Glutathion - Glutathione

Glutathion
Glutathion-skeletal.svg
Glutathion-from-xtal-3D-balls.png
Navne
Foretrukket IUPAC -navn
(2 S ) -2-Amino-5-({(2 R ) -1-[(carboxymethyl) amino] -1-oxo-3-sulfanylpropan-2-yl} amino) -5-oxopentansyre
Andre navne
γ- L- Glutamyl- L -cysteinylglycin
(2 S ) -2-Amino-4-({(1 R ) -1-[(carboxymethyl) carbamoyl] -2-sulfanylethyl} carbamoyl) butansyre
Identifikatorer
3D -model ( JSmol )
Forkortelser GSH
ChEBI
CHEMBL
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard 100.000.660 Rediger dette på Wikidata
KEGG
MeSH Glutathion
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 kontrollereY
    Nøgle: RWSXRVCMGQZWBV-WDSKDSINSA-N kontrollereY
  • C (CC (= O) N [C @@ H] (CS) C (= O) NCC (= O) O) [C @@ H] (C (= O) O) N
Ejendomme
C 10 H 17 N 3 O 6 S
Molar masse 307,32  g · mol −1
Smeltepunkt 195 ° C (383 ° F; 468 K)
Frit opløseligt
Opløselighed i methanol , diethylether Uopløseligt
Farmakologi
V03AB32 ( WHO )
Medmindre andet er angivet, angives data for materialer i deres standardtilstand (ved 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
kontrollereY kontrollere  ( hvad er   ?) kontrollereY☒N
Infobox -referencer

Glutathion ( GSH ) er en antioxidant i planter , dyr , svampe og nogle bakterier og archaea . Glutathion er i stand til at forhindre skader på vigtige cellulære komponenter forårsaget af reaktive iltarter, såsom frie radikaler , peroxider , lipidperoxider og tungmetaller . Det er et tripeptid med en gamma peptidbinding mellem carboxylgruppen gruppe med glutamat sidekæden og cystein . Cysteinrestens carboxylgruppe bindes ved normal peptidbinding til glycin .

Biosyntese og forekomst

Glutathionbiosyntese involverer to adenosintrifosfat -afhængige trin:

  • For det første syntetiseres gamma -glutamylcystein fra L -glutamat og cystein. Denne omdannelse kræver enzymet glutamat -cysteinligase (GCL, glutamatcystein -syntase). Denne reaktion er det hastighedsbegrænsende trin i glutathionsyntese.
  • For det andet tilsættes glycin til C -terminalen for gamma -glutamylcystein. Denne kondensation katalyseres af glutathionsyntetase .

Selvom alle dyreceller er i stand til at syntetisere glutathion, har glutathionsyntese i leveren vist sig at være afgørende. GCLC knockout -mus dør inden for en måned efter fødslen på grund af fravær af hepatisk GSH -syntese.

Den usædvanlige gamma -amid -binding i glutathion beskytter den mod hydrolyse af peptidaser.

Hændelse

Glutathion er den mest forekommende thiol i dyreceller og spænder fra 0,5 til 10 mM. Det er til stede i cytosolen og organellerne.

Mennesker syntetiserer glutathion, men et par eukaryoter gør det ikke, herunder Fabaceae , Entamoeba og Giardia . De eneste kendte archaea, der fremstiller glutathion, er halobakterier . Nogle bakterier, såsom cyanobakterier og proteobakterier , kan biosyntetisere glutathion.

Biokemisk funktion

Glutathion findes i reducerede (GSH) og oxiderede ( GSSG ) tilstande. Forholdet mellem reduceret glutathion og oxideret glutathion i celler er et mål for cellulær oxidativ stress, hvor øget GSSG-til-GSH-forhold er tegn på større oxidativ stress. I raske celler og væv er mere end 90% af den samlede glutathionpulje i reduceret form (GSH), mens resten er i disulfidform (GSSG).

