórkach potrzebny jest tylko mikromolarny do submikromolarnego RealThiol, który indukuje minimalne zaburzenia poziomu GSH w komórkach; 3) zaimplementowano wysokowydajny fluorofor kumaryny, aby zminimalizować szum tła; i 4) stała równowagi reakcji między RealThiol i GSH została dostrojona tak, aby odpowiadała na fizjologicznie istotne stężenie GSH. RealThiol może być używany do wykonywania pomiarów poziomu glutationu w pojedynczych komórkach przy użyciu mikroskopu konfokalnego o wysokiej rozdzielczości, jak również do zastosowania w cytometrii przepływowej do wykonywania pomiarów masowych z dużą przepustowością.

Opracowano również sondę RT ukierunkowaną na organelle. Wersja ukierunkowana na mitochondria, MitoRT, została zgłoszona i zademonstrowana w monitorowaniu dynamiki mitochondrialnego glutationu zarówno w mikroskopie konfokalnym, jak i analizie opartej na FACS.

Sondy glutationowe na bazie białka

Inne podejście, które umożliwia pomiar potencjału redoks glutationu w wysokiej rozdzielczości przestrzennej i czasowej w żywych komórkach, opiera się na obrazowaniu redoks przy użyciu zielonego białka fluorescencyjnego wrażliwego na redoks (roGFP) lub żółtego białka fluorescencyjnego wrażliwego na redoks (rxYFP). Ze względu na bardzo niskie stężenie fizjologiczne GSSG trudno jest dokładnie zmierzyć. Stężenie GSSG waha się od 10 do 50 μM we wszystkich tkankach litych i od 2 do 5 μM we krwi (13–33 nmol na gram Hb). Stosunek GSH do GSSG w ekstraktach z całych komórek szacuje się na 100-700. Stosunki te stanowią mieszaninę z puli glutationu o różnych stanach redoks z różnych przedziałów subkomórkowych (np. bardziej utleniony w ER, bardziej zredukowany w macierzy mitochondrialnej), Jednakże. Stosunki GSH-do-GSSG in vivo można mierzyć z dokładnością subkomórkową za pomocą czujników redoks opartych na białkach fluorescencyjnych, które wykazały stosunki od 50 000 do 500 000 w cytozolu, co oznacza, że ​​stężenie GSSG jest utrzymywane w zakresie pM.

Glutation a choroby człowieka

Wyczerpujące recenzje na temat znaczenia glutationu w chorobach człowieka pojawiały się regularnie w recenzowanych czasopismach medycznych. Wykazano związki przyczynowo-skutkowe między metabolizmem GSH a chorobami, takimi jak cukrzyca, mukowiscydoza, nowotwory, choroby neurodegeneracyjne, HIV i starzenie się. Zaproponowano różne wyjaśnienia, dlaczego wyczerpywanie się GSH jest powiązane ze stresem oksydacyjnym w tych stanach chorobowych.

Nowotwór

Po ustaleniu guza podwyższone poziomy glutationu mogą działać w celu ochrony komórek rakowych poprzez nadawanie oporności na leki chemioterapeutyczne. Przeciwnowotworowy lek musztardowy, kanfosfamid, został wzorowany na budowie glutationu.

Mukowiscydoza

Przeprowadzono kilka badań dotyczących skuteczności podawania wziewnego glutationu osobom z mukowiscydozą z mieszanymi wynikami.

Choroba Alzheimera

Chociaż zewnątrzkomórkowe płytki amyloidu beta (Aβ), splątki neurofibrylarne (NFT), stan zapalny w postaci reaktywnych astrocytów i mikrogleju oraz utrata neuronów są stałymi cechami patologicznymi choroby Alzheimera (AD), mechanistyczny związek między tymi czynnikami nie jest jasny. Chociaż większość wcześniejszych badań skupiała się na fibrylarnym Aβ, obecnie uważa się, że rozpuszczalne oligomeryczne formy Aβ mają duże znaczenie patologiczne w AD. Regulacja w górę GSH może chronić przed utleniającymi i neurotoksycznymi efektami oligomerycznego Aβ.

Ubytek zamkniętej formy GSH w hipokampie może być potencjalnym wczesnym biomarkerem diagnostycznym AD.

Zastosowania

Produkcja wina

Zawartość glutationu w moszczu , pierwszej surowej postaci wina, determinuje efekt brązowienia lub karmelizacji podczas produkcji białego wina poprzez wychwytywanie chinonów kwasu kawoilowinowego wytwarzanych przez utlenianie enzymatyczne jako produkt reakcji winogron . Jego stężenie w winie można określić za pomocą spektrometrii masowej UPLC-MRM.

Kosmetyki

Glutation jest najczęstszym środkiem przyjmowanym doustnie w celu wybielenia skóry. Może być również stosowany jako krem. Nie jest jasne, czy to faktycznie działa, czy nie, począwszy od 2019 r. Ze względu na skutki uboczne, które mogą skutkować przy stosowaniu dożylnym, rząd Filipin odradza takie stosowanie.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki