Glutatioon

Glutatioon

Glutatioon (GSH) on oluline antioksüdant taimedes, loomades, seentes, bakterites ja arhedes. GSH neutraliseerib reaktiivseid hapnikuühendeid, mis kahjustavad tähtsaid rakulisi komponente. Reaktiivseteks ühenditeks võivad olla vabad hapniku radikaalid, peroksiidid, lipiidperoksiidid või raskmetallid.[1]

Glutatioon on tripeptiid, mis koosneb kolmest aminohappest: glutamaadist, tsüsteiinist ja glütsiinist. Glutamaat ja tsüsteiin on omavahel seotud gammapeptiidsidemega ning glütsiin on seotud tsüsteiiniga tavalise peptiidsideme kaudu.[2]

Glutatioonis asuv tsüsteiin vähendab disulfiidsildade tekkimist tsütoplasmavalkudes, olles seal elektroni doonoriks. Selle protsessi käigus glutatioon oksüdeeritakse, muutes selle glutatioondisulfiidiks (GSSG).

Oksüdeeritud vormi saab muundada tagasi GSH-ks glutatiooni reduktaasi abil, kasutades NADPH-d elektroni doonorina.[3] Raku oksüdatiivse stressi taset on võimalik kindlaks teha raku glutatiooni ja glutatioondisulfiidi suhte abil.[4]

BiosünteesRedigeeri

Glutatiooni on bakterite seast võimelised sünteesima tsüanobakterid ja proteobakterid. Glutatiooni ei sünteesi eukarüootidest näiteks liblikõielised, amööbide perekond Entamoeba ja protistide perekond Giardia. Halobakterid on arhedest ainukesed, kes sünteesivad glutatiooni.[5][6]

Glutatiooni saab sünteesida sellistest kehaomastest aminohapetest nagu L-tsüsteiin, L-glutamiinhape ja glütsiin. Tsüsteiinis olev tioolrühm on glutatiooni reaktiivseks tsentriks ja prootoni doonoriks. Tsüsteiin on glutatiooni biosünteesi rajas piirav faktor, kuna see on looduses haruldane aminohape.

Rakud sünteesivad glutatiooni kahes adenosiintrifosfaadist sõltuvas etapis:

Loomne glutamaadi-tsüsteiini ligaas (GCL) on heterodimeerne ensüüm, mis koosneb katalüüsivast ja modulatoorsest alaühikust. Katalüüsiv osa on vajalik ja piisav GCL-i ensüümse aktiivsuse jaoks, aga modulaarne alaühik suurendab katalüüsi efektiivsust. Hiired, kellel pole ensüümi katalüüsivat osa, surevad enne sündi.[8] Modulatoorse allüksuse puudumine ei avaldu fenotüübis märkimisväärselt, ilma selleta on hiire GSH tase madalam ja loom on mürkidele tundlikum.[9][10][11]

Kuigi kõik keharakud on võimelised glutatiooni sünteesima, on glutatiooni sünteesis kõige olulisem maks. Hiired, kellel on GCL-i hulk maksas geneetiliselt vähendatud, surevad ühe kuu vanusena.[12]

Taimne glutamaadi-tsüsteiini ligaas on redoks-tundlik homodimeerne ensüüm, mis on säilinud taimedel.[13] Glutamaadi-tsüsteiini ligaas (GCL) ja glutatiooni süntetaas (GS) on taimedele hädavajalikud biosünteesi ensüümid, kuna nii CGL- kui GS-geennokauditud (ingl gene knockout) embrüod ja seemikud hukkuvad.[14]

FunktsioonidRedigeeri

Glutatioon esineb nii redutseeritud kui ka oksüdeeritud kujul. Redutseeritud vormis on tsüsteiini tioolrühm võimeline loovutama prootoni ja elektroni ebastabiilsetele molekulidele, nagu näiteks reaktiivsetele hapnikuühenditele. Elektroni loovutades muutub glutatioon ise reaktiivseks, aga ühineb seejärel teise reaktiivse glutatiooniga, moodustades glutatiooni disulfiid (GSSG). Reaktsioon saab toimuda, kuna rakkudes on suur glutatiooni kontsentratsioon (maksas kuni 5 mM).[15]

Glutatiooni saab GSSG-st taastekitada glutatiooni reduktaasi abil.[3] GSSG muutmiseks GSH-ks on vaja NADPH-d, et tekiks uuesti kaks redutseerunud GSH molekuli, mis saavad olla antioksüdandid.

