גלוטתיון: מאפיינים, מבנה, פונקציות, ביוסינתזה - ביולוגיה - 2025

גלוטתיון ( GSH ) הוא מולקולה קטנה tripeptide (עם שלוש בלבד אמינו שאריות חומצה) המעורבת nonprotein ב תופעות ביולוגיות רבות כגון מכניקת אנזימטי, מקרומולקולות biosynthetic, חילוף חומרים מתווכים, רעילות חמצן, תחבורה תאית, וכו '

פפטיד קטן זה, המצוי בבעלי חיים, צמחים וכמה חיידקים, נחשב ל"מאגר "המפחית תחמוצת, מכיוון שהוא אחד התרכובות העיקריות במשקל המולקולרי הנמוך המכיל גופרית וחסר רעילות הקשורה ל שאריות ציסטאין.

מבנה מולקולרי של גלוטתיון (מקור: קלאודיו פיסטילי באמצעות ויקימדיה Commons)

מחלות מסוימות בבני אדם נקשרו למחסור באנזימים ספציפיים של חילוף חומרים גלוטתיון, וזה נובע מתפקידיו המרובים בשמירה על הומאוסטזיס של הגוף.

ניתן להצביע על תזונה, לחץ חמצוני ופתולוגיות אחרות שסובלים מבני אדם כירידה דרסטית בגלוטתיון, וזו הסיבה שלעתים היא אינדיקטור טוב למצב הבריאות של מערכות הגוף.

עבור צמחים, באותו אופן, גלוטתיון הוא גורם חיוני לצמיחתם והתפתחותם, מכיוון שהוא גם מבצע פונקציות במסלולי ביוסינתטיים מרובים וחיוני לניקוי רעלים סלולריים והומאוסטזיס פנימי, שם הוא משמש כנוגד חמצון חזק.

מאפיינים

המחקרים הראשונים שבוצעו ביחס למיקום התת-תאי של גלוטתיון הראו שהוא קיים במיטוכונדריה. מאוחר יותר הוא נצפה גם באזור התואם את המטריצה ​​הגרעינית ובפרוקסיזומים.

נכון לעכשיו ידוע שהתא בו ריכוזו השכיח ביותר נמצא בציטוזול, מכיוון ששם הוא מיוצר באופן פעיל ומועבר לתאים סלולריים אחרים כמו המיטוכונדריה.

בתאי יונקים ריכוז הגלוטתיון נמצא בטווח מילימול, ואילו בפלסמת הדם צורתו המופחתת (GSH) נמצאת בריכוזים מיקרומולריים.

ריכוז תוך-תאי זה דומה מאוד לריכוז הגלוקוז, האשלגן והכולסטרול, יסודות חיוניים למבנה התא, לתפקודו ולמטבוליזם.

יש אורגניזמים בעלי מולקולות גלוטתיון אנלוגיות או שונות. טפילים פרוטוזניים המשפיעים על יונקים הם בעלי צורה המכונה "טריפנוציון" ובחיידקים מסוימים מתחלף תרכובת זו במולקולות גופרית אחרות כמו תיוסולפט וגלוטמיליציסטאין.

מינים מסוימים של צמחים מחזיקים בנוסף לגלוטתיון מולקולות הומולוגיות שיש להן שאריות שאינן גליצין בסוף ה C- מסוף (הומוגלוטתיון), ומאופיינות על ידי פונקציות דומות לאלו של הטריפפטיד המדובר.

למרות קיומם של תרכובות אחרות הדומות לגלוטתיון באורגניזמים שונים, זהו אחד ה"תולולים "הנמצאים בריכוז הגבוה ביותר בתאיות.

היחס הגבוה שקיים בדרך כלל בין הצורה המופחתת (GSH) והצורה המחומצנת (GSSG) של גלוטתיון הוא מאפיין נוסף שמבדיל במולקולה זו.

מִבְנֶה

גלוטתיון או L-γ-glutamyl-L-cysteinyl-glycine, כשמו כן הוא, מורכב משלושה שאריות חומצות אמיניות: L-glutamate, L-cysteine, and glycine. שאריות הציסטאין והגליצין מקושרות זו לזו דרך קשרי פפטיד נפוצים, כלומר בין קבוצת α- קרבוקסיל של חומצת אמינו אחת לקבוצה α- אמינו של השנייה.

עם זאת, הקשר המתרחש בין גלוטמט וציסטאין אינו אופייני לחלבונים, מכיוון שהוא מתרחש בין החלק γ-carboxyl מקבוצת R של גלוטמט לקבוצת הא-אמינו של ציסטאין, ולכן קשר זה הוא זה נקרא קשר γ.