I reduceret tilstand er thiolgruppen af ​​cysteinylrest en kilde til en reducerende ækvivalent . Glutathion disulfid (GSSG) genereres derved. Den oxiderede tilstand omdannes til den reducerede tilstand af NADPH . Denne omdannelse katalyseres af glutathionreduktase :

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

Roller

Antioxidant

GSH beskytter celler ved at neutralisere (dvs. reducere) reaktive iltarter . Denne omdannelse illustreres ved reduktionen af ​​peroxider:

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

og med frie radikaler:

GSH + R . → 0,5 GSSG + RH

Regulering

Bortset fra deaktivering af radikaler og reaktive oxidanter deltager glutathion i thiolbeskyttelse og redoxregulering af cellulære thiolproteiner under oxidativ stress ved protein S-glutathionylering, en redox-reguleret post-translationel thiolmodifikation. Den generelle reaktion involverer dannelse af et usymmetrisk disulfid fra det beskyttelige protein (RSH) og GSH:

RSH + GSH + [O] → GSSR + H 2 O

Glutathion anvendes også til afgiftning af methylglyoxal og formaldehyd , giftige metabolitter produceret under oxidativ stress. Denne afgiftningsreaktion udføres af glyoxalasesystemet . Glyoxalase I (EF 4.4.1.5) katalyserer omdannelsen af methylglyoxal og reduceret glutathion til S - D -lactoyl-glutathion. Glyoxalase II (EF 3.1.2.6) katalyserer hydrolysen af S - D -lactoyl-glutathion til glutathion og D -mælkesyre .

Det opretholder eksogene antioxidanter som vitamin C og E i deres reducerede (aktive) tilstande.

Metabolisme

Blandt de mange metaboliske processer, som det deltager i, er glutathion påkrævet for biosyntesen af leukotriener og prostaglandiner . Det spiller en rolle ved opbevaring af cystein. Glutathion forbedrer citrullins funktion som en del af nitrogenoxidcyklussen . Det er en kofaktor og virker på glutathionperoxidase .

Bøjning

Glutathion letter metabolismen af ​​xenobiotika . Glutathion S-transferase enzymer katalyserer dets konjugering til lipofile xenobiotika, hvilket letter deres udskillelse eller yderligere metabolisme. Konjugationsprocessen illustreres ved metabolismen af N -acetyl p -benzoquinon imin (NAPQI). NAPQI er en reaktiv metabolit dannet ved virkningen af cytochrom P450 på paracetamol (acetaminophen). Glutathion konjugerer til NAPQI, og det resulterende ensemble udskilles.

Potentielle neurotransmittere

Glutathion binder sammen med oxideret glutathion (GSSG) og S-nitrosoglutathion (GSNO) til glutamatgenkendelsesstedet for NMDA- og AMPA-receptorerne (via deres y-glutamyldele). GSH og GSSG kan være neuromodulatorer . Ved millimolære koncentrationer kan GSH og GSSG også modulere redoxtilstanden af ​​NMDA -receptorkomplekset. Glutathion binder og aktiverer ionotrope receptorer , hvilket muligvis gør det til en neurotransmitter .

GSH aktiverer den purinerge P2X7 -receptor fra Müller glia , hvilket fremkalder akutte calciumforbigående signaler og GABA -frigivelse fra både nethinde -neuroner og glialceller.

I planter

I planter er glutathion involveret i stresshåndtering. Det er en komponent i glutathion-ascorbatcyklussen , et system, der reducerer giftigt hydrogenperoxid . Det er forløberen for phytochelatiner , glutathion -oligomerer, der chelaterer tungmetaller såsom cadmium . Glutathion er påkrævet for effektivt forsvar mod plantepatogener såsom Pseudomonas syringae og Phytophthora brassicae . Adenylyl-sulfat reduktase , et enzym ifølge svovl assimilation pathway, anvender glutathion som elektrondonor. Andre enzymer, der anvender glutathion som substrat, er glutaredoxiner . Disse små oxidoreduktaser er involveret i blomsterudvikling, salicylsyre og planteforsvarssignalering.

Biotilgængelighed og tilskud

Systemisk biotilgængelighed af oralt konsumeret glutathion er dårlig, fordi tripeptidet er substratet for proteaser (peptidaser) i fordøjelseskanalen og på grund af fraværet af en specifik bærer af glutathion på niveau af cellemembran. I en anden undersøgelse rapporterede forskere, at langsigtet glutathion -tilskud giver beskyttelse mod oxidativ skade. I denne undersøgelse øgede 500 mg oral GSH-tilskud ikke kun erytrocytisk GSH, men reducerede også 8-OHdG betydeligt inden for tre måneder hos ældre (alder over 55 år) diabetiske personer

Fordi direkte tilskud af glutathion ikke er vellykket, kan levering af de rå ernæringsmaterialer, der bruges til at generere GSH, såsom cystein og glycin , være mere effektiv til at øge glutathionniveauer. Andre antioxidanter såsom ascorbinsyre (C -vitamin) kan også virke synergistisk med glutathion og forhindre udtømning af begge. Den glutathion-ascorbat cyklus , som arbejder for at afgifte hydrogenperoxid (H 2 O 2 ), er et meget specifikt eksempel på dette fænomen.