Tervetes rakkudes ja kudedes on 90% glutatioonist redutseeritud vormis ja umbes 10% disulfiidses vormis (GSSG). Suurenenud GSSG/GSH suhe viitab oksüdatiivsele stressile.[16]

Glutatioonil on organismides palju funktsioone:

  • Glutatioon on peamine endogeenne antioksüdant, mida toodab rakk ise. See osaleb vabade radikaalide ja reaktiivsete hapnikuühendite neutraliseerimises. Samuti säilitab see eksogeenseid antioksüdante, nagu C- ja E-vitamiinid, nende redutseeritud (aktiivsetes) vormides.[17][18]
  • Reguleerib elutähtsat lämmastikoksiidi tsüklit, mis on väga reaktiivne ja suures koguses rakule ohtlik ühend.[19]
  • Glutatioonil on tähtis funktsioon pärmirakkude raua metabolismis.[20]
  • Aitab maksal neutraliseerida mürke.[21]

TaimedesRedigeeri

Taimedes on glutatioon oluline biootilise ja abiootilise stressi talumiseks. Glutatioon on keskne komponent glutatiooni-askorbaadi tsüklis, milles redutseeritakse mürgist vesinikperoksiidi.[22] Glutatioonil on mõju taimepatogeenide, näiteks Pseudomonas syringae ja Phytophthora brassicae vastu.[23] Ensüüm APS-reduktaas on vajalik väävli omastamiseks ja kasutab glutatiooni elektroni doonorina. Teised ensüümid, mis glutatiooni substraadina kasutavad, on väiksed oksidoreduktaasid, mis osalevad õie arengus, salitsüülhappe tootmises ja taime kaitsevastuse signaliseerimises.[24]

Harilikus sibulasRedigeeri

  Pikemalt artiklis Harilik sibul

Välikatsetes pritsiti 33 päeva pärast sibulavõrsete istutamist hariliku sibula kultivari 'Giza 6' rohelisi lehti erinevas kanguses glutatiooni lahusega. Saadud tulemused näitavad, et glutatioon ja teised bioregulaatorid kiirendavad sibula kasvu märkimisväärselt.[25]

VähkkasvajasRedigeeri

  Pikemalt artiklis Vähirakk

Vähkkasvajate puhul on glutatioonil nii inhibeeriv kui kasvajat edendav roll. Arvatakse, et glutatioonil on tähtis roll kartsinogeenide detoksifikatsioonil. Kui kasvaja on välja kujunenud, siis võib glutatiooni kõrgenenud tase vähirakkudes kaitsta neid kemoteraapiaravimite eest.[26]

Tsüstilises fibroosisRedigeeri

Tsüstiline fibroos ehk mukovistsidoos (viskoos-limatõbi) on teatud loomadel (sh inimestel) esinev autosomaalne retsessiivne haigus, mille puhul on kahjustatud peamiselt hingamis- ja/või seedesüsteemi epiteelirakud, nendega seotud geenid, retseptorid, rakutuuma transkriptsioonifaktorite metabolism ning selle kaudu organismi toimimine.[27][28] Tsüstilist fibroosi põhjustab tsüstilise fibroosi transmembraanse regulaatori CFTR-geeni mutatsioon ja on näidatud, et see põhjustab ka kogu kehas väiksemat redutseeritud glutatiooni hulka. Uurimistööst, mille käigus manustasid patsiendid viie ja poole kuu jooksul sissehingatavat glutatiooni, selgus, et see aitas kaasa kopsude normaalsele tööle, kehakaalu normaliseerumisele ja vähendas kehas patogeensete bakterite hulka.[29]

