Γλουταθειόνη

Η γλουταθειόνη (glutathione, GSH), γνωστή (ιδίως παλαιότερα) και ως γλουταθείο, είναι οργανική χημική ένωση με σημαντική αντιοξειδωτική δράση στους ζωντανούς οργανισμούς. Από βιοχημικής πλευράς είναι ένα τριπεπτίδιο, το μόριο του οποίου αποτελείται από μόρια τριών διαφορετικών αμινοξέων: του γλουταμινικού οξέος, της κυστεΐνης (που περιέχει και το μοναδικό άτομο θείου σε όλη την ένωση) και της γλυκίνης. Από γενικότερης χημικής απόψεως, η γλουταθειόνη είναι μία θειόλη και ταυτόχρονα δικαρβονικό οργανικό οξύ. Ο μοριακός χημικός τύπος της γλουταθειόνης είναι C₁₀H₁₇N₃O₆S και η συστηματική χημική της ονομασία κατά IUPAC είναι (2S)-2-αμινο-4-{[(1R)-1-[(καρβοξυμεθυλ)καρβαμοϋλο]-2-σουλφανυλεθυλ]καρβαμοϋλο}βουτανοϊκό οξύ. To μοριακό βάρος της είναι 307,32. Η καθαρή γλουταθειόνη είναι στερεό με σημείο τήξεως 195 °C, πολύ ευδιάλυτο στο νερό, αλλά αδιάλυτο στη μεθανόλη και στον διαιθυλαιθέρα.
Η γλουταθειόνη, που απομονώθηκε για πρώτη φορά το 1921 από τον Χόπκινς στη ζυθοζύμη και το ήπαρ των θηλαστικών, βρίσκεται σε αφθονία στους ζωικούς ιστούς και στις ζύμες, και λιγότερο στους ιστούς των φυτών. Η φυσιολογική περιεκτικότητα του ανθρώπινου αίματος σε γλουταθειόνη είναι 0,35 ως 0,45 gr ανά λίτρο. Μέσα στους οργανισμούς η ουσία υπάρχει σε δύο μορφές: μία αναγμένη και μία οξειδωμένη. Αυτό της επιτρέπει να παίρνει μέρος στα φαινόμενα οξειδοαναγωγής των ιστών, να διαδραματίζει τον ρόλο μεταφορέα του υδρογόνου και να αποτελεί έναν από τους κύριους παράγοντες σταθερότητας του δυναμικού οξειδοαναγωγής του κυττάρου. Η μεταβολή του ποσοστού της αναγμένης γλουταθειόνης στο αίμα και της σχέσεώς του με το ποσοστό της οξειδωμένης συνιστά ένδειξη μυικής κοπώσεως ή διάφορων νοσηρών καταστάσεων, όπως ο διαβήτης και η αβιταμίνωση.

Στα ζώα

Η γλουταθειόνη δρα ως υπόστρωμα σε συζευκτικές και αναγωγικές αντιδράσεις, που καταλύονται από το ένζυμο S-τρανσφεράση της γλουταθειόνης στο κυτταροπλασματικό υγρό, στα μικροσώματα και στα μιτοχόνδρια. Είναι επίσης ικανή να συμμετέχει σε μη ενζυματικές συζευκτικές αντιδράσεις με κάποιες ουσίες.
Στην περίπτωση της NAPQI (N-ακετυλο-p-βενζοκινονιμίνης), ο ενεργός στο κυτόχρωμα P450 μεταβολίτης που σχηματίζεται από την παρακεταμόλη και καθίσταται ηπατοτοξικός όταν η γλουταθειόνη εξαντλείται από υπερβολική δόση του φαρμάκου (που είναι η δραστική ουσία του Depon), η γλουταθειόνη είναι ένα ουσιώδες αντίδοτο στην υπερβολική δόση. Η γλουταθειόνη συζεύγνυται με το NAPQI και βοηθά να το καταστήσει μη τοξικό, προστατεύοντας έτσι τις θειολικές κυτταρικές πρωτεΐνες.
Η γλουταθειόνη συμμετέχει στη σύνθεση της λευκοτριένης. Είναι επίσης σημαντικό υδρόφιλο μόριο που προστίθεται στις λιπόφιλες τοξίνες και απόβλητα του ήπατος πριν γίνουν μέρος της χολής. Η γλουταθειόνη χρειάζεται και για την εξουδετέρωση της μεθυλογλυοξάλης, μιας τοξίνης που παράγεται ως παραπροϊόν του μεταβολισμού, μέσω των ενζύμων γλυοξαλάσες: η γλυοξαλάση I (EC 4.4.1.5) καταλύει τη μετατροπή της μεθυλογλυοξάλης και της αναγμένης γλουταθειόνης σε S-D-λακτοϋλογλουταθειόνη και στη συνέχεια η γλυοξαλάση II (EC 3.1.2.6) καταλύει την υδρόλυση της S-D-λακτοϋλογλουταθειόνης σε γλουταθειόνη και D-γαλακτικό οξύ.

