Rola GLUTATIONU w metabolizmie komórkowym

Glutation to niewielka cząsteczka o zaskakujących właściwościach. Może być odtrutką dla organizmu człowieka, zwiększa ogólną odporność, zapobiega chorobom cywilizacyjnym. Złożony z trzech aminokwasów związek, znany już w XIX wieku, do dziś jest przedmiotem badań biologów.

1. BUDOWA

Glutation (GSH, γ-glutamylocysteinyloglicyna C₁₀H₁₇O₆N₃S) - organiczny związek chemiczny, trójpeptyd zbudowany z reszt aminokwasowych kwasu glutaminowego, cysteiny i glicyny. Występuje we wszystkich organizmach roślinnych i zwierzęcych, jest najbardziej rozpowszechnionym i najobfitszym tiolem wewnątrzkomórkowym (składnikiem zawierającym siarkę) występującym w komórkach ssaków oraz drobnocząsteczkowym tripeptydem budującym żywe komórki.

Wzór strukturalny glutationu

Glutation jest białą, krystaliczną substancją, nietrwałą w zwykłej temperaturze. Glutation jest najbardziej rozpowszechnionym tiolem występującym w komórkach ssaków. Cząsteczka glutationu posiada trzy cechy decydujące o biologicznym znaczeniu tego związku, są to: grupa tiolowa (-SH), wiązanie γ-glutamylowe, obie grupy karboksylowe (-COOH).

Grupa tiolowa umożliwia wchodzenie glutationu w reakcje redoks. Dzięki wiązaniu γ-glutamylowemu glutation może brać udział w reakcjach aminoacylowania. Grupy karboksylowe uczestniczą w wiązaniu glutationu z peroksydazą glutationową, podczas reakcji rozkładu utleniaczy w organizmie - nadtlenków lipidów i nadtlenku wodoru. Antyutleniające działanie glutationu przejawia się również w odtwarzaniu grup tiolowych w białkach, w których uległy one utlenieniu do grup disiarczkowych lub sulfonowych.

2. WŁAŚCIWOŚCI

Podstawowe czynności glutationu obejmują:

• ochronę grup -SH, szczególnie znajdujących się w centrach aktywnych enzymów

• reaktywację grup -SH enzymów, które uległy inaktywacji w wyniku utlenienia

• sprzęganie z toksycznymi metabolitami

• detoksykację wolnych rodników ponadtlenkowych i rodników tlenu.

1. Antyoksydacja - odtwarzanie grup tiolowych w białkach

Ma właściwości przeciwutleniające, które przejawiają się w odtwarzaniu grup tiolowych -SH w białkach, w których uległy one utlenieniu do grup sulfonowych -SO₃H lub wiązań disiarczkowych -S-S-. Dzięki odwracalnej reakcji odrywania lub przyłączania elektronów glutation działa w ustroju jako układ oksydo-redukcyjny chroniący grupy -SH białek przed utlenieniem. Bierze też udział w procesie oddychania i jest koenzymem niektórych enzymów oksydo-redukcyjnych. W formie zredukowanej, dzięki wolnej grupie tiolowej służy do redukcji nadtlenków (np. nadtlenku wodoru). Wyłapuje reaktywne czynniki elektrofilowe ochraniając komórki przed uszkodzeniem ze strony toksyn.

2. Usuwanie z ustroju związków azotowych i chlorowcopochodnych toksyn

Glutation umożliwia usuwanie z ustroju związków azotowych i chlorowcopochodnych toksyn. Na przykład często zażywany lek przeciwbólowy paracetamol jest metabolizowany do hepatotoksycznego (z łac. hepar - wątroba, hepatotoksyna - substancja toksyczna dla wątroby, substancja uszkadzająca wątrobę) N-acetylo-para-aminobenzochinonu. Toksyna ta jest przyłączana w wątrobie do glutationu. Nadmierne lub długotrwałe podawanie tego leku (paracetamol, czyli 4'hydroksyacetanilid), przy równoczesnej małej podaży metioniny w pokarmie powoduje zużycie glutationu zawartego w ustroju, co z kolei jest przyczyną uszkodzenia (martwicy) wątroby. Dlatego konieczne jest podawanie wraz z paracetamolem metioniny. Metionina jest wykorzystywana do syntezy glutationu.

3. Neutralizacja wolnych rodników w wątrobie

Glutation jako antyoksydant neutralizuje wolne rodniki w wątrobie i detoksyfikuje pestycydy (nawet do 60%). Zredukowany glutation jest syntetyzowany (wytwarzany) w każdej komórce organizmu przez witaminę C. Organizm sam potrafi go wytworzyć w obecności witaminy C i N-acetylocysteiny, dlatego aminokwas endogenny cysteina musi być też dostarczana z pożywieniem, ale jej nadmiar może być groźny dla zdrowia.

4. Detoksyfikacja, transport aminokwasów, produkcja koenzymów oraz recykling witamin E i C

Glutation jest najważniejszym nieenzymatycznym czynnikiem antyoksydacyjnym, jakim dysponuje organizm. Ten peptyd występuje w każdej komórce organizmu, szczególnie bogate w jego zasoby są nerki, wątroba i soczewka oka. W sytuacji zagrożenia chorobami zwyrodnieniowymi następuje konieczność dostarczania glutationu z dietą.

