GLUTATHIONE: CIRI, STRUKTUR, FUNGSI, BIOSINTESIS - BIOLOGI

The glutathione ( GSH ) adalah molekul kecil tripeptide (dengan hanya tiga amino sisa asid) nonprotein terlibat dalam banyak fenomena biologi seperti Mechanics enzim, makromolekul biosintesis, metabolisme perantara, ketoksikan oksigen, pengangkutan intraselular, dan lain-lain

Peptida kecil ini, yang terdapat pada haiwan, tumbuhan dan beberapa bakteria, dianggap sebagai "penyangga" pengurangan oksido, kerana ia adalah salah satu sebatian berat molekul rendah utama yang mengandungi sulfur dan kekurangan toksisitas yang berkaitan dengan residu sistein.

Struktur molekul Glutathione (Sumber: Claudio Pistilli melalui Wikimedia Commons)

Beberapa penyakit pada manusia dikaitkan dengan kekurangan enzim tertentu metabolisme glutathione, dan ini disebabkan oleh banyak fungsinya dalam pemeliharaan homeostasis tubuh.

Kekurangan zat makanan, tekanan oksidatif dan patologi lain yang dialami oleh manusia dapat dibuktikan sebagai penurunan glutathione yang drastik, sebab itulah kadangkala merupakan petunjuk yang baik untuk keadaan kesihatan sistem badan.

Untuk tumbuh-tumbuhan, dengan cara yang sama, glutathione adalah faktor yang sangat diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangannya, kerana ia juga memenuhi fungsi dalam beberapa jalur biosintetik dan penting untuk detoksifikasi sel dan homeostasis dalaman, di mana ia bertindak sebagai antioksidan yang kuat.

ciri

Kajian pertama yang dilakukan berkaitan dengan lokasi glutathione subselular menunjukkan bahawa ia terdapat di mitokondria. Kemudian, ia juga diperhatikan di wilayah yang sesuai dengan matriks nuklear dan peroksisom.

Pada masa ini diketahui bahawa petak di mana kepekatannya paling banyak terdapat di sitosol, kerana di sana secara aktif dihasilkan dan diangkut ke petak selular lain seperti mitokondria.

Pada sel mamalia, kepekatan glutathione berada dalam julat milimol, sedangkan dalam plasma darah bentuknya yang berkurang (GSH) ditemukan dalam kepekatan mikromolar.

Kepekatan intraselular ini menyerupai kepekatan glukosa, kalium, dan kolesterol, elemen penting untuk struktur, fungsi, dan metabolisme sel.

Sebilangan organisma mempunyai molekul analog atau varian glutathione. Parasit protozoa yang mempengaruhi mamalia mempunyai bentuk yang dikenal sebagai "trypanothion" dan dalam beberapa bakteria sebatian ini digantikan oleh molekul sulfur lain seperti thiosulfate dan glutamylcysteine.

Spesies tumbuhan tertentu mempunyai, selain glutathione, molekul homolog yang mempunyai residu selain glisin pada ujung terminal C (homoglutathione), dan yang dicirikan oleh fungsi yang serupa dengan tripeptida yang dimaksudkan.

Walaupun terdapat sebatian lain yang serupa dengan glutathione dalam organisma yang berbeza, ini adalah salah satu "thiols" yang terdapat dalam kepekatan tertinggi secara intraselular.

Nisbah tinggi yang biasanya wujud antara bentuk yang dikurangkan (GSH) dan bentuk yang teroksidasi (GSSG) glutathione adalah ciri lain molekul ini.

Struktur

Glutathione atau L-γ-glutamyl-L-cysteinyl-glycine, seperti namanya, terdiri daripada tiga residu asid amino: L-glutamat, L-sistein, dan glisin. Residu sistein dan glisin dihubungkan bersama melalui ikatan peptida biasa, iaitu antara kumpulan α-karboksil satu asid amino dan kumpulan α-amino yang lain.

Walau bagaimanapun, ikatan yang berlaku antara glutamat dan sistein bukanlah tipikal protein, kerana ia berlaku antara bahagian γ-karboksil kumpulan R glutamat dan kumpulan α-amino sistein, jadi ikatan ini ia dipanggil ikatan γ.

Molekul kecil ini mempunyai jisim molar lebih dari 300 g / mol dan kehadiran ikatan γ nampaknya penting bagi imuniti peptida ini terhadap tindakan banyak enzim aminopeptidase.

ciri-ciri

Seperti disebutkan, glutathione adalah protein yang berpartisipasi dalam banyak proses selular pada haiwan, tumbuhan, dan prokariota tertentu. Dalam pengertian ini, penyertaan umum dalam:

-Proses sintesis dan penurunan protein

-Pembentukan prekursor ribonukleotida DNA

-Peraturan aktiviti beberapa enzim

-Pelindungan sel dengan adanya spesies oksigen reaktif (ROS) dan radikal bebas yang lain

- Transduksi sinyal

-Ekspresi genetik dan dalam

-Aptosis atau kematian sel yang diprogramkan

Koenzim

Telah juga ditentukan bahawa glutathione berfungsi sebagai koenzim dalam banyak reaksi enzimatik, dan bahagian kepentingannya berkaitan dengan kemampuannya mengangkut asid amino dalam bentuk asam amino γ-glutamil secara intraselular.

Glutathione yang dapat meninggalkan sel (yang dilakukan dalam bentuknya yang berkurang) mampu mengambil bahagian dalam reaksi pengurangan oksidasi di sekitar membran plasma dan persekitaran sel di sekitarnya, yang melindungi sel dari kerosakan terhadap pelbagai kelas agen pengoksidaan.

Penyimpanan sistein

Tripeptida ini juga berfungsi sebagai sumber penyimpanan sistein dan menyumbang kepada pemeliharaan keadaan berkurangnya kumpulan sulfhidril protein di bahagian dalam sel dan keadaan ferus dari kumpulan heme protein yang mengandungi kofaktor tersebut.

Lipatan protein

Apabila ia mengambil bahagian dalam lipatan protein, nampaknya ia mempunyai fungsi penting sebagai agen pengurangan jambatan disulfida yang telah terbentuk dengan tidak betul dalam struktur protein, yang biasanya disebabkan oleh pendedahan kepada agen pengoksidaan seperti oksigen, hidrogen peroksida, peroksinitrit dan sebilangan superoksida.

Fungsi eritrosit

Dalam eritrosit, glutathione berkurang (GSH) yang dihasilkan oleh enzim glutathione reductase, yang menggunakan NADPH yang dihasilkan oleh jalan pentosa fosfat, menyumbang kepada penyingkiran hidrogen peroksida melalui reaksi yang dikatalisis oleh enzim lain: glutathione peroksidase, yang menghasilkan air dan glutathione teroksidasi (GSSG).

Pecahan hidrogen peroksida dan, oleh itu, pencegahan pengumpulannya dalam eritrosit, memanjangkan jangka hayat sel-sel ini, kerana ia mengelakkan kerosakan oksidatif yang dapat terjadi pada membran sel dan yang dapat berakhir dengan hemolisis.

Metabolisme xenobiotik

Glutathione juga merupakan pemain penting dalam metabolisme xenobiotik, berkat tindakan enzim glutathione S-transferase yang menghasilkan konjugat glutathione yang kemudian dapat dimetabolisme secara intraselular.

Adalah bijaksana untuk mengingat bahawa istilah "xenobiotik" digunakan untuk merujuk kepada ubat-ubatan, pencemaran alam sekitar dan karsinogen kimia yang terdedah kepada organisma.

Keadaan oksidatif sel

Oleh kerana glutathione wujud dalam dua bentuk, satu dikurangkan dan satu teroksidasi, hubungan antara kedua molekul menentukan keadaan redoks sel. Sekiranya nisbah GSH / GSSG lebih besar daripada 100, sel-sel dianggap sihat, tetapi jika mendekati 1 atau 10, ia dapat menjadi petunjuk bahawa sel-sel berada dalam keadaan tekanan oksidatif.

Biosintesis

Glutathione tripeptide disintesis di dalam sel, baik pada tumbuhan dan haiwan, dengan tindakan dua enzim: (1) γ-glutamylcysteine synthetase dan (2) glutathione synthetase (GSH synthetase), sementara degradasinya atau " penguraian ”bergantung pada tindakan enzim γ-glutamil transpeptidase.

Dalam organisma tumbuhan, setiap enzim dikodekan oleh satu gen dan kecacatan pada salah satu protein atau gen pengekodannya boleh menyebabkan kematian embrio.