למולקולה קטנה זו יש מסה טוחנת של קצת יותר מ -300 גר 'מולקולה ונראה כי נוכחות הקשר γ היא מכריעה לחסינות של פפטיד זה כנגד פעולתם של אנזימים רבים של aminopeptidase.

מאפיינים

כאמור, גלוטתיון הוא חלבון שמשתתף בתהליכים סלולריים רבים אצל בעלי חיים, צמחים, ופרוקריוטים מסוימים. במובן זה, השתתפותה הכללית ב:

התהליכים של סינתזת חלבון והשפלות

-היווצרות מקדימים DNA ריבונוקליאוטידים

ויסות הפעילות של אנזימים מסוימים

- הגנה על תאים בנוכחות מינים חמצן תגובתי (ROS) ורדיקלים חופשיים אחרים

-הולכת אותות

-ביטוי גנטי פנימה

-אפטוזיס או מוות תאים מתוכנת

קו אנזים

כמו כן, נקבע כי הגלוטתיון מתפקד כקו-אנזים בתגובות אנזימטיות רבות, וחלק מחשיבותו קשור ליכולתו להעביר חומצות אמינו בצורה של חומצות אמינו-גלוטמיל תוך תאיות.

הגלוטתיון שיכול לעזוב את התא (שהוא עושה בצורתו המופחתת) מסוגל להשתתף בתגובות להפחתת חמצון בסביבת קרום הפלזמה ובסביבת התא שמסביב, המגנה על התאים מפני נזק מפני סוגים שונים של חומרים מחמצנים.

אחסון ציסטאין

טריפפטיד זה מתפקד גם כמקור לאחסון ציסטאין ותורם לשמירה על המצב המופחת של קבוצות הסולפידריל של החלבונים בפנים התא ומצב הברזל של קבוצת ההם של החלבונים המכילים קופקטור כאמור.

קיפול חלבונים

כאשר הוא משתתף בקיפול חלבונים נראה שיש לו תפקיד חשוב כחומר הפחתה לגשרים דיסולפידים אשר התגבשו באופן לא הולם במבני חלבון, אשר בדרך כלל נובע מחשיפה לחומרים מחמצנים כמו חמצן, מי חמצן, פרוקסיניטריט, ו כמה superoxides.

תפקוד אריתרוציט

באריתרוציטים, הגלוטתיון המופחת (GSH) המיוצר על ידי האנזים גלוטתיון רדוקטאז, המשתמש ב- NADPH המיוצר על ידי מסלול פוספט פוספט, תורם להסרת מי חמצן דרך התגובה שמסוללת אנזים אחר: גלוטתיון peroxidase, המייצר מים וגלוטתיון מחומצן (GSSG).

פירוק מי חמצן, ולפיכך מניעת הצטברותו באריתרוציטים, מאריך את אורך חיי התאים הללו, מכיוון שהוא נמנע מהנזק החמצוני שיכול להתרחש בקרום התא, שיכול להסתיים בהמוליזה.

מטבוליזם קסנווביוטי

גלוטתיון הוא גם שחקן חשוב במטבוליזם קסנוביוטי, הודות לפעולה של אנזימי S- טרנספראז גלוטתיון המייצרים קונוג'גטים גלוטתיון שאפשר לאחר מכן מטבוליזציה תוך-תאית.

זהיר לזכור כי המונח "זנו-ביוטי" משמש להתייחס לתרופות, מזהמים סביבתיים ומסרטנים כימיים אליהם נחשף אורגניזם.

מצב חמצוני של תאים

מכיוון שגלוטתיון קיים בשתי צורות, אחת מופחתת ואחת מחומצנת, הקשר בין שתי המולקולות קובע את מצב הרדוקס של התאים. אם יחס ה- GSH / GSSG גדול מ- 100, התאים נחשבים לבריאים, אך אם זה קרוב ל 1 או 10, זה יכול להיות אינדיקטור לכך שהתאים נמצאים במצב של לחץ חמצוני.

ביוסינתזה

טריפטפטיד הגלוטתיון מסונתז בתוך התא, בצמחים ובעלי חיים, על ידי פעולה של שני אנזימים: (1) γ-glutamylcysteine ​​synthetase ו- (2) glutathione synthetase (GSH synthetase), ואילו השפלה שלו או " פירוק "תלוי בפעולה של האנזים γ-glutamyl transpeptidase.

באורגניזמים מהצומח כל אחד מהאנזימים מקודד על ידי גן יחיד ופגמים באחד החלבונים או הגנים המקודדים שלהם יכולים לגרום לקטלניות בעובר.

