GLUTATION: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, FUNCȚII, BIOSINTEZĂ - BIOLOGIE - 2025

Glutationul ( GSH ) este o molecula mica tripeptida (cu doar trei reziduuri de aminoacizi) implicate în nonproteinici multe fenomene biologice , cum ar fi mecanicii enzimatice, macromolecule biosintetice, metabolismul intermediar, toxicitatea oxigenului, transportul intracelular etc.

Această mică peptidă, prezentă la animale, plante și unele bacterii, este considerată un „tampon” reducător de oxido, deoarece este unul dintre principalii compuși cu greutate moleculară mică care conține sulf și lipsește toxicitatea asociată cu reziduuri de cisteină

Structura moleculară a Glutationului (Sursa: Claudio Pistilli via Wikimedia Commons)

Unele boli la om au fost asociate cu deficiența enzimelor specifice ale metabolismului glutationului, iar acest lucru se datorează funcțiilor sale multiple în menținerea homeostazei corporale.

Malnutriția, stresul oxidativ și alte patologii suferite de ființele umane pot fi evidențiate ca o scădere drastică a glutationului, motiv pentru care este uneori un bun indicator al stării de sănătate a sistemelor organismului.

Pentru plante, în același mod, glutationul este un factor esențial pentru creșterea și dezvoltarea lor, deoarece îndeplinește și funcții pe căi biosintetice multiple și este esențial pentru detoxifierea celulară și homeostazia internă, unde acționează ca un puternic antioxidant.

caracteristici

Primele studii efectuate în legătură cu localizarea subcelulară a glutationului au arătat că este prezent în mitocondrii. Ulterior, s-a observat și în regiunea corespunzătoare matricei nucleare și în peroxisomi.

În prezent, se știe că compartimentul în care concentrația sa este cea mai abundentă se află în citosol, deoarece acolo este produs și transportat activ în alte compartimente celulare, cum ar fi mitocondriile.

În celulele de mamifere, concentrația de glutation este în intervalul milimol, în timp ce în plasma de sânge forma sa redusă (GSH) se găsește în concentrații micromolare.

Această concentrație intracelulară seamănă strâns cu concentrația de glucoză, potasiu și colesterol, elemente esențiale pentru structura, funcția și metabolismul celular.

Unele organisme posedă molecule analogice sau variante ale glutationului. Parazitele protozoice care afectează mamiferele au o formă cunoscută sub numele de "trypanothion" și în unele bacterii acest compus este înlocuit cu alte molecule de sulf, cum ar fi tiosulfatul și glutamilcisteina.

Anumite specii de plante posedă, pe lângă glutation, molecule omoloage care au reziduuri altele decât glicina la capătul C-terminal (homoglutathione) și care se caracterizează prin a avea funcții similare cu cele ale tripeptidei respective.

În ciuda existenței altor compuși similari cu glutationul în diferite organisme, acesta este unul dintre „tioli” care se găsesc în cea mai mare concentrație intracelulară.

Raportul ridicat care există în mod normal între forma redusă (GSH) și forma oxidată (GSSG) a glutationului este o altă caracteristică distinctivă a acestei molecule.

Structura

Glutationul sau L-y-glutamil-L-cisteinil-glicina, după cum îi spune și numele, este compus din trei resturi de aminoacizi: L-glutamat, L-cisteină și glicină. Reziduurile de cisteină și glicină sunt legate între ele prin legături peptidice comune, adică între grupa a-carboxil a unui aminoacid și grupa a-amino a celeilalte.

Cu toate acestea, legătura care apare între glutamat și cisteină nu este tipică pentru proteine, deoarece apare între porțiul γ-carboxil al grupei R a glutamatului și a grupei α-amino a cisteinei, deci această legătură este se numește legătură γ.

Această moleculă mică are o masă molară de puțin peste 300 g / mol și prezența legăturii γ pare a fi crucială pentru imunitatea acestei peptide împotriva acțiunii multor enzime aminopeptidaza.

Caracteristici

După cum am menționat, glutationul este o proteină care participă la numeroase procese celulare la animale, plante și anumite procariote. În acest sens, participarea sa generală la:

-Procesele de sinteză și degradare a proteinelor

-Formarea precursorilor ribonucleotidelor ADN

-Reglarea activității unor enzime

-Protecția celulelor în prezența speciilor reactive de oxigen (ROS) și a altor radicali liberi

-Transducția semnalului

-Expresia genetică și în

-Aptoza sau moartea celulelor programate

Coenzima

Glutationul a fost, de asemenea, determinat să funcționeze ca o coenzimă în multe reacții enzimatice, iar o parte a importanței sale este legată de capacitatea sa de a transporta aminoacizii sub formă de aminoacizi y-glutamilici intracelular.

Glutationul care poate părăsi celula (pe care îl face în forma redusă) este capabil să participe la reacții de oxidare-reducere în vecinătatea membranei plasmatice și a mediului celular din jur, care protejează celulele de deteriorarea împotriva diferite clase de agenți oxidanți.

