GLUTATHION: EIGENSCHAFTEN, STRUKTUR, FUNKTIONEN, BIOSYNTHESE - BIOLOGIE - 2025

Das Glutathion ( GSH ) ist ein kleines Tripeptidmolekül (mit nur drei Aminosäureresten), das an vielen biologischen Phänomenen wie der enzymatischen Mechanik, biosynthetischen Makromolekülen, dem Zwischenstoffwechsel, der Sauerstofftoxizität, dem intrazellulären Transport usw. beteiligt ist.

Dieses kleine Peptid, das in Tieren, Pflanzen und einigen Bakterien vorhanden ist, wird als oxidreduzierender „Puffer“ angesehen, da es eine der wichtigsten niedermolekularen Verbindungen ist, die Schwefel enthält und die damit verbundene Toxizität fehlt Cysteinreste.

Glutathion-Molekülstruktur (Quelle: Claudio Pistilli über Wikimedia Commons)

Einige Krankheiten beim Menschen wurden mit dem Mangel an spezifischen Enzymen des Glutathion-Metabolismus in Verbindung gebracht, und dies ist auf seine vielfältigen Funktionen bei der Aufrechterhaltung der Körperhomöostase zurückzuführen.

Unterernährung, oxidativer Stress und andere Erkrankungen des Menschen können als drastische Abnahme des Glutathions nachgewiesen werden, weshalb es manchmal ein guter Indikator für den Gesundheitszustand der Körpersysteme ist.

In gleicher Weise ist Glutathion für Pflanzen ein wesentlicher Faktor für ihr Wachstum und ihre Entwicklung, da es auch Funktionen in mehreren Biosynthesewegen erfüllt und für die zelluläre Entgiftung und interne Homöostase wesentlich ist, wo es als starkes Antioxidans wirkt.

Eigenschaften

Die ersten Studien, die in Bezug auf den subzellulären Ort von Glutathion durchgeführt wurden, zeigten, dass es in den Mitochondrien vorhanden ist. Später wurde es auch in der der Kernmatrix entsprechenden Region und in Peroxisomen beobachtet.

Gegenwärtig ist bekannt, dass sich das Kompartiment, in dem seine Konzentration am höchsten ist, im Cytosol befindet, da es dort aktiv produziert und in andere zelluläre Kompartimente wie die Mitochondrien transportiert wird.

In Säugetierzellen liegt die Glutathionkonzentration im Millimolbereich, während im Blutplasma seine reduzierte Form (GSH) in mikromolaren Konzentrationen gefunden wird.

Diese intrazelluläre Konzentration ähnelt stark der Konzentration von Glucose, Kalium und Cholesterin, wesentlichen Elementen für die Zellstruktur, -funktion und den Stoffwechsel.

Einige Organismen besitzen Glutathionanaloga oder Variantenmoleküle. Protozoenparasiten, die Säugetiere betreffen, haben eine als "Trypanothion" bekannte Form, und in einigen Bakterien wird diese Verbindung durch andere Schwefelmoleküle wie Thiosulfat und Glutamylcystein ersetzt.

Bestimmte Pflanzenarten besitzen neben Glutathion homologe Moleküle, die am C-terminalen Ende andere Reste als Glycin aufweisen (Homoglutathion) und die durch ähnliche Funktionen wie das betreffende Tripeptid gekennzeichnet sind.

Trotz der Existenz anderer Verbindungen, die Glutathion in verschiedenen Organismen ähnlich sind, ist dies eines der "Thiole", die intrazellulär in der höchsten Konzentration gefunden werden.

Das hohe Verhältnis, das normalerweise zwischen der reduzierten Form (GSH) und der oxidierten Form (GSSG) von Glutathion besteht, ist ein weiteres Unterscheidungsmerkmal dieses Moleküls.

