กลูตาไธโอน: ลักษณะโครงสร้างหน้าที่การสังเคราะห์ทางชีวภาพ - ชีววิทยา

กลูตาไธโอน ( GSH ) เป็น tripeptide โมเลกุลขนาดเล็ก (มีเพียงสามกรดอะมิโน) ที่เกี่ยวข้องกับการ nonprotein ในปรากฏการณ์ทางชีวภาพหลายอย่างเช่นกลศาสตร์เอนไซม์โมเลกุลชีวสังเคราะห์, การเผาผลาญอาหารตัวกลางออกซิเจนพิษ, การขนส่งภายในเซลล์ ฯลฯ

เปปไทด์ขนาดเล็กที่มีอยู่ในสัตว์พืชและแบคทีเรียบางชนิดถือเป็น "บัฟเฟอร์" ที่ช่วยลดออกซิโดเนื่องจากเป็นสารประกอบหลักที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำซึ่งมีกำมะถันและไม่มีความเป็นพิษ ซีสเทอีนตกค้าง

โครงสร้างโมเลกุลของกลูตาไธโอน (ที่มา: Claudio Pistilli ผ่าน Wikimedia Commons)

โรคบางอย่างในมนุษย์เกี่ยวข้องกับการขาดเอนไซม์เฉพาะของการเผาผลาญกลูตาไธโอนและนี่เป็นเพราะหน้าที่หลายอย่างในการรักษาสภาวะสมดุลของร่างกาย

การขาดสารอาหารความเครียดจากการออกซิเดชั่นและโรคอื่น ๆ ที่มนุษย์ได้รับความเดือดร้อนสามารถพิสูจน์ได้ว่ากลูตาไธโอนลดลงอย่างมากซึ่งเป็นสาเหตุว่าทำไมบางครั้งจึงเป็นตัวบ่งชี้สถานะสุขภาพของระบบต่างๆในร่างกายได้เป็นอย่างดี

สำหรับพืชในทำนองเดียวกันกลูตาไธโอนเป็นปัจจัยที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตและการพัฒนาเนื่องจากมันยังทำหน้าที่ในเส้นทางการสังเคราะห์ทางชีวภาพหลายชนิดและจำเป็นสำหรับการล้างพิษในเซลล์และสภาวะสมดุลภายในซึ่งทำหน้าที่เป็นสารต้านอนุมูลอิสระที่มีประสิทธิภาพ

ลักษณะเฉพาะ

การศึกษาครั้งแรกที่ดำเนินการเกี่ยวกับตำแหน่งที่อยู่ใต้เซลล์ของกลูตาไธโอนพบว่ามีอยู่ในไมโทคอนเดรีย ต่อมามีการสังเกตในบริเวณที่สอดคล้องกับเมทริกซ์นิวเคลียร์และในเปอร์ออกซิโซม

ในปัจจุบันเป็นที่ทราบกันดีว่าช่องที่มีความเข้มข้นมากที่สุดอยู่ในไซโตซอลเนื่องจากมีการผลิตและขนส่งไปยังช่องเซลล์อื่น ๆ เช่นไมโตคอนเดรีย

ในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมความเข้มข้นของกลูตาไธโอนอยู่ในช่วงมิลลิโมลในขณะที่ในเลือดในรูปแบบที่ลดลง (GSH) พบได้ในความเข้มข้นของ micromolar

ความเข้มข้นภายในเซลล์นี้ใกล้เคียงกับความเข้มข้นของกลูโคสโพแทสเซียมและคอเลสเตอรอลองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับโครงสร้างเซลล์การทำงานและการเผาผลาญ

สิ่งมีชีวิตบางชนิดมีโมเลกุลกลูตาไธโอนแอนะล็อกหรือโมเลกุลที่แตกต่างกัน ปรสิตโปรโตซัวที่มีผลต่อสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีรูปแบบที่เรียกว่า "ทริปพาโนไธออน" และในแบคทีเรียบางชนิดสารประกอบนี้จะถูกแทนที่ด้วยโมเลกุลของกำมะถันอื่น ๆ เช่นไธโอซัลเฟตและกลูตามิลซิสเทอีน