Pada manusia, seperti mamalia lain, situs utama sintesis dan eksport glutathione adalah hati, khususnya pada sel hati (hepatosit) yang mengelilingi saluran vena yang mengangkut darah dan bahan lain ke dan dari organ di soalan.

Sintesis de novo glutathione, penjanaan semula atau kitar semula, memerlukan tenaga dari ATP untuk berlaku.

Glutathione berkurang (GSH)

Glutathione yang dikurangkan berasal dari asid amino glisin, glutamat dan sistein, seperti yang telah disebutkan, dan sintesisnya dimulakan dengan pengaktifan (menggunakan ATP) kumpulan γ-karboksil glutamat (dari kumpulan R) untuk membentuk perantaraan asil fosfat, yang ia diserang oleh kumpulan α-amino sistein.

Tindak balas pemeluwapan dua asid amino pertama ini dikatalisis oleh synthetase γ-glutamylcysteine dan biasanya dipengaruhi oleh ketersediaan intraselular asid amino glutamat dan sistein.

Dipeptida yang terbentuk kemudiannya dikondensasikan dengan molekul glisin berkat tindakan GSH synthetase. Semasa tindak balas ini, pengaktifan dengan ATP dari kumpulan α-karboksil sistein juga berlaku untuk membentuk asil fosfat dan dengan itu menggemari reaksi dengan residu glisin.

Glutathione teroksidasi (GSSG)

Apabila glutathione berkurang mengambil bahagian dalam tindak balas pengurangan pengoksidaan, bentuk teroksidasi sebenarnya terdiri daripada dua molekul glutathione yang dihubungkan bersama melalui jambatan disulfida; oleh sebab inilah bentuk teroksida disingkat dengan inisial "GSSG".

Pembentukan spesies glutathione yang teroksidasi bergantung pada enzim yang dikenali sebagai glutathione peroxidase atau GSH peroxidase, yang merupakan peroksidase yang mengandung selenocysteine (residu sistein yang bukannya memiliki atom sulfur yang memiliki atom selenium) di tempatnya. aktif.

Interkonversi antara bentuk teroksidasi dan dikurangkan berlaku berkat penyertaan GSSG reduktase atau glutathione reductase, yang menggunakan NAPDH untuk memangkinkan pengurangan GSSG dengan adanya oksigen, dengan pembentukan hidrogen peroksida bersamaan.

Kebaikan pengambilannya

Glutathione dapat diberikan secara lisan, topikal, intravena, intranas atau nebulized, untuk meningkatkan kepekatan sistemiknya pada pesakit yang mengalami tekanan oksidatif, misalnya.

Kanser

Penyelidikan mengenai pemberian glutathione oral menunjukkan bahawa pengambilan glutathione dapat mengurangkan risiko kanser mulut dan bahawa, apabila diberikan bersama dengan kemoterapi oksidatif, ia dapat mengurangkan kesan negatif terapi pada pesakit barah.

HIV

Secara amnya, pesakit yang dijangkiti virus imunodefisiensi (HIV) yang diperoleh mempunyai kekurangan glutathione intraselular pada sel darah merah dan sel T dan monosit, yang menentukan fungsinya yang betul.

Dalam sebuah kajian oleh Morris et al., Telah ditunjukkan bahawa bekalan glutathione ke makrofag dari pesakit HIV-positif meningkatkan fungsi sel-sel ini, terutama terhadap jangkitan dengan patogen oportunis seperti M. tuberculosis.

Aktiviti otot

Kajian lain ada kaitan dengan peningkatan aktiviti kontraktil otot, pertahanan antioksidan dan kerosakan oksidatif yang disebabkan oleh tindak balas terhadap kecederaan iskemia / reperfusi setelah pemberian oral GSH semasa latihan ketahanan fizikal.

Patologi hati

Telah dipertimbangkan, pada gilirannya, bahawa pengambilan atau pemberian intravena berfungsi dalam pencegahan kemajuan beberapa jenis barah dan dalam pengurangan kerosakan sel yang terjadi akibat dari patologi hati tertentu.

Antioksidan

Walaupun tidak semua kajian yang dilaporkan telah dilakukan pada pasien manusia, tetapi biasanya merupakan ujian pada model hewan (umumnya pada tikus), hasil yang diperoleh dalam beberapa uji klinis menegaskan keberkesanan glutathione eksogen sebagai antioksidan.