Struktur

Glutathion oder L-γ-Glutamyl-L-Cysteinylglycin besteht, wie der Name schon sagt, aus drei Aminosäureresten: L-Glutamat, L-Cystein und Glycin. Die Cystein- und Glycinreste sind durch gemeinsame Peptidbindungen miteinander verbunden, dh zwischen der α-Carboxylgruppe einer Aminosäure und der α-Aminogruppe der anderen.

Die Bindung, die zwischen Glutamat und Cystein auftritt, ist jedoch nicht typisch für Proteine, da sie zwischen dem γ-Carboxylanteil der R-Gruppe von Glutamat und der α-Aminogruppe von Cystein auftritt, also ist diese Bindung es wird eine γ-Bindung genannt.

Dieses kleine Molekül hat eine Molmasse von etwas mehr als 300 g / mol und das Vorhandensein der γ-Bindung scheint für die Immunität dieses Peptids gegen die Wirkung vieler Aminopeptidaseenzyme entscheidend zu sein.

Eigenschaften

Wie bereits erwähnt, ist Glutathion ein Protein, das an zahlreichen zellulären Prozessen in Tieren, Pflanzen und bestimmten Prokaryoten beteiligt ist. In diesem Sinne ist seine allgemeine Beteiligung an:

-Die Prozesse der Proteinsynthese und des Proteinabbaus

-Die Bildung von DNA-Ribonukleotid-Vorläufern

-Regulierung der Aktivität einiger Enzyme

-Schutz von Zellen in Gegenwart von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) und anderen freien Radikalen

-Signaltransduktion

-Genetischer Ausdruck und in

-Aptose oder programmierter Zelltod

Coenzym

Es wurde auch festgestellt, dass Glutathion bei vielen enzymatischen Reaktionen als Coenzym fungiert und dass ein Teil seiner Bedeutung mit seiner Fähigkeit zusammenhängt, Aminosäuren in Form von γ-Glutamylaminosäuren intrazellulär zu transportieren.

Das Glutathion, das die Zelle verlassen kann (was es in seiner reduzierten Form tut), kann an Oxidations-Reduktions-Reaktionen in der Nähe der Plasmamembran und der umgebenden Zellumgebung teilnehmen, wodurch die Zellen vor Schäden geschützt werden verschiedene Klassen von Oxidationsmitteln.

Cysteinspeicherung

Dieses Tripeptid fungiert auch als Cysteinspeicherquelle und trägt zur Aufrechterhaltung des reduzierten Zustands der Sulfhydrylgruppen der Proteine ​​im Zellinneren und des Eisenzustands der Hämgruppe der Proteine ​​bei, die den Cofaktor enthalten.

Proteinfaltung

Wenn es an der Proteinfaltung beteiligt ist, scheint es eine wichtige Funktion als Reduktionsmittel für Disulfidbrücken zu haben, die sich in Proteinstrukturen unangemessen gebildet haben, was normalerweise auf die Exposition gegenüber Oxidationsmitteln wie Sauerstoff, Wasserstoffperoxid, Peroxynitrit und zurückzuführen ist einige Superoxide.

Erythrozytenfunktion

In Erythrozyten trägt das vom Enzym Glutathionreduktase produzierte reduzierte Glutathion (GSH), das das vom Pentosephosphatweg produzierte NADPH verwendet, zur Entfernung von Wasserstoffperoxid durch die durch ein anderes Enzym katalysierte Reaktion bei: Glutathion Peroxidase, die Wasser und oxidiertes Glutathion (GSSG) produziert.

Der Abbau von Wasserstoffperoxid und damit die Verhinderung seiner Anreicherung in Erythrozyten verlängert die Lebensdauer dieser Zellen, da er die oxidativen Schäden vermeidet, die in der Zellmembran auftreten und zur Hämolyse führen können.

Xenobiotischer Stoffwechsel

Glutathion spielt auch eine wichtige Rolle im xenobiotischen Metabolismus, dank der Wirkung von Glutathion-S-Transferase-Enzymen, die Glutathion-Konjugate erzeugen, die dann intrazellulär metabolisiert werden können.