אצל בני אדם, כמו אצל יונקים אחרים, האתר העיקרי בסינתזה וייצוא של גלוטתיון הוא הכבד, במיוחד בתאי כבד (הפטוציטים) המקיפים את דרכי הוורידים המובילים דם וחומרים אחרים אל האיבר וממנו שְׁאֵלָה.

סינתזת דה נובו של גלוטתיון, התחדשותו או מחזורו, דורשים אנרגיה מ- ATP כדי להתרחש.

מופחת גלוטתיון (GSH)

גלוטתיון מופחת נגזר מחומצות האמינו גליצין, גלוטמט וציסטאין, כאמור, והסינתזה שלו מתחילה בהפעלת (באמצעות ATP) של קבוצת γ-carboxyl של גלוטמט (מקבוצת R) ליצירת acyl phosphate ביניים, אשר הוא מותקף על ידי קבוצת הא-אמינו של ציסטאין.

שתי התגובות הראשונות של עיבוי חומצות אמינו זו מנותזות על ידי סינתזת γ-glutamylcysteine ​​והיא מושפעת בדרך כלל מהזמינות התוך תאית של חומצות האמינו גלוטמט וציסטאין.

הדיפפטיד שנוצר כך מתעבה לאחר מכן במולקולת גליצין בזכות פעולת הסינתזה של GSH. במהלך תגובה זו מתרחשת גם הפעלה עם ATP מקבוצת α-carboxyl של ציסטאין ליצירת פוספט acyl ובכך להעדיף את התגובה עם שאריות הגליצין.

גלוטתיון מחומצן (GSSG)

כאשר גלוטתיון מופחת משתתף בתגובות להפחתת חמצון, הצורה המחומצנת מורכבת למעשה משתי מולקולות גלוטתיון המקושרות זו לזו דרך גשרי דיסולפיד; מסיבה זו מקצרת הצורה המחומצנת את ראשי התיבות "GSSG".

היווצרות המינים המחומצנים של גלוטתיון תלויה באנזים המכונה גלוטתיון פרוקסידז או GSH פרוקסידאז, שהוא פרוקסידז שמכיל סלנוציסטאין (שארית ציסטאין שבמקום שיש אטום גופרית יש אטום סלניום). פָּעִיל.

ההמרה בין הצורות המחומצנות והמצומצמות מתרחשת בזכות השתתפותו של רדוקטאז GSSG או גלוטתיון רדוקטאז, המשתמש ב- NAPDH כדי לזרז את הפחתת ה- GSSG בנוכחות חמצן, יחד עם היווצרותו המקבילה של מי חמצן.

היתרונות מצריכתו

ניתן להעניק גלוטתיון דרך הפה, באופן טופיקלי, תוך ורידי, תוך שריריות או ערפול, על מנת להגדיל את ריכוזו המערכתי בחולים הסובלים ממתח חמצוני, למשל.

מחלת הסרטן

מחקרים על מתן דרך הפה של גלוטתיון מראים כי נטילת גלוטתיון עשויה להפחית את הסיכונים לסרטן הפה וכאשר היא ניתנת בשילוב עם כימותרפיה חמצונית היא מפחיתה את ההשפעות השליליות של הטיפול בחולי סרטן.

איידס

באופן כללי, חולים הנגועים בנגיף הכשל החיסוני הנרכש (HIV) סובלים ממחסור גלוטתיון תאיים הן בתאי הדם האדומים והן בתאי T ובמונוציטים, מה שקובע את תפקודם הנכון.

במחקר שערך מוריס ואח ', הוכח כי אספקת הגלוטתיון למקרופאגים מחולים חיוביים ל- HIV שיפרה במידה ניכרת את תפקודם של תאים אלה, במיוחד כנגד זיהומים עם פתוגנים אופורטוניסטים כמו M. tuberculosis.

פעילות שרירים

מחקרים אחרים קשורים לשיפור בפעילות התכווצות שרירים, הגנה נוגדת חמצון ונזק חמצוני שנגרם כתגובה לפגיעה באיסכמיה / פרפורפוזיה לאחר מתן דרך הפה של GSH במהלך אימוני התנגדות גופנית.

פתולוגיות כבד

זה נחשב, בתורו, כי בבליעתו או במתן תוך ורידי יש תפקידים במניעת התקדמותם של סוגים מסוימים של סרטן ובהפחתת הנזק התאי המתרחש כתוצאה מפתולוגיות כבד מסוימות.

