Glutatión

O glutatión, abreviado como GSH (forma reducida) ou GSSG (forma oxidada disulfuro), e ás veces escrito glutation é un tripéptido formado por glicina, cisteína e ácido glutámico (γ-L-glutamil-L-cisteinilglicina), que funciona nas células como antioxidante. Contén un enlace peptídico infrecuente entre o grupo α-amino da cisteína e o grupo carboxilo da cadea lateral do ácido glutámico (e non co seu grupo α-amino, que queda libre). Polo contrario, a unión da glicina coa cisteína é un enlace peptídico totalmente normal entre os grupos α-amino e α-carboxilo. É un antioxidante, que prevén danos en compoñentes importantes da célula causados polas especies reactivas do osíxeno, como radicais libres e peróxidos.
A cisteína do glutatión contén un grupo tiol (-SH) moi reactivo. Os grupos tiol son axentes redutores. Nas células animais hepáticas o glutatión está presente en concentracións de aproximadamente 5 milimolar. O glutatión reduce as pontes disulfuro formadas nas proteínas citoplásmicas a cisteínas servindo como doante de electróns. No proceso o glutatión convértese na súa forma oxidada glutatión disulfuro (GSSG).
O glutatión atópase na célula case exclusivamente na súa forma reducida, xa que o encima que reduce a súa forma oxidada, a glutatión redutase, é constitutivamente activa e inducible en situación de estrés oxidativo. De feito, a proporción do glutatión reducido con respecto ao oxidado nas células úsase a miúdo como unha medida da toxicidade na célula. Biosíntese
O glutatión non é un nutriente esencial que só se poida obter dos alimentos, xa que pode sintetizarse no noso corpo a partir dos tres aminoácidos que o compoñen. O grupo sulfhidrilo ou tiol (-SH) da súa cisteína serve como doante de protóns e é o responsable da súa actividade biolóxica. A dispoñibilidade deste aminoácido é o factor limitante na síntese do glutatión nas células, porque a cisteína é relativamente rara nos alimentos. Ademais, cando se libera como un aminoácido libre, a cisteína é tóxica e catabolízase espontaneamente no tracto gastrointestinal e no plasma sanguíneo.
O glutatión sintetízase en dous pasos dependentes do ATP: En primeiro lugar, sintetízase a gamma-glutamilcisteína a partir de L-glutamato e cisteína por acción do encima gamma-glutamilcisteína sintetase (tamén coñecida como glutamato cisteína ligase, GCL). Esta reacción é o paso limitante na síntese do glutatión.
En segundo lugar, engádese a glicina ao extremo C-terminal do dipéptido gamma-glutamilcisteína polo encima glutatión sintetase.
A glutamato cisteína ligase (GCL) animal é un encima heterodímero composto por unha subunidade catalítica (GCLC) e outra moduladora (GCLM). A GCLC é responsable de toda a actividade encimática, mentres que a GCLM acrecenta a eficiencia catalítica do GCLC. Os ratos que carecen de GCLC (é dicir, carecen de síntese de novo de GSH) morren pouco despois do nacemento. Os ratos que carecen de GCLM non mostran un fenotipo especial externamente apreciable, pero presentan un descenso acusado de GSH e un incremento da sensibilidade a tóxicos.
Aínda que o glutatión pode sintetizarse en todas as células do corpo, a súa síntese no fígado é esencial. Os ratos con perda de GCLC xeneticamente inducida (é dicir, sen síntese de GSH) só no fígado morren no seu primeiro mes de vida.
A glutamato cisteína ligase (GCL) das plantas é un encima heterodímero sensible aos cambios redox, moi conservado no reino das plantas. Nun ambiente oxidante, fórmanse pontes disulfuro intermoleculares e o encima cambia ao seu estado dimérico activo. Ademais deste control dependente do estado redox nas plantas hai unha inhibición por retroalimentación por GSH do encima GCL. A GCL está localizada exclusivamente nos plastos, e a glutatión sintetase aparece tanto en plastos coma no citosol, polo que o GSH e a gamma-glutamilcisteína son exportados desde os plastos ao citosol. Ambos os encimas necesarios para a síntese do glutatión son esenciais nas plantas; a eliminación total da expresión xenética (knockout) da GCL e da glutatión sintetase son letais para o embrión e as plántulas que agroman.