Es ist ratsam, sich daran zu erinnern, dass der Begriff "Xenobiotikum" für Arzneimittel, Umweltschadstoffe und chemische Karzinogene verwendet wird, denen ein Organismus ausgesetzt ist.

Oxidativer Zustand der Zellen

Da Glutathion in zwei Formen vorliegt, eine reduzierte und eine oxidierte, bestimmt die Beziehung zwischen den beiden Molekülen den Redoxzustand der Zellen. Wenn das GSH / GSSG-Verhältnis größer als 100 ist, werden die Zellen als gesund angesehen. Wenn es jedoch nahe bei 1 oder 10 liegt, kann dies ein Indikator dafür sein, dass sich die Zellen in einem Zustand oxidativen Stresses befinden.

Biosynthese

Das Glutathiontripeptid wird in der Zelle sowohl in Pflanzen als auch in Tieren durch die Wirkung von zwei Enzymen synthetisiert: (1) γ-Glutamylcysteinsynthetase und (2) Glutathionsynthetase (GSH-Synthetase), während sein Abbau oder " Zersetzung “hängt von der Wirkung des Enzyms γ-Glutamyltranspeptidase ab.

In Pflanzenorganismen wird jedes der Enzyme von einem einzelnen Gen kodiert, und Defekte in einem der Proteine ​​oder deren kodierenden Genen können bei Embryonen zur Letalität führen.

Beim Menschen wie auch bei anderen Säugetieren ist die Leber der Hauptort der Glutathionsynthese und des Glutathion-Exports, insbesondere in Leberzellen (Hepatozyten), die die Venengänge umgeben, die Blut und andere Substanzen zum und vom Organ transportieren Frage.

Die De-novo-Synthese von Glutathion, seine Regeneration oder sein Recycling erfordert Energie aus ATP.

Reduziertes Glutathion (GSH)

Reduziertes Glutathion wird, wie bereits erwähnt, von den Aminosäuren Glycin, Glutamat und Cystein abgeleitet, und seine Synthese beginnt mit der Aktivierung (unter Verwendung von ATP) der γ-Carboxylgruppe von Glutamat (der R-Gruppe) unter Bildung eines intermediären Acylphosphats, das es wird von der α-Aminogruppe von Cystein angegriffen.

Diese erste Kondensationsreaktion mit zwei Aminosäuren wird durch γ-Glutamylcysteinsynthetase katalysiert und wird üblicherweise durch die intrazelluläre Verfügbarkeit der Aminosäuren Glutamat und Cystein beeinflusst.

Das so gebildete Dipeptid wird anschließend dank der Wirkung der GSH-Synthetase mit einem Glycinmolekül kondensiert. Während dieser Reaktion tritt auch eine Aktivierung der α-Carboxylgruppe von Cystein mit ATP unter Bildung eines Acylphosphats auf und begünstigt somit die Reaktion mit dem Glycinrest.

Oxidiertes Glutathion (GSSG)

Wenn reduziertes Glutathion an Oxidations-Reduktions-Reaktionen teilnimmt, besteht die oxidierte Form tatsächlich aus zwei Glutathionmolekülen, die über Disulfidbrücken miteinander verbunden sind. Aus diesem Grund wird die oxidierte Form mit dem Akronym "GSSG" abgekürzt.

Die Bildung der oxidierten Glutathionspezies hängt von einem Enzym ab, das als Glutathionperoxidase oder GSH-Peroxidase bekannt ist. Hierbei handelt es sich um eine Peroxidase, die ein Selenocystein (einen Cysteinrest, der anstelle eines Schwefelatoms ein Selenatom aufweist) enthält. aktiv.