พืชบางชนิดมีนอกเหนือจากกลูตาไธโอนโมเลกุลที่คล้ายคลึงกันซึ่งมีสารตกค้างนอกเหนือจากไกลซีนที่ปลายขั้ว C (โฮโมกลูตาไธโอน) และมีลักษณะการทำงานคล้ายกับไตรเปปไทด์ที่เป็นปัญหา

แม้จะมีสารประกอบอื่นที่คล้ายคลึงกับกลูตาไธโอนในสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน แต่นี่เป็นหนึ่งใน "ไทออล" ที่พบในความเข้มข้นสูงสุดภายในเซลล์

อัตราส่วนที่สูงซึ่งโดยปกติจะมีอยู่ระหว่างรูปแบบรีดิวซ์ (GSH) และรูปแบบออกซิไดซ์ (GSSG) ของกลูตาไธโอนเป็นคุณสมบัติที่แตกต่างอีกประการหนึ่งของโมเลกุลนี้

โครงสร้าง

กลูตาไธโอนหรือ L-γ-glutamyl-L-cysteinyl-glycine ตามชื่อของมันประกอบด้วยกรดอะมิโนที่ตกค้างอยู่ 3 ชนิด ได้แก่ L-glutamate, L-cysteine และ glycine สารตกค้างของซีสเทอีนและไกลซีนเชื่อมโยงกันผ่านพันธะเปปไทด์ทั่วไปนั่นคือระหว่างกลุ่มα-carboxyl ของกรดอะมิโนหนึ่งกับกลุ่มα-amino ของอีกกลุ่ม

อย่างไรก็ตามพันธะที่เกิดขึ้นระหว่างกลูตาเมตและซีสเทอีนไม่ได้เกิดขึ้นโดยทั่วไปของโปรตีนเนื่องจากเกิดขึ้นระหว่างส่วนγ-carboxyl ของกลุ่ม R ของกลูตาเมตและกลุ่มα-amino ของ cysteine ดังนั้นพันธะนี้จึงเป็น เรียกว่าพันธะγ

โมเลกุลขนาดเล็กนี้มีมวลโมลาร์มากกว่า 300 กรัม / โมลและการปรากฏตัวของพันธะγดูเหมือนจะมีความสำคัญต่อการสร้างภูมิคุ้มกันของเปปไทด์นี้ต่อการทำงานของเอนไซม์อะมิโนเปปทิเดสจำนวนมาก

คุณสมบัติ

ดังที่ได้กล่าวไปแล้วกลูตาไธโอนเป็นโปรตีนที่มีส่วนร่วมในกระบวนการของเซลล์จำนวนมากในสัตว์พืชและโปรคาริโอตบางชนิด ในแง่นี้การมีส่วนร่วมโดยทั่วไปใน:

- กระบวนการสังเคราะห์และย่อยสลายโปรตีน

- การสร้างสารตั้งต้นของ DNA ไรโบนิวคลีโอไทด์

- การควบคุมการทำงานของเอนไซม์บางชนิด

- การป้องกันเซลล์เมื่อมีสายพันธุ์ออกซิเจนปฏิกิริยา (ROS) และอนุมูลอิสระอื่น ๆ

- การส่งสัญญาณ

- การแสดงออกทางพันธุกรรมและใน

-Aptosis หรือการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้

โคเอ็นไซม์

นอกจากนี้ยังได้รับการพิจารณาว่ากลูตาไธโอนทำหน้าที่เป็นโคเอนไซม์ในปฏิกิริยาของเอนไซม์หลายชนิดและส่วนหนึ่งของความสำคัญนั้นเกี่ยวข้องกับความสามารถในการขนส่งกรดอะมิโนในรูปของกรดอะมิโนกลูตามิลภายในเซลล์