Oralt tilskud med gamma-glutamylcystein har vist sig effektivt at øge cellulære glutathionniveauer.

Forbindelser som N-acetylcystein (NAC) og alfa-liponsyre (ALA, ikke at forveksle med den ikke - relaterede alfa-linolensyre ) er begge i stand til at hjælpe med at regenerere glutathionniveauer. Især NAC bruges ofte til behandling af overdosering af acetaminophen , en form for potentielt dødelig forgiftning, som delvis er skadelig på grund af alvorlig udtømning af glutathionniveauer. Det er en forløber for cystein.

Calcitriol (1,25-dihydroxyvitamin D 3 ), den aktive metabolit af vitamin D 3 , efter at være blevet syntetiseret ud fra calcifediol i nyren, øger glutathionniveauer i hjernen og synes at være en katalysator for glutathion produktion. Cirka ti dage er nødvendige for at kroppen kan behandle D -vitamin 3 til calcitriol.

S -adenosylmethionin (SAMe), et cosubstrat involveret i methylgruppeoverførsel, har også vist sig at øge cellulært glutathionindhold hos personer, der lider af en sygdomsrelateret glutathionmangel.

Lav glutathion observeres almindeligvis ved spild og negativ nitrogenbalance, som det ses ved kræft, hiv/aids, sepsis , traumer, forbrændinger og atletisk overtræning. Lave niveauer observeres også i perioder med sult. Disse virkninger antages at blive påvirket af den højere glykolytiske aktivitet forbundet med kakeksi , som skyldes reducerede niveauer af oxidativ phosphorylering.

Bestemmelse af glutathion

Ellmans reagens og monobromobiman

Reduceret glutathion kan visualiseres ved hjælp af Ellmans reagens eller bimanderivater , såsom monobromobiman . Monobromobiman -metoden er mere følsom. I denne procedure lyseres celler og thioler ekstraheres ved hjælp af en HCl -buffer . Thiolerne reduceres derefter med dithiothreitol og mærkes med monobromobiman. Monobromobiman bliver fluorescerende efter binding til GSH. Thiolerne separeres derefter ved HPLC, og fluorescensen kvantificeres med en fluorescensdetektor.

Monochlorobiman

Ved hjælp af monochlorobiman udføres kvantificeringen ved konfokal laserscanningsmikroskopi efter påføring af farvestoffet på levende celler. Denne kvantificeringsproces er afhængig af måling af frekvenserne af fluorescensændringer og er begrænset til planteceller.

CMFDA er også fejlagtigt blevet brugt som en glutathionsonde. I modsætning til monochlorobiman, hvis fluorescens stiger ved reaktion med glutathion, skyldes fluorescensforøgelsen af ​​CMFDA hydrolysen af ​​acetatgrupperne inde i cellerne. Selvom CMFDA kan reagere med glutathion i celler, afspejler fluorescensforøgelsen ikke reaktionen. Derfor bør undersøgelser, der anvender CMFDA som en glutathionsonde, genbesøges og fortolkes igen.

ThiolQuant Green

Den største begrænsning af disse bimanbaserede sonder og mange andre rapporterede sonder er, at disse sonder er baseret på irreversible kemiske reaktioner med glutathion, hvilket gør disse sonder ude af stand til at overvåge real-time glutathion-dynamikken. For nylig blev den første reversible reaktionsbaserede fluorescerende probe-ThiolQuant Green (TQG) -for glutathion rapporteret. ThiolQuant Green kan ikke kun udføre målinger i høj opløsning af glutathionniveauer i enkeltceller ved hjælp af et konfokalt mikroskop, men kan også anvendes i flowcytometri til at udføre bulkmålinger.

RealThiol

RealThiol (RT) -sonden er en anden generations reversibel reaktionsbaseret GSH-probe. Et par nøglefunktioner i RealThiol: 1) den har en meget hurtigere reaktionskinetik frem og tilbage i forhold til ThiolQuant Green, som muliggør overvågning i realtid af GSH-dynamik i levende celler; 2) kun mikromolar til submikromolær RealThiol er nødvendig for farvning i cellebaserede forsøg, hvilket inducerer minimal forstyrrelse til GSH-niveau i celler; 3) en coumarin-fluorofor med højt kvanteudbytte blev implementeret, så baggrundsstøj kan minimeres; og 4) ligevægtskonstant for reaktionen mellem RealThiol og GSH er blevet finjusteret til at reagere på fysiologisk relevant koncentration af GSH. RealThiol kan bruges til at udføre målinger af glutathionniveauer i enkeltceller ved hjælp af et konfokalmikroskop i høj opløsning samt anvendes i flowcytometri til at udføre bulkmålinger på en høj gennemstrømningsmåde.