KasutusaladRedigeeri

KosmeetikaRedigeeri

Glutatioon on antioksüdant, mis hoiab ära naha oksüdatiivseid kahjustusi.[30] Lisaks paljudele bioloogilistele funktsioonidele on glutatiooni seostatud naha heledamaks muutmisega.[31] See, et glutatioon teeb naha heledamaks, avastati kõrvalmõjuna aine suurte koguste manustamisel.[32] Glutatioon inhibeerib melaniini sünteesi sellega, et vähendab L-DOPA mõju türosinaasile.[33] Uurimused on näidanud, et glutatioon inhibeerib nii melaniini tootmist kui ka aglutinatsiooni.[33] On leitud, et glutatioon inhibeerib melaniini sünteesi türosinaasi vaseiooniga aktiivtsentris.[34] Glutatiooni antioksüdantsed omadused kaitsevad nahka UV-kiirguse ja ka teiste keskkonnast või sisemistest stressoritest tulenevate vabade radikaalide eest, mis kahjustavad nahka ja tekitavad hüperpigmentatsiooni.[35] Enamikul imetajatel esineb melaniin kehas eumelaniinina (pruunikas või must pigment) ja feomelaniinina (kollakas või punane pigment), mis võivad esineda ka koos või kopolümeerina.[36] Suurenenud glutatiooni hulk võib pigmendirakus soodustada eumelaniini asemel feomelaniini tootmist.[37] Uurimuse läbiviija Te-Sheng Chang leidis, et redutseeritud glutatiooni madal tase rakus on seotud eumelaniinse pigmentatsiooniga, aga kõrge tase feomelaniinse pigmentatsiooniga.[38] Seetõttu arvatakse, et glutatiooni vähene hulk võib soodustada naha tumedamat pigmentatsiooni.