กลูตาไธโอนที่สามารถออกจากเซลล์ (ซึ่งทำในรูปแบบที่ลดลง) สามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาการลดออกซิเดชั่นในบริเวณใกล้เคียงของเยื่อหุ้มพลาสมาและสภาพแวดล้อมของเซลล์โดยรอบซึ่งช่วยปกป้องเซลล์จากความเสียหาย สารออกซิไดซ์ประเภทต่างๆ

การจัดเก็บ Cysteine

ไตรเปปไทด์นี้ยังทำหน้าที่เป็นแหล่งเก็บซีสเทอีนและมีส่วนช่วยในการบำรุงรักษาสถานะที่ลดลงของกลุ่มซัลไฮดริลของโปรตีนในเซลล์ภายในและสถานะเหล็กของกลุ่มฮีมของโปรตีนที่มีปัจจัยร่วมดังกล่าว

การพับโปรตีน

เมื่อมีส่วนร่วมในการพับโปรตีนดูเหมือนว่าจะมีหน้าที่สำคัญในการเป็นตัวรีดิวซ์สำหรับสะพานไดซัลไฟด์ที่ก่อตัวขึ้นอย่างไม่เหมาะสมในโครงสร้างโปรตีนซึ่งมักเกิดจากการสัมผัสกับตัวออกซิไดซ์เช่นออกซิเจนไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เพอรอกซิไนไตรต์และ superoxides บางตัว

ฟังก์ชันเม็ดเลือดแดง

ในเม็ดเลือดแดงกลูตาไธโอนที่ลดลง (GSH) ที่ผลิตโดยเอนไซม์กลูตาไธโอนรีดักเตสซึ่งใช้ NADPH ที่ผลิตโดยวิถีเพนโตสฟอสเฟตมีส่วนช่วยในการกำจัดไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ผ่านปฏิกิริยาที่เร่งโดยเอนไซม์อื่น: กลูตาไธโอน เปอร์ออกซิเดสซึ่งผลิตน้ำและออกซิไดซ์กลูตาไธโอน (GSSG)

การสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และดังนั้นการป้องกันการสะสมในเม็ดเลือดแดงจะช่วยยืดอายุของเซลล์เหล่านี้เนื่องจากจะหลีกเลี่ยงความเสียหายจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นที่อาจเกิดขึ้นในเยื่อหุ้มเซลล์และอาจนำไปสู่การแตกของเม็ดเลือดแดง

การเผาผลาญ Xenobiotic

กลูตาไธโอนยังเป็นผู้มีบทบาทสำคัญในการเผาผลาญของซีโนไบโอติกด้วยการทำงานของเอนไซม์กลูตาไธโอนเอส - ทรานสเฟอเรสที่สร้างคอนจูเกตกลูตาไธโอนที่สามารถเผาผลาญภายในเซลล์ได้

ควรจำไว้ว่าคำว่า "xenobiotic" ใช้เพื่ออ้างถึงยาสารมลพิษสิ่งแวดล้อมและสารก่อมะเร็งทางเคมีที่สิ่งมีชีวิตสัมผัสอยู่

สถานะออกซิเดทีฟของเซลล์

เนื่องจากกลูตาไธโอนมีอยู่ในสองรูปแบบหนึ่งตัวลดลงและหนึ่งตัวออกซิไดซ์ความสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลทั้งสองจะเป็นตัวกำหนดสถานะรีดอกซ์ของเซลล์ หากอัตราส่วน GSH / GSSG มากกว่า 100 เซลล์จะถือว่ามีสุขภาพดี แต่ถ้าใกล้เคียงกับ 1 หรือ 10 อาจเป็นตัวบ่งชี้ว่าเซลล์นั้นอยู่ในสภาวะความเครียดออกซิเดชั่น

การสังเคราะห์

กลูตาไธโอนไตรเปปไทด์ถูกสังเคราะห์ภายในเซลล์ทั้งในพืชและสัตว์โดยการทำงานของเอนไซม์ 2 ชนิดคือ (1) γ-glutamylcysteine synthetase และ (2) glutathione synthetase (GSH synthetase) ในขณะที่การย่อยสลายหรือ " การสลายตัว” ขึ้นอยู่กับการทำงานของเอนไซม์γ-glutamyl transeptidase