Organelle-målrettet RT-sonde er også blevet udviklet. En mitokondrier målrettet version, MitoRT, blev rapporteret og demonstreret ved overvågning af mitokondrielt glutathions dynamik både på konfokalmikroskop og FACS -baseret analyse.

Proteinbaserede glutathionprober

En anden tilgang, der tillader måling af glutathion-redoxpotentialet ved en høj rumlig og tidsmæssig opløsning i levende celler, er baseret på redox-billeddannelse ved hjælp af det redoxfølsomme grønne fluorescerende protein (roGFP) eller redox-følsomme gule fluorescerende protein (rxYFP). Fordi dets meget lave fysiologiske koncentration er GSSG vanskelig at måle præcist. GSSG -koncentration varierer fra 10 til 50 μM i alle faste væv og fra 2 til 5 μM i blod (13–33 nmol pr. Gram Hb). GSH-til-GSSG-forholdet mellem hele celleekstrakter anslås fra 100 til 700. Disse forhold repræsenterer en blanding fra glutathionpuljer af forskellige redoxtilstande fra forskellige subcellulære rum (f.eks. Mere oxideret i ER, mere reduceret i mitokondriematrixen), imidlertid. In vivo GSH-til-GSSG-forhold kan måles med subcellulær nøjagtighed ved hjælp af fluorescerende proteinbaserede redoxsensorer, som har afsløret forhold fra 50.000 til 500.000 i cytosolen, hvilket indebærer, at GSSG-koncentrationen opretholdes i pM-området.

Glutathion og menneskelige sygdomme

Omfattende anmeldelser af glutathions betydning for menneskelig sygdom er regelmæssigt dukket op i fagfællebedømte medicinske tidsskrifter. Årsag og virkningsforbindelser mellem GSH -metabolisme og sygdomme, såsom diabetes, cystisk fibrose, kræft, neurodegenerative sygdomme, HIV og aldring er blevet påvist. En række forklaringer på, hvorfor udtømning af GSH er forbundet med oxidativ stress i disse sygdomstilstande, er blevet foreslået.

Kræft

Når en tumor er blevet etableret, kan forhøjede niveauer af glutathion virke for at beskytte kræftceller ved at give resistens over for kemoterapeutiske lægemidler. Det antineoplastiske sennepsmedicin canfosfamid blev modelleret efter strukturen af ​​glutathion.

Cystisk fibrose

Flere undersøgelser er afsluttet om effektiviteten af ​​at indføre inhaleret glutathion til mennesker med cystisk fibrose med blandede resultater.

Alzheimers sygdom

Selvom ekstracellulære amyloid beta (Aβ) plaques, neurofibrillære tangles (NFT), betændelse i form af reaktive astrocytter og mikroglia og neurontab er konsekvente patologiske træk ved Alzheimers sygdom (AD), er en mekanistisk sammenhæng mellem disse faktorer ikke klar. Selv om størstedelen af ​​tidligere forskning har fokuseret på fibrillar Aβ, anses opløselige oligomere Aβ -arter nu for at have stor patologisk betydning ved AD. Opregulering af GSH kan være beskyttende mod de oxidative og neurotoksiske virkninger af oligomert Aβ.

Udtømning af den lukkede form af GSH i hippocampus kan være en potentiel tidlig diagnostisk biomarkør for AD.

Anvendelser

Vinfremstilling

Indholdet af glutathion i most , den første rå form for vin, bestemmer bruningen eller karamelliserende virkning under produktionen af hvidvin ved at fange de caffeoyltvinsyre quinoner, der genereres ved enzymatisk oxidation som druereaktionsprodukt . Dens koncentration i vin kan bestemmes ved UPLC-MRM massespektrometri.

Kosmetik

Glutathion er det mest almindelige middel, der tages gennem munden i et forsøg på at blege huden. Det kan også bruges som creme. Hvorvidt det rent faktisk virker, er uklart fra og med 2019. På grund af bivirkninger, der kan resultere i intravenøs brug, anbefaler filippinernes regering mod sådan brug.

Se også

Referencer

Yderligere læsning

eksterne links