Die gegenseitige Umwandlung zwischen der oxidierten und der reduzierten Form erfolgt dank der Beteiligung einer GSSG-Reduktase oder Glutathionreduktase, die NAPDH verwendet, um die Reduktion von GSSG in Gegenwart von Sauerstoff unter gleichzeitiger Bildung von Wasserstoffperoxid zu katalysieren.

Vorteile seiner Aufnahme

Glutathion kann oral, topisch, intravenös, intranasal oder vernebelt verabreicht werden, um beispielsweise die systemische Konzentration bei Patienten mit oxidativem Stress zu erhöhen.

Krebs

Untersuchungen zur oralen Verabreichung von Glutathion legen nahe, dass die Einnahme von Glutathion das Risiko für Mundkrebs verringern kann und in Kombination mit oxidativen Chemotherapeutika die negativen Auswirkungen der Therapie bei Krebspatienten verringert.

HIV

Im Allgemeinen weisen Patienten, die mit dem erworbenen Immundefizienzvirus (HIV) infiziert sind, intrazelluläre Glutathionmängel sowohl in roten Blutkörperchen als auch in T-Zellen und Monozyten auf, was ihre korrekte Funktion bestimmt.

In einer Studie von Morris et al. Wurde gezeigt, dass die Zufuhr von Glutathion zu Makrophagen von HIV-positiven Patienten die Funktion dieser Zellen erheblich verbesserte, insbesondere gegen Infektionen mit opportunistischen Pathogenen wie M. tuberculosis.

Muskelaktivität

Andere Studien haben mit der Verbesserung der Muskelkontraktionsaktivität, der antioxidativen Abwehr und der oxidativen Schädigung zu tun, die als Reaktion auf eine Ischämie / Reperfusionsverletzung nach oraler Verabreichung von GSH während des körperlichen Widerstandstrainings verursacht werden.

Lebererkrankungen

Es wurde wiederum angenommen, dass seine Einnahme oder intravenöse Verabreichung Funktionen zur Verhinderung des Fortschreitens einiger Krebsarten und zur Verringerung von Zellschäden hat, die infolge bestimmter Lebererkrankungen auftreten.

Antioxidans

Obwohl nicht alle berichteten Studien an menschlichen Patienten durchgeführt wurden, sondern normalerweise Tests in Tiermodellen (im Allgemeinen an Mäusen) sind, bestätigen die in einigen klinischen Studien erhaltenen Ergebnisse die Wirksamkeit von exogenem Glutathion als Antioxidans.

Aus diesem Grund wird es zur Behandlung von Katarakten und Glaukomen als "Anti-Aging" -Produkt, zur Behandlung von Hepatitis, zahlreichen Herzerkrankungen, Gedächtnisverlust und zur Stärkung des Immunsystems sowie zur Behandlung von Reinigung nach Vergiftung mit Schwermetallen und Drogen.

"Absorption"

Exogen verabreichtes Glutathion kann nur dann in Zellen gelangen, wenn es zu seinen Aminosäurebestandteilen hydrolysiert wird. Daher ist die direkte Wirkung der Verabreichung (oral oder intravenös) dieser Verbindung die Erhöhung der intrazellulären Konzentration von GSH dank des Beitrags der für ihre Synthese erforderlichen Aminosäuren, die effektiv zum Cytosol transportiert werden können.

Nebenwirkungen

Obwohl die Aufnahme von Glutathion als "sicher" oder harmlos angesehen wird, wurden nicht genügend Studien zu den Nebenwirkungen durchgeführt.

Aus den wenigen berichteten Studien ist jedoch bekannt, dass es negative Auswirkungen auf die Wechselwirkung mit anderen Arzneimitteln haben kann und in verschiedenen physiologischen Zusammenhängen gesundheitsschädlich sein kann.

Wenn es langfristig eingenommen wird, scheinen sie den Zinkspiegel übermäßig zu senken, und wenn es eingeatmet wird, kann es bei Asthmatikern schwere Asthmaanfälle verursachen.

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