ในสิ่งมีชีวิตของพืชเอนไซม์แต่ละชนิดถูกเข้ารหัสโดยยีนเดี่ยวและข้อบกพร่องในโปรตีนหรือยีนที่เข้ารหัสอาจทำให้ตัวอ่อนตายได้

ในมนุษย์เช่นเดียวกับในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่น ๆ สถานที่หลักของการสังเคราะห์และส่งออกกลูตาไธโอนคือตับโดยเฉพาะในเซลล์ตับ (hepatocytes) ที่ล้อมรอบท่อเลือดดำที่ขนส่งเลือดและสารอื่น ๆ เข้าและออกจากอวัยวะใน คำถาม.

การสังเคราะห์กลูตาไธโอนของ de novo การสร้างใหม่หรือการรีไซเคิลต้องใช้พลังงานจาก ATP ในการเกิดขึ้น

กลูตาไธโอนลดลง (GSH)

กลูตาไธโอนที่ลดลงนั้นได้มาจากกรดอะมิโนไกลซีนกลูตาเมตและซีสเตอีนดังที่ได้กล่าวไปแล้วและการสังเคราะห์เริ่มต้นด้วยการกระตุ้น (โดยใช้ ATP) ของกลูตาเมตของกลุ่มγ-carboxyl (ของกลุ่ม R) เพื่อสร้างอะซิลฟอสเฟตตัวกลางซึ่ง มันถูกโจมตีโดยกลุ่มα-amino ของ cysteine

ปฏิกิริยาการควบแน่นของกรดอะมิโนสองตัวแรกนี้ถูกเร่งโดยγ-glutamylcysteine synthetase และมักได้รับผลกระทบจากความพร้อมใช้งานภายในเซลล์ของกรดอะมิโนกลูตาเมตและซิสเทอีน

ไดเปปไทด์ที่เกิดขึ้นจึงถูกควบแน่นด้วยโมเลกุลไกลซีนในเวลาต่อมาเนื่องจากการกระทำของ GSH synthetase ในระหว่างปฏิกิริยานี้การกระตุ้นด้วย ATP ของกลุ่มα-carboxyl ของ cysteine ยังเกิดขึ้นเพื่อสร้างอะซิลฟอสเฟตและทำให้เกิดปฏิกิริยากับสารตกค้างของไกลซีน

กลูตาไธโอนออกซิไดซ์ (GSSG)

เมื่อกลูตาไธโอนที่ลดลงมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาออกซิเดชั่น - รีดิวซ์รูปแบบออกซิไดซ์นั้นประกอบด้วยโมเลกุลของกลูตาไธโอนสองโมเลกุลที่เชื่อมโยงกันผ่านสะพานไดซัลไฟด์ ด้วยเหตุนี้รูปแบบออกซิไดซ์จึงถูกย่อด้วยตัวย่อ "GSSG"

การก่อตัวของกลูตาไธโอนชนิดออกซิไดซ์ขึ้นอยู่กับเอนไซม์ที่เรียกว่ากลูตาไธโอนเปอร์ออกซิเดสหรือ GSH เปอร์ออกซิเดสซึ่งเป็นเปอร์ออกซิเดสที่มีซีลีโนซิสเทอีน (ซีสเทอีนที่ตกค้างแทนที่จะมีอะตอมกำมะถันมีอะตอมซีลีเนียม) อยู่ คล่องแคล่ว.