Zredukowany glutation jest wszechobecnym przeciwutleniaczem (antyoksydantem) zaangażowanym w wiele funkcji komórkowych takich jak detoksyfikacja, transport aminokwasów, produkcja koenzymów oraz recykling witamin E i C. Pełniąc swoją rolę najskuteczniejszego środka oczyszczającego nukleofile, glutation blokuje swobodne i radykalne uszkodzenia wszelkiego rodzaju tkanek. Glutation jest substancją wykorzystywaną, na poziomie komórkowym, na pierwszym miejscu w obronie organizmu. Odgrywa on kluczową rolę w funkcjonowaniu oraz rozmnażaniu limfocytów w celu zwalczania organizmów takich jak bakterie, wirusy i pasożyty. Na podstawie badań naukowych, przy nieodpowiednim poziomie glutationu komórki "popełniają samobójstwo" poddając się procesowi nazywanemu zaprogramowaną śmiercią komórkową (apoptozą). Niestety wraz z wiekiem poziom glutationu obniża się. Glutation koncentruje się głównie w wątrobie, gdzie odgrywa funkcje głównego czynnika detoksyfikacyjnego. Jest on głównym naturalnie występującym detoksyfikatorem w komórkach. Inne mniej liczne detoksyfikatory takie jak witaminy C i E w swoim działaniu są zależne od glutationu, ale witaminy te są po ich utlenieniu przywracane przez glutation do dobrej, użytecznej formy (tzw. zredukowanej). Glutation w płynach międzykomórkowych absorbowany w maleńkiej ilości z pożywienia detoksyfikuje płyny, zapobiegając w ten sposób penetracji toksyn do komórek.

Ten silny antyutleniacz zawierający siarkę jest kluczowym składnikiem w neutralizacji H₂O₂ w tłuszczach i w samym cyklu glutationowym. Organizm nie jest w stanie absorbować glutationu jako takiego. Glutation musi być produkowany przez samą komórkę. Aby podnieś poziom glutationu, trzeba dostarczyć organizmowi składniki potrzebne do jego syntezy w organizmie. Łatwo jest o glicynę i kwas glutaminowy, ale trudności z cysteiną ograniczają jego produkcję. Wykazano natomiast, że witamina C wspomaga utrzymanie wysokiego poziomu glutationu. Witamina C, E oraz beta-karoten są także silnymi antyoksydantami i chronią neurony przed toksycznym działaniem wielu czynników.

5. Stabilizacja błon lizosomów i hamowanie uwalniania katabolicznych enzymów lizosomalnych

Glutation jako antyoksydant stabilizuje błony lizosomów i hamuje uwalnianie katabolicznych enzymów lizosomalnych. Jako transporter aminokwasów w cyklu gamma glutamylowym, ułatwia syntezę białka i sprzyja tworzeniu dodatniego bilansu azotowego. Zwiększa uwodnienie komórek oraz zasoby glikogenu mięśniowego. Zwiększa poziom hormonu wzrostu, obniża poziom kortyzolu, przyspiesza redukcję tkanki tłuszczowej, wspomaga odporność, łagodzi objawy zmęczenia, obniża poziom kwasu mlekowego.

6. Peroksydaza glutationowa

Glutation działa jako substancja odtruwająca oraz uczestniczy w enzymie peroksydazie glutationowej zawierającym selen. Bierze także udział w przedostawaniu się aminokwasów do błon komórkowych.

Peroksydaza glutationowa - enzym wytwarzany przez aparat Golgiego.

Uczestniczy w usuwaniu powstającego podczas spalania cukrów nadtlenku wodoru H₂O₂, który uszkadza komórki. Dlatego musi być szybko zneutralizowany. Enzym ten zawiera znajdujące się w komórkach mikrociałka zwane peroksysomami, które również utleniają H₂O₂ do H₂O.

Peroksydaza glutationowa katalizuje 2 typy reakcji rozkładu H2O2:

1) H₂O₂ + 2 GSH --> 2H₂O + GSSG

2) ROOH + 2 GSH --> ROH + GSSG + H₂O

GSH - zredukowany glutation, GSSG - forma utleniona glutationu

Peroksydaza glutationowa występuje w cytozolu i w mitochondriach.

7. Przenoszenie reszt acylowych w transporcie aminokwasów w nerkach

W komórkach zwierzęcych zredukowany glutation pełni kluczową rolę w przenoszeniu reszt acylowych w transporcie aminokwasów w nerkach. W kontakcie z tlenem z powietrza łatwo ulega utlenieniu do odpowiedniego disiarczku. Ponieważ w takiej formie jest fizjologicznie nieaktywny, musi być redukowany na drodze enzymatycznej, katalizowanej przez reduktazę glutationową w reakcji:

GSSG + 2 H⁺ + 2 e^- ↔ 2 GSH

GSSG - glutation utleniony
GSH - glutation zredukowany

h) Bufor hydrosulfidowy

W krwinkach czerwonych zredukowany glutation (GSH) pełni rolę buforu hydrosulfidowego, w stężeniu ok. 5 mmol∙l^-1, utrzymującego reszty cysteinowe hemoglobiny i innych białek w formie zredukowanej. GSH odgrywa ważną rolę w detoksyfikacji organizmu, reaguje z nadtlenkiem wodoru i nadtlenkami organicznymi. Komórki krwinek, które zawierają niedostateczną ilość tej formy, łatwo ulegają hemolizie. Stosunek ilości zredukowanej formy glutationu (GSH) do formy utlenionej (GSSG) wynosi zwykle 500.

3. PATOLOGIA

Niski poziom glutationu we krwi wskazuje na stan chorobowy. Glutation jest naturalną substancją przeciwutleniającą, a spadek jego poziomu oznacza, że organizm nie radzi sobie z usuwaniem wolnych rodników, uszkadzających komórki w mózgu i innych narządach. Dochodzą do tego problemy z trawieniem pokarmów i spadek odporności organizmu.

4. WYSTĘPOWANIE

Glutation występuje w formie różnych izomerów. Żywność bogata w glutation to: awokado, szparagi, brokuły, brukselka, czosnek, cebula, kapusta (najlepiej stosować soki z tych warzyw).

---