ViitedRedigeeri

  1. Pompella, A; Visvikis, A; Paolicchi, A; Tata, V; Casini, AF (2003). "The changing faces of glutathione, a cellular protagonist". Biochemical Pharmacology 66 (8): 1499–503. PMID 14555227. doi:10.1016/S0006-2952(03)00504-5. 
  2. Dietzen, D. J. 13 - Amino Acids, Peptides, and Proteins. Rifai, N., Wittwer, C. T., Horvath, A. R. (Toim). (2018). Principles and Applications of Molecular Diagnostics. Amsterdam, Oxford, Cambridge: Elsevier. Lk 345–380. 
  3. 3,0 3,1 Couto, Narciso; Malys, Naglis; Gaskell, Simon; Barber, Jill (2013). "Partition and Turnover of Glutathione Reductase from Saccharomyces cerevisiae: a Proteomic Approach". Journal of Proteome Research 12 (6): 2885–94. PMID 23631642. doi:10.1021/pr4001948. 
  4. Pastore, Anna; Piemonte, Fiorella; Locatelli, Mattia; Lo Russo, Anna Lo; Gaeta, Laura Maria; Tozzi, Giulia; Federici, Giorgio (2003). "Determination of blood total, reduced, and oxidized glutathione in pediatric subjects". Clinical Chemistry 47 (8): 1467–9. PMID 11468240. 
  5. Copley, Shelley D; Dhillon, Jasvinder K (2002). Genome Biology 3 (5): research0025.1. doi:10.1186/gb-2002-3-5-research0025. 
  6. Grill D, Tausz T, De Kok LJ (2001). Significance of glutathione in plant adaptation to the environment. Springer. ISBN 1-4020-0178-9. 
  7. White, C. C.; Viernes, H.; Krejsa, C. M.; Botta, D.; Kavanagh, T. J. (2003). "Fluorescence-based microtiter plate assay for glutamate–cysteine ligase activity". Analytical Biochemistry 318 (2): 175–180. PMID 12814619. doi:10.1016/S0003-2697(03)00143-X. 
  8. Dalton, T; Dieter, MZ; Yang, Y; Shertzer, HG; Nebert, DW (2000). "Knockout of the Mouse Glutamate Cysteine Ligase Catalytic Subunit (Gclc) Gene: Embryonic Lethal When Homozygous, and Proposed Model for Moderate Glutathione Deficiency When Heterozygous". Biochemical and Biophysical Research Communications 279 (2): 324–9. PMID 11118286. doi:10.1006/bbrc.2000.3930. 
  9. Yang, Y.; Dieter, MZ; Chen, Y; Shertzer, HG; Nebert, DW; Dalton, TP (2002). "Initial characterization of the glutamate-cysteine ligase modifier subunit Gclm(-/-) knockout mouse. Novel model system for a severely compromised oxidative stress response". Journal of Biological Chemistry 277 (51): 49446–52. PMID 12384496. doi:10.1074/jbc.M209372200. 
  10. Giordano, G; Afsharinejad, Z; Guizzetti, M; Vitalone, A; Kavanagh, T; Costa, L (2007). "Organophosphorus insecticides chlorpyrifos and diazinon and oxidative stress in neuronal cells in a genetic model of glutathione deficiency". Toxicology and Applied Pharmacology 219 (2–3): 181–9. PMID 17084875. doi:10.1016/j.taap.2006.09.016. 
  11. McConnachie, L. A.; Mohar, I.; Hudson, F. N.; Ware, C. B.; Ladiges, W. C.; Fernandez, C.; Chatterton-Kirchmeier, S.; White, C. C.; Pierce, R. H.; Kavanagh, T. J. (2007). "Glutamate Cysteine Ligase Modifier Subunit Deficiency and Gender as Determinants of Acetaminophen-Induced Hepatotoxicity in Mice". Toxicological Sciences 99 (2): 628–36. PMID 17584759. doi:10.1093/toxsci/kfm165. 
  12. Chen, Ying; Yang, Yi; Miller, Marian L.; Shen, Dongxiao; Shertzer, Howard G.; Stringer, Keith F.; Wang, Bin; Schneider, Scott N.; Nebert, Daniel W.; Dalton, Timothy P. (2007). "Hepatocyte-specificGclcdeletion leads to rapid onset of steatosis with mitochondrial injury and liver failure". Hepatology 45 (5): 1118–28. PMID 17464988. doi:10.1002/hep.21635. 
  13. Hothorn, M.; Wachter, A; Gromes, R; Stuwe, T; Rausch, T; Scheffzek, K (2006). "Structural Basis for the Redox Control of Plant Glutamate Cysteine Ligase". Journal of Biological Chemistry 281 (37): 27557–65. PMID 16766527. doi:10.1074/jbc.M602770200. 
  14. Pasternak, Maciej; Lim, Benson; Wirtz, Markus; Hell, RüDiger; Cobbett, Christopher S.; Meyer, Andreas J. (2007). "Restricting glutathione biosynthesis to the cytosol is sufficient for normal plant development". The Plant Journal 53 (6): 999–1012. PMID 18088327. doi:10.1111/j.1365-313X.2007.03389.x. 
  15. Chen, Y; Dong, H; Thompson, D. C.; Shertzer, H. G.; Nebert, D. W.; Vasiliou, V. "Glutathione defense mechanism in liver injury: insights from animal models.". Food and chemical toxicology 60: 38–44. 
  16. Halprin, Kenneth (1967). "The Measurement of Glutathione in Human Epidermis using Glutathione Reductase". Journal of Investigative Dermatology 48 (2): 149. doi:10.1038/jid.1967.24. 
  17. Scholz, RW. Graham KS. Gumpricht E. Reddy CC. (1989). "Mechanism of interaction of vitamin E and glutathione in the protection against membrane lipid peroxidation". Ann NY Acad Sci 570: 514–7. doi:10.1111/j.1749-6632.1989.tb14973.x. 
  18. Hughes, RE (1964). "Reduction of dehydroascorbic acid by animal tissues". Nature 203 (4949): 1068–9. doi:10.1038/2031068a0. 
  19. Tirmenstein, M. A.; Nicholls-Grzemski, F. A.; Schmittgen, T. D.; Zakrajsek, B. A.; Fariss, M. W. "Glutathione-dependent regulation of nitric oxide production in isolated rat hepatocyte suspensions". Antioxidants & redox signaling 2 (4): 767–777. 