Depozitarea cisteinei

Această tripeptidă funcționează, de asemenea, ca sursă de stocare a cisteinei și contribuie la menținerea stării reduse a grupărilor sulfhidrilice ale proteinelor din interiorul celulelor și a stării feroase a grupului heme al proteinelor care conțin respectivul cofactor.

Pliere de proteine

Când participă la împăturirea proteinelor, se pare că are o funcție importantă ca agent de reducere a punților disulfidice care s-au format necorespunzător în structurile proteice, care se datorează de obicei expunerii la agenți oxidanți precum oxigen, peroxid de hidrogen, peroxinitrit și unele superoxizi.

Funcția eritrocitelor

În eritrocite, glutationul redus (GSH) produs de enzima glutationa reductază, care folosește NADPH produs de calea fosfatului pentoză, contribuie la îndepărtarea peroxidului de hidrogen prin reacția catalizată de o altă enzimă: glutationa peroxidază, care produce apă și glutation oxidat (GSSG).

Distrugerea peroxidului de hidrogen și, prin urmare, prevenirea acumulării sale în eritrocite, prelungește durata de viață a acestor celule, deoarece evită deteriorarea oxidativă care poate apărea în membrana celulară și care se poate încheia în hemoliză.

Metabolism xenobiotic

Glutationul este, de asemenea, un protagonist important în metabolismul xenobiotic, datorită acțiunii enzimelor de glutation S-transferază care generează conjugați de glutation care pot fi metabolizați intracelular.

Este prudent să ne amintim că termenul „xenobiotic” este utilizat pentru a face referire la medicamente, poluanți de mediu și cancerigeni chimici la care este expus un organism.

Stare oxidativă a celulelor

Deoarece glutationul există sub două forme, una redusă și una oxidată, relația dintre cele două molecule determină starea redox a celulelor. Dacă raportul GSH / GSSG este mai mare de 100, celulele sunt considerate sănătoase, dar dacă este aproape de 1 sau 10, poate fi un indicator că celulele se află într-o stare de stres oxidativ.

biosinteza

Glutation tripeptida este sintetizată în interiorul celulei, atât la plante, cât și la animale, prin acțiunea a două enzime: (1) γ-glutamilcisteină sintaza și (2) glutationa sintaza (GSH sintaza), în timp ce degradarea sau " descompunerea ”depinde de acțiunea enzimei γ-glutamil transpeptidaza.

În organismele vegetale, fiecare dintre enzime este codificată de o singură genă și defectele din oricare dintre proteine ​​sau genele lor de codificare pot provoca letalitate în embrioni.

La om, ca și la alte mamifere, principalul situs de sinteză și export al glutationului este ficatul, în special în celulele hepatice (hepatocite) care înconjoară canalele venoase care transportă sânge și alte substanțe către și dinspre organ. întrebare.

Sinteza de novo a glutationului, regenerarea sau reciclarea acestuia necesită energie din ATP.

Glutation redus (GSH)

Glutationul redus este derivat din aminoacizii glicină, glutamat și cisteină, așa cum s-a menționat deja, iar sinteza acesteia începe cu activarea (folosind ATP) a grupei γ-carboxil de glutamat (din grupa R) pentru a forma un fosfat de acil intermediar, care este atacat de gruparea α-amino a cisteinei.

Această primă reacție de condensare a două aminoacizi este catalizată de γ-glutamilcisteină sintaza și este de obicei afectată de disponibilitatea intracelulară a aminoacizilor glutamat și cisteină.

Dipeptida astfel formată este condensată ulterior cu o moleculă de glicină datorită acțiunii sintazei GSH. În timpul acestei reacții, o activare cu ATP a grupei α-carboxil a cisteinei are loc, de asemenea, pentru a forma un fosfat de acil și a favoriza astfel reacția cu reziduul de glicină.

Glutation oxidat (GSSG)

Când glutationul redus participă la reacții de oxidare-reducere, forma oxidată este formată de fapt din două molecule de glutation conectate între ele prin punți disulfură; din acest motiv forma oxidată este prescurtată cu acronimul „GSSG”.

Formarea speciilor oxidate de glutation depinde de o enzimă cunoscută sub numele de glutation peroxidază sau GSH peroxidază, care este o peroxidază care conține o selenocisteină (un reziduu de cisteină care în loc să aibă un atom de sulf are un atom de seleniu). activ.

Interconversia dintre formele oxidate și cele reduse are loc datorită participării unei reductază GSSG sau glutation reductazei, care folosește NAPDH pentru a cataliza reducerea GSSG în prezența oxigenului, cu formarea concomitentă de peroxid de hidrogen.

Beneficiile aportului său

Glutationul poate fi administrat oral, topic, intravenos, intranazal sau nebulizat, pentru a crește concentrația sa sistemică la pacienții care suferă de stres oxidativ, de exemplu.