การแลกเปลี่ยนระหว่างรูปแบบออกซิไดซ์และรูปแบบที่ลดลงเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของ GSSG reductase หรือ glutathione reductase ซึ่งใช้ NAPDH เพื่อเร่งการลด GSSG เมื่อมีออกซิเจนโดยมีการสร้างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ร่วมกัน

ประโยชน์ของการบริโภค

กลูตาไธโอนสามารถรับประทานได้ทั้งทางปากโดยเฉพาะทางหลอดเลือดดำหรือฉีดพ่นทางหลอดเลือดดำเพื่อเพิ่มความเข้มข้นของระบบในผู้ป่วยที่เป็นโรคเครียดออกซิเดชั่นเป็นต้น

โรคมะเร็ง

การวิจัยเกี่ยวกับการให้กลูตาไธโอนในช่องปากชี้ให้เห็นว่าการรับประทานกลูตาไธโอนอาจลดความเสี่ยงของมะเร็งช่องปากและเมื่อใช้ร่วมกับเคมีบำบัดที่ออกซิเดชั่นจะช่วยลดผลเสียของการบำบัดในผู้ป่วยมะเร็ง

เอชไอวี

โดยทั่วไปผู้ป่วยที่ติดเชื้อไวรัสภูมิคุ้มกันบกพร่อง (HIV) จะมีความบกพร่องของกลูตาไธโอนภายในเซลล์ทั้งในเซลล์เม็ดเลือดแดงและเซลล์ T และโมโนไซต์ซึ่งกำหนดการทำงานที่ถูกต้อง

ในการศึกษาของ Morris et al. แสดงให้เห็นว่าการจัดหากลูตาไธโอนให้กับแมคโครฟาจจากผู้ป่วยที่ติดเชื้อเอชไอวีช่วยปรับปรุงการทำงานของเซลล์เหล่านี้ได้ดีขึ้นมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งการต่อต้านการติดเชื้อที่มีเชื้อโรคฉวยโอกาสเช่น M. tuberculosis

กิจกรรมของกล้ามเนื้อ

การศึกษาอื่น ๆ เกี่ยวข้องกับการปรับปรุงกิจกรรมการหดตัวของกล้ามเนื้อการป้องกันสารต้านอนุมูลอิสระและความเสียหายจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นที่เกิดจากการขาดเลือด / การบาดเจ็บซ้ำหลังจากการให้ GSH ในช่องปากในระหว่างการฝึกความต้านทานทางกายภาพ

โรคตับ

ในทางกลับกันได้รับการพิจารณาแล้วว่าการกลืนกินหรือการให้ทางหลอดเลือดดำมีหน้าที่ในการป้องกันการลุกลามของมะเร็งบางชนิดและในการลดความเสียหายของเซลล์ที่เกิดขึ้นจากโรคตับบางชนิด

สารต้านอนุมูลอิสระ

แม้ว่าจะไม่มีการศึกษาทั้งหมดที่รายงานในผู้ป่วยที่เป็นมนุษย์ แต่โดยปกติแล้วจะเป็นการทดสอบในสัตว์ทดลอง (โดยทั่วไปคือ Murine) ผลที่ได้รับจากการทดลองทางคลินิกบางอย่างยืนยันถึงประสิทธิภาพของกลูตาไธโอนจากภายนอกในฐานะสารต้านอนุมูลอิสระ

ด้วยเหตุนี้จึงใช้ในการรักษาต้อกระจกและต้อหินเป็นผลิตภัณฑ์ "ชะลอวัย" สำหรับรักษาโรคตับอักเสบโรคหัวใจจำนวนมากสูญเสียความทรงจำและเสริมสร้างระบบภูมิคุ้มกันและสำหรับ การทำให้บริสุทธิ์หลังจากได้รับพิษจากโลหะหนักและยา

"การดูดซึม"

กลูตาไธโอนจากภายนอกไม่สามารถเข้าสู่เซลล์ได้เว้นแต่จะถูกไฮโดรไลซ์เป็นกรดอะมิโนที่เป็นส่วนประกอบ ดังนั้นผลโดยตรงของการบริหาร (ทางปากหรือทางหลอดเลือดดำ) ของสารประกอบนี้คือการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นภายในเซลล์ของ GSH เนื่องจากการมีส่วนร่วมของกรดอะมิโนที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ซึ่งสามารถขนส่งไปยังไซโตซอลได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ผลข้างเคียง