Στα φυτά

Στα φυτά η γλουταθειόνη είναι απαραίτητη για τον λεγόμενο «κύκλο γλουταθειόνης-ασκορβικού οξέος, ένα σύστημα αντιδράσεων που ανάγει το δηλητηριώδες υπεροξείδιο του υδρογόνου. Αποτελεί επίσης την πρόδρομη ένωση των φυτοχηλατινών (phytochelatins), ολιγομερών της γλουταθειόνης που αιχμαλωτίζουν βαρέα μέταλλα όπως το κάδμιο. Από την άλλη, η γλουταθειόνη απαιτείται για την αποτελεσματική άμυνα εναντίον φυτοπαθογόνων μικροοργανισμών, όπως η Pseudomonas syringae και η Phytophthora brassicae. Η αναγωγάση APS, ένα ένζυμο της οδού αφομοιώσεως του θείου, χρησιμοποιεί τη γλουταθειόνη ως δότη ηλεκτρονίων. Υπάρχουν και άλλα ένζυμα που χρησιμοποιούν τη γλουταθειόνη ως υπόστρωμα, όπως οι γλουταρεδοξίνες, μικρά οξειδοαναγωγικά ένζυμα που συμμετέχουν στην ανάπτυξη των ανθέων και στα αμυντικά χημικά σήματα των φυτών.

Στον καρκίνο

Μετά την ανάπτυξη ενός όγκου, αυξημένα επίπεδα γλουταθειόνης μπορεί να δρουν προστατευτικά για τα καρκινικά κύτταρα, προσφέροντάς τους αντίσταση κατά των χημειοθεραπευτικών φαρμάκων.

Μέθοδοι ανιχνεύσεως της γλουταθειόνης

Η αναγμένη γλουταθειόνη μπορεί να ανιχνευθεί και να μετρηθεί δια της υδροθειομάδας της, με χρήση του αντιδραστηρίου του Ellman ή μονοβρομοβιμάνης (monobromobimane). Η δεύτερη μέθοδος είναι πιο ευαίσθητη. Σε αυτή τα κύτταρα λύονται και οι θειόλες εξάγονται με τη χρήση ρυθμιστικού διαλύματος υδροχλωρίου. Στη συνέχεια οι θειόλες ανάγονται με διθειοθρεϊτόλη και γίνονται ορατές με τη μονοβρομοβιμάνη, το μόριο της οποίας φθορίζει όταν προσδένεται στο μόριό τους. Κατόπιν οι θειόλες διαχωρίζονται με υγρή χρωματογραφία υψηλής αποδόσεως (HPLC) και ο φθορισμός ποσοτικοποιείται με ανιχνευτή φθορισμού. Η βιμάνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για τη μέτρηση της γλουταθειόνης in vivo, με συνεστιακή μικροσκοπία λέιζερ μετά την προσθήκη βιμάνης σε ζωντανά κύτταρα.
Μία άλλη προσέγγιση, που επιτρέπει τη μέτρηση του οξειδοαναγωγικού δυναμικού της γλουταθειόνης με υψηλή χωρική και χρονική ανάλυση σε ζώντα κύτταρα, βασίζεται στην απεικόνιση της οξειδοαναγωγής με χρήση της «οξειδοαναγωγικά ευαίσθητης πράσινης φθορίζουσας πρωτεΐνης» (redox-sensitive green fluorescent protein, roGFP), ή της αντίστοιχης κίτρινης φθορίζουσας πρωτεΐνης (rxYFP).

Σημασία της γλουταθειόνης στην οινοποιία

Η περιεκτικότητα του μούστου σε γλουταθειόνη καθορίζει τη μεταβολή του χρώματος προς το σκούρο κίτρινο-καφέ κατά την παραγωγή λευκού κρασιού, παγιδεύοντας τις κινόνες του καφταρικού οξέος που παράγονται κατά την ενζυμική οξείδωση.