Cancer

Cercetările privind administrarea orală a glutationului sugerează că administrarea de glutation poate reduce riscurile de cancer oral și că, atunci când este administrat împreună cu chimioterapice oxidative, reduce efectele negative ale terapiei la pacienții cu cancer.

HIV

În general, pacienții infectați cu virusul imunodeficienței dobândite (HIV) au deficiențe intrauterine de glutation atât în ​​globulele roșii, cât și în celulele T și în monocite, ceea ce determină funcționarea lor corectă.

Într-un studiu realizat de Morris și colab., S-a demonstrat că furnizarea de glutation la macrofage de la pacienții cu HIV pozitiv a îmbunătățit considerabil funcția acestor celule, în special împotriva infecțiilor cu agenți patogeni oportunisti, cum ar fi M. tuberculosis.

Activitatea musculară

Alte studii au legătură cu îmbunătățirea activității contractile musculare, apărarea antioxidativă și deteriorarea oxidativă cauzată ca răspuns la ischemie / leziune de reperfuzie după administrarea orală de GSH în timpul antrenamentului de rezistență fizică.

Patologii hepatice

La rândul său, s-a considerat că ingestia sau administrarea sa intravenoasă are funcții de prevenire a progresului unor tipuri de cancer și de reducere a leziunilor celulare care apar ca urmare a anumitor patologii hepatice.

antioxidant

În ciuda faptului că nu toate studiile raportate au fost efectuate la pacienții umani, ci sunt de obicei teste pe modele animale (în general murine), rezultatele obținute în unele studii clinice confirmă eficacitatea glutationului exogen ca antioxidant.

Din acest motiv, este utilizat pentru tratamentul cataractei și a glaucomului, ca produs „anti-îmbătrânire”, pentru tratamentul hepatitei, numeroase boli cardiace, pierderi de memorie și pentru întărirea sistemului imunitar și pentru purificare după otrăvire cu metale grele și medicamente.

"Absorbţie"

Glutationul administrat exogen nu poate intra în celule decât dacă este hidrolizat la aminoacizii săi. Prin urmare, efectul direct al administrării (pe cale orală sau intravenoasă) al acestui compus este creșterea concentrației intracelulare de GSH datorită contribuției aminoacizilor necesari pentru sinteza acestuia, care poate fi transportată eficient la citosol.

Efecte secundare

Deși aportul de glutation este considerat „sigur” sau inofensiv, nu au fost făcute suficiente studii asupra efectelor secundare ale acestuia.

Cu toate acestea, din puținele studii raportate se știe că poate avea efecte negative care rezultă din interacțiunea cu alte medicamente și care pot fi dăunătoare pentru sănătate în diverse contexte fiziologice.

Dacă se ia pe termen lung, se pare că acestea acționează pentru a scădea excesiv nivelul de zinc și, în plus, dacă este inhalat, poate provoca atacuri de astm severe la pacienții astmatici.

Referințe

1. Allen, J., & Bradley, R. (2011). Efectele suplimentării cu glutation oral pe biomarkerii sistemici de stres oxidativ la voluntarii umani. The Journal of Alternative and Complementary Medicine, 17 (9), 827–833.
2. Conklin, KA (2009). Antioxidanți dietetici în timpul chimioterapiei cancerului: impactul asupra eficacității chimioterapeutice și dezvoltarea efectelor secundare. Nutriție și cancer, 37 (1), 1-18.
3. Meister, A. (1988). Metabolismul glutationului și modificarea sa selectivă. The Journal of Biological Chemistry, 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., & Saviola, B. (2013). Suplimentarea Glutationului îmbunătățește funcțiile Macrofagului la HIV. Journal of Interferon & Cytokine Research, 11.
6. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (ediția a 28-a). McGraw-Hill Medical.
7. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Principiile biochimiei Lehninger. Ediții Omega (ediția a 5-a). 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). Glutation în plante: o imagine de ansamblu integrată. Plantă, celulă și mediu, 35, 454–484.
9. Pizzorno, J. (2014). Glutation! Medicină investigativă, 13 (1), 8–12.
10. Qanungo, S., Starke, DW, Pai, H. V, Mieyal, JJ, & Nieminen, A. (2007). Suplimentarea cu glutation potențează apoptoza hipoxică prin S-Glutationilarea p65-NFkB. The Journal of Biological Chemistry, 282 (25), 18427-18436.
11. Ramires, PR, & Ji, LL (2001). Suplimentarea și antrenamentul cu glutation crește rezistența miocardului la reperfuzia ischemiei in vivo. Ann. J. Physiol. Circ cardiac. Physiol. , 281, 679-688.
12. Sies, H. (2000). Glutationul și rolul său în funcțiile celulare. Biologie și Medicină Radicală R gratuite, 27 (99), 916–921.
13. Wu, G., Fang, Y., Yang, S., Lupton, JR, & Turner, ND (2004). Metabolismul Glutationului și implicațiile sale pentru sănătate. Societatea Americană de Științe Nutriționale, 489-492.