แม้ว่าการบริโภคกลูตาไธโอนจะถือว่า "ปลอดภัย" หรือไม่เป็นอันตราย แต่ก็ยังมีการศึกษาเกี่ยวกับผลข้างเคียงไม่เพียงพอ

อย่างไรก็ตามจากการศึกษาไม่กี่รายงานเป็นที่ทราบกันดีว่าอาจมีผลเสียที่เป็นผลมาจากการมีปฏิสัมพันธ์กับยาอื่น ๆ และอาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพในบริบททางสรีรวิทยาต่างๆ

หากรับประทานในระยะยาวดูเหมือนว่าพวกมันออกฤทธิ์ลดระดับสังกะสีมากเกินไปและนอกจากนี้หากสูดดมเข้าไปอาจทำให้เกิดโรคหอบหืดรุนแรงในผู้ป่วยโรคหืด

อ้างอิง

Allen, J. , & Bradley, R. (2011). ผลของการเสริมกลูตาไธโอนในช่องปากต่อไบโอมาร์คเกอร์ความเครียดออกซิเดทีฟระบบในอาสาสมัครของมนุษย์ วารสารการแพทย์ทางเลือกและเสริม, 17 (9), 827–833
Conklin, KA (2552). สารต้านอนุมูลอิสระในอาหารระหว่างเคมีบำบัดมะเร็ง: ผลกระทบต่อประสิทธิผลทางเคมีบำบัดและการพัฒนาผลข้างเคียง โภชนาการและมะเร็ง, 37 (1), 1–18.
Meister, A. (1988). การเผาผลาญกลูตาไธโอนและการปรับเปลี่ยนแบบเลือก วารสารเคมีชีวภาพ, 263 (33), 17205-17208.
Meister, A. , & Anderson, ME (1983) กลูตาไธโอน แอน Rev Biochem , 52, 711-760
Morris, D. , Guerra, C. , Khurasany, M. , Guilford, F. , & Saviola, B. (2013). การเสริมกลูตาไธโอนช่วยเพิ่มการทำงานของแมคโครฟาจในเอชไอวี วารสาร Interferon & Cytokine Research, 11.
Murray, R. , Bender, D. , Botham, K. , Kennelly, P. , Rodwell, V. , & Weil, P. (2009) ชีวเคมีในภาพประกอบของ Harper (28th ed.) การแพทย์ McGraw-Hill
Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger หลักการทางชีวเคมี Omega Editions (ฉบับที่ 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) กลูตาไธโอนในพืช: ภาพรวมแบบบูรณาการ พืชเซลล์และสิ่งแวดล้อม, 35, 454–484
Pizzorno, J. (2014). กลูตาไธโอน! Investigative Medicine, 13 (1), 8–12.
Qanungo, S. , Starke, DW, Pai, H. V, Mieyal, JJ, & Nieminen, A. (2007). การเสริมกลูตาไธโอน Potentiates Hypoxic Apoptosis โดย S-Glutathionylation ของ p65-NFkB วารสารเคมีชีวภาพ, 282 (25), 18427-18436
Ramires, PR, & Ji, LL (2001). การเสริมและการฝึกกลูตาไธโอนช่วยเพิ่มความต้านทานของกล้ามเนื้อหัวใจต่อภาวะขาดเลือด - reperfusion ในร่างกาย แอน J. Physiol Heart Circ. Physiol , 281, 679-688
Sies, H. (2000). กลูตาไธโอนและบทบาทในการทำงานของเซลล์ ฟรี Radical Biology & Medicine R, 27 (99), 916–921
Wu, G. , Fang, Y. , Yang, S. , Lupton, JR, & Turner, ND (2004) การเผาผลาญกลูตาไธโอนและผลกระทบต่อสุขภาพ American Society for Nutritional Sciences, 489–492

กลูตาไธโอน: ลักษณะโครงสร้างหน้าที่การสังเคราะห์ทางชีวภาพ - ชีววิทยา - 2026