נוגד חמצון

למרות העובדה שלא כל המחקרים שדווחו בוצעו בחולים אנושיים, אך בדרך כלל מדובר בבדיקות במודלים של בעלי חיים (בדרך כלל עכברים), התוצאות שהתקבלו במחקרים קליניים מסוימים מאשרות את יעילות הגלוטתיון האקסוגני כנוגד חמצון.

מסיבה זו הוא משמש לטיפול בקטרקט וגלאוקומה, כמוצר "אנטי אייג'ינג", לטיפול בהפטיטיס, מחלות לב רבות, אובדן זיכרון ולחיזוק מערכת החיסון, טיהור לאחר הרעלה במתכות כבדות ותרופות.

"קְלִיטָה"

גלוטתיון שמנוהל באופן חיצוני לא יכול להיכנס לתאים אלא אם כן הוא מופעל על ידי הידרוליזה לחומצות האמינו המרכיבות אותו. לפיכך, ההשפעה הישירה של מתן (דרך הפה או דרך הווריד) של תרכובת זו היא עליית הריכוז התוך תאי של GSH בזכות התרומה של חומצות האמינו הנחוצות לסינתזה שלה, הניתנות להובלה יעילה לציטוזול.

תופעות לוואי

למרות שצריכת גלוטתיון נחשבת "בטוחה" או לא מזיקה, לא בוצעו מספיק מחקרים על תופעות הלוואי שלה.

עם זאת, ממחקרים מעטים שדווחו, ידוע כי יכולות להיות לכך השפעות שליליות הנובעות מאינטראקציה עם תרופות אחרות, ויכולות להזיק לבריאות בהקשרים פיזיולוגיים שונים.

אם הוא נמשך לאורך זמן, נראה כי הם פועלים להפחתה מוגזמת של רמות אבץ, ובנוסף, אם הוא נשאף, הוא יכול לגרום להתקפי אסטמה קשים בקרב חולי אסטמה.

הפניות

1. אלן, ג'יי, וברדלי, ר (2011). ההשפעות של תוסף גלוטתיון דרך הפה על סמנים ביולוגיים של מתח חמצוני מערכתי אצל מתנדבים אנושיים. כתב העת לרפואה אלטרנטיבית ומשלימה, 17 (9), 827–833.
2. קונקלין, KA (2009). נוגדי חמצון תזונתיים במהלך כימותרפיה בסרטן: השפעה על יעילות כימותרפית והתפתחות תופעות לוואי. תזונה וסרטן, 37 (1), 1–18.
3. מייסטר, א '(1988). מטבוליזם של גלוטתיון ושינויו הסלקטיבי. כתב העת לכימיה ביולוגית, 263 (33), 17205-17208.
4. Meister, A., and Anderson, ME (1983). גלוטתיון. אן. ר 'ביוכימ. , 52, 711-760.
5. מוריס, ד, גררה, סי, ח'וראסני, מ., גילפורד, פ., וסביולה, ב. (2013). תוסף גלוטתיון משפר את תפקודי המקרופאג 'ב- HIV. כתב העת לחקר אינטרפרון וציטוקין, 11.
6. מוריי, ר., בנדר, ד., בוטם, ק., קנלי, פ., רודוול, ו., וייל, פ. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (מהדורה 28). מקגרו היל רפואי.
7. נלסון, DL ו- Cox, MM (2009). עקרונות לינגינגר של ביוכימיה. מהדורות אומגה (מהדורה חמישית). 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). גלוטתיון בצמחים: סקירה משולבת. צמח, תא וסביבה, 35, 454-484.
9. פיצורנו, ג'(2014). גלוטתיון! רפואה חקירה, 13 (1), 8–12.
10. קאנונגו, ס., סטארק, ד.וו., פאי, ח. וי, מייאל, ג'יי ג'יי, וניימינן, א '(2007). תוספת גלוטתיון מעצימה אפופטוזיס היפוקסית על ידי S-Glutathionylation של p65-NFkB. כתב העת לכימיה ביולוגית, 282 (25), 18427-18436.
11. Ramires, PR, & Ji, LL (2001). תוספי אימון וגלוטתיון מגבירים את עמידות שריר הלב בפני איסכמיה-פרפורפוזיה in vivo. אן. ג'יי פיזיול. לב מעגל. פיזיול. , 281, 679-688.
12. Sies, H. (2000). גלוטתיון ותפקידו בתפקודים סלולריים. ביולוגיה רדיקלית חופשית ורפואה R, 27 (99), 916–921.
13. וו, ג., פאנג, י., יאנג, ש., לופטון, ג'יי.אר, & טרנר, נ.ד. (2004). מטבוליזם של גלוטתיון והשלכותיו על הבריאות. החברה האמריקאית למדעי התזונה, 489–492.