Atas sebab ini, ia digunakan untuk rawatan katarak dan glaukoma, sebagai produk "anti-penuaan", untuk rawatan hepatitis, banyak penyakit jantung, kehilangan ingatan dan untuk menguatkan sistem imun, dan untuk penyucian selepas keracunan dengan logam berat dan ubat-ubatan.

"Penyerapan"

Glutathione yang diberikan secara eksogen tidak dapat memasuki sel melainkan dihidrolisiskan menjadi asid amino penyusunnya. Oleh itu, kesan langsung pemberian (oral atau intravena) sebatian ini adalah peningkatan kepekatan intraselular GSH berkat sumbangan asid amino yang diperlukan untuk sintesisnya, yang dapat diangkut secara berkesan ke sitosol.

Kesan sampingan

Walaupun pengambilan glutathione dianggap "selamat" atau tidak berbahaya, tidak banyak kajian dilakukan mengenai kesan sampingannya.

Walau bagaimanapun, dari beberapa kajian yang dilaporkan, diketahui bahawa ia boleh memberi kesan negatif akibat interaksi dengan ubat lain dan boleh membahayakan kesihatan dalam pelbagai konteks fisiologi.

Sekiranya diambil dalam jangka masa panjang, nampaknya mereka bertindak dalam penurunan kadar zink yang berlebihan dan, di samping itu, jika disedut, ia boleh menyebabkan serangan asma yang teruk pada pesakit asma.

Rujukan

Allen, J., & Bradley, R. (2011). Kesan Tambahan Glutathione Oral pada Biomarker Tekanan Oksidatif Sistemik pada Sukarelawan Manusia. Jurnal Perubatan Alternatif dan Komplementari, 17 (9), 827-833.
Conklin, KA (2009). Antioksidan Diet Semasa Kemoterapi Kanser: Kesan Terhadap Keberkesanan Kimoterapeutik dan Perkembangan Kesan Sampingan. Pemakanan dan Kanser, 37 (1), 1–18.
Meister, A. (1988). Metabolisme Glutathione dan Pengubahsuaian Selektifnya. Jurnal Kimia Biologi, 263 (33), 17205-17208.
Meister, A., & Anderson, ME (1983). Glutathione. Ann. Rev Biochem. , 52, 711-760.
Morris, D., Guerra, C., Khurasany, M., Guilford, F., & Saviola, B. (2013). Suplementasi Glutathione Meningkatkan Fungsi Makrofag pada HIV. Jurnal Penyelidikan Interferon & Sitokin, 11.
Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Biokimia Ilustrasi Harper (edisi ke-28). Perubatan McGraw-Hill.
Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Biokimia Lehninger. Edisi Omega (edisi ke-5). https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2
Noctor, G., Mhamdi, A., Chaouch, S., Han, YI, Neukermans, J., Marquez-garcia, B.,… Foyer, CH (2012). Glutathione dalam tumbuhan: gambaran keseluruhan bersepadu. Tumbuhan, Sel & Alam Sekitar, 35, 454-448.
Pizzorno, J. (2014). Glutathione! Perubatan Penyiasatan, 13 (1), 8–12.
Qanungo, S., Starke, DW, Pai, H. V, Mieyal, JJ, & Nieminen, A. (2007). Suplementasi Glutathione Memperkuat Apoptosis Hipoksia dengan S-Glutathionylation p65-NFkB. Jurnal Kimia Biologi, 282 (25), 18427-18436.
Ramires, PR, & Ji, LL (2001). Suplementasi dan latihan glutathione meningkatkan daya tahan miokard terhadap iskemia-reperfusi in vivo. Ann. J. Physiol. Lingkaran Jantung. Fisiol. , 281, 679-688.
Sies, H. (2000). Glutathione dan Peranannya dalam Fungsi Selular. Biologi Radikal Percuma & Perubatan R, 27 (99), 916–921.
Wu, G., Fang, Y., Yang, S., Lupton, JR, & Turner, ND (2004). Metabolisme Glutathione dan Implikasinya terhadap Kesihatan. Persatuan Amerika untuk Sains Pemakanan, 489-492.

GLUTATHIONE: CIRI, STRUKTUR, FUNGSI, BIOSINTESIS - BIOLOGI - 2025