  20. Kumar, Chitranshu et al. (2011). "Glutathione revisited: a vital function in iron metabolism and ancillary role in thiol-redox control". The EMBO Journal 30: 2044–2056. doi:10.1038/emboj.2011.105. 
  21. Kadi Heinsalu. "17 toiduainet, mida teie maks armastab". Äripäeva terviseuudised, 02.03.2017 07:00. Vaadatud 04.03.2017 15:46.
  22. Noctor, Graham; Foyer, Christine H. (1998). "ASCORBATE AND GLUTATHIONE: Keeping Active Oxygen Under Control". Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology 49 (1): 249–279. PMID 15012235. doi:10.1146/annurev.arplant.49.1.249. 
  23. Ha, S.-B.; Smith, AP; Howden, R; Dietrich, WM; Bugg, S; O'Connell, MJ; Goldsbrough, PB; Cobbett, CS (1999). "Phytochelatin Synthase Genes from Arabidopsis and the Yeast Schizosaccharomyces pombe". The Plant Cell Online 11 (6): 1153–64. PMC 144235. PMID 10368185. doi:10.1105/tpc.11.6.1153. 
  24. Rouhier, Nicolas; Lemaire, StéPhane D.; Jacquot, Jean-Pierre (2008). "The Role of Glutathione in Photosynthetic Organisms: Emerging Functions for Glutaredoxins and Glutathionylation". Annual Review of Plant Biology 59 (1): 143–66. PMID 18444899. doi:10.1146/annurev.arplant.59.032607.092811. 
  25. Mohamed, E. El-Awadi and Mohamed, S.A. Abd El Wahed, Improvement the Growth and Quality of Green Onion (Allium Cepa L.) Plants by Some Bioregulators in the New Reclaimed Area at Nobaria Region, Egypt, New York Science Journal, 2012;5(9), veebiversioon (vaadatud 27.11.2015)(inglise keeles)
  26. Balendiran, Ganesaratnam K.; Dabur, Rajesh; Fraser, Deborah (2004). "The role of glutathione in cancer". Cell Biochemistry and Function 22 (6): 343–52. PMID 15386533. doi:10.1002/cbf.1149. 
  27. Medical Aspects (vaadatud 9.04.2013)(inglise keeles)
  28. P. Aula, H. Kääriäinen, A. Palotie, "Pärilikkusmeditsiin", 2010, AS Medicina, lk 68–69, ISBN 978-9985-829-92-9]
  29. Visca A, Bishop CT, Hilton SC, Hudson VM. Improvement in clinical markers in CF patients using a reduced glutathione regimen: an uncontrolled, observational study. J Cyst Fibros 2008, Bishop C, Hudson VM, Hilton SC, Wilde C. A pilot study of the effect of inhaled buffered reduced glutathione on the clinical status of patients with cystic fibrosis. Chest 2005; 127:308–317
  30. Jansen, A. H.; Russell, B. J.; Chernick, V (1975). "Respiratory effects of H+ and dinitrophenol injections into the brain stem subarachnoid space of fetal lambs". Canadian journal of physiology and pharmacology 53 (5): 726–33. PMID 134. 
  31. Libíková, H; Pogády, J; Wiedermann, V; Breier, S (1975). "Search for herpetic antibodies in the cerebrospinal fluid in senile dementia and mental retardation". Acta virologica 19 (6): 493–5. PMC 2443094. PMID 1996. 
  32. Prasad, Sahdeo; Srivastava, Smita; Singh, Madhulika; Shukla, Yogeshwer (2009). "Clastogenic Effects of Glyphosate in Bone Marrow Cells of Swiss Albino Mice". Journal of Toxicology 2009: 1. doi:10.1155/2009/308985. 
  33. 33,0 33,1 Matsuki, M; Watanabe, T; Ogasawara, A; Mikami, T; Matsumoto, T (2008). "Inhibitory mechanism of melanin synthesis by glutathione". Yakugaku zasshi : Journal of the Pharmaceutical Society of Japan 128 (8): 1203–7. PMID 18670186. doi:10.1248/yakushi.128.1203. 
  34. Scott, D. M.; Mazurkiewicz, M; Leeman, P (1976). "The long-term monitoring of ventilation rhythms of the polychaetous annelid Nereis virens sars". Comparative biochemistry and physiology. A, Comparative physiology 53 (1): 65–8. PMID 187. doi:10.1016/s0300-9629(76)80012-6. 
  35. Shindo, Y; Hashimoto, T (1995). "Antioxidant defence mechanism of the skin against UV irradiation: Study of the role of catalase using acatalasaemia fibroblasts". Archives of dermatological research 287 (8): 747–53. PMID 8554387. 
  36. Ito, S (1993). "High-performance liquid chromatography (HPLC) analysis of eu- and pheomelanin in melanogenesis control". The Journal of investigative dermatology 100 (2 Suppl): 166S–171S. PMID 8433004. doi:10.1038/jid.1993.71. 
  37. Jara, J. R.; Aroca, P; Solano, F; Martinez, J. H.; Lozano, J. A. (1988). "The role of sulfhydryl compounds in mammalian melanogenesis: The effect of cysteine and glutathione upon tyrosinase and the intermediates of the pathway". Biochimica et Biophysica Acta 967 (2): 296–303. PMID 2903772. doi:10.1016/0304-4165(88)90023-2. 
  38. Libíková, H; Pogády, J; Wiedermann, V; Breier, S (1975). "Search for herpetic antibodies in the cerebrospinal fluid in senile dementia and mental retardation". Acta virologica 19 (6): 493–5. PMC 2443094. PMID 1996. </pmid>

Viitamistõrge: <references>-siltide vahel olevat <ref>-silti nimega "eDMYD" ei kasutata eelnevas tekstis.

Viitamistõrge: <references>-siltide vahel olevat <ref>-silti nimega "YfWqk" ei kasutata eelnevas tekstis.