A ruta da biosíntese do glutatión atópase nalgunhas bacterias, como cianobacterias e proteobacterias, pero perdeuse en moitas outras bacterias. A maioría dos eucariotas sintetizan glutatión, incluíndo os humanos, pero non todos (non hai síntese en leguminosas, Entamoeba, e Giardia). As únicas arqueas que producen glutatión son as halobacterias. Funcións
O glutatión pode atoparse en estado reducido (GSH) ou oxidado (GSSG). En estado reducido, o grupo tiol da cisteína pode doar un equivalente de redución (H++ e-) a outras moléculas inestables, como as especies reactivas do osíxeno. Ao doar un electrón, o propio glutation se fai reactivo, pero reacciona case inmediatamente con outro glutation reactivo formando glutatión disulfuro (GSSG). Esta reacción é posible debido á concentración relativamente alta de glutation nas células (ata 5 mM no fígado). O GSH pode rexenerarse a partir do GSSG por acción da glutatión redutase.
Nas células e tecidos sans, máis do 90% do total do glutatión está na forma reducida GSH e menos do 10% está en forma de disulfuro (GSSG). Un incremento da proporción de GSSG con respecto ao GSH considérase indicativa dun estrés oxidativo.
O glutatión ten múltiples funcións: É o principal antioxidante endóxeno producido polas células, e participa directmente na neutralización de radicais libres e compostos reactivos do osíxeno, e mantén os antioxidantes exóxenos como as vitaminas C e E no seu estado reducido activo.
Regulación do ciclo do óxido nítrico, que é esencial para a vida pero que pode ser problemático se non está regulado.
Utilízase en reaccións metabólicas e biomédicas como a síntese de ADN e a súa reparación, a síntese de proteínas, síntese de prostaglandinas, transporte de aminoácidos, e a activación de encimas. Deste modo, todos os sistemas do corpo poden ser afectados polo estado do sistema do glutatión, especialmente o sistema inmunitario, o sistema nervioso, o gastrointestinal e os pulmóns.
Funcións nos animais
O GSH funciona como substrato tanto en reaccións de conxugación (con substancias normalmente alleas ao organismo, como drogas ou velenos) coma reaccións redox, catalizadas polos encimas glutatión S-transferases no citosol, microsomas, e mitocondrias. Pero pode participar tamén en conxugacións non encimáticas con diversas substancias.
O glutatión é un antídoto esencial para superar a sobredose de N-acetil-p-benzoquinona imina (NAPQI), un actvo metabolito reactivo co citocromo P450 formado polo paracetamol, que é tóxico cando diminúe o GSH na célula por causa de sobredose de pracetamol. O glutatión conxúgase coa NAPQI e axuda a detoxificalo. Grazas a esta capacidade protexe os grupos tiol das proteínas celulares, que doutro modo serían modificados covalentemente; cando se consome todo o GSH, a NAPQI empeza a reaccionar coas proteínas celulares, orixinando a morte celular. O tratamento habitual para unha sobredose deste analxésico é a administración (xeralmente en forma nebulizada) de N-acetil-L-cisteína (hai varios preparados comerciais ), que é procesada polas células a L-cisteína e utilizada na síntese de novo de GSH.
O glutatión (GSH) participa na síntese de leucotrienos e é un cofactor do encima glutatión peroxidase. Tamén é importante como molécula hidrofílica que se engade no fígado a toxinas lipófilas e residuos durante as biotransformacións antes de que esas substancias pasen a formar parte da bile. O glutatión necesítase tamén para a detoxificación do metilglioxal, unha toxina producida como un subproduto do metabolismo.
Esta reacción de detoxificación lévaa a cabo o sistema da glioxalase. A glioxalase I (EC 4. 4. 1. 5)Arquivado 16 de maio de 2011 en Wayback Machine. cataliza a conversión do metilglioxal e do glutatión reducido a S-D-lactoíl-glutatión. A Glioxalase II (EC 3. 1. 2. 6)Arquivado 16 de maio de 2011 en Wayback Machine. cataliza a hidrólise do S-D-lactoíl-glutatión a glutatión ed ácido D-láctico.
O glutatión utilizouse recentemente como inhibidor da melanina na industria cosmética. En países como o Xapón e Filipinas, este produto véndese como xabón blanqueante. O glutatión inhibe competitivamente a síntese de melanina na reacción entre a tirosinase e a L-DOPA ao interromper a capacidade da L-DOPA de unirse á tirosinase durante a síntese de melanina. A inhibición da síntese de melanina pode reverterse incrementando a concentración de L-DOPA, pero non incrementando a de tirosinase. Aínda que a melanina sintetizada é agregada en aproximadamente unha hora, a agregación é inhibida pola adición de glutatión. Estes resultados indican que o glutation inhibe a síntese e aglutinación da melanina ao interferir na función da L-DOPA.
Funcións nas plantas
Nas plantas, o glutatión é crucial para controlar o estrés biótico e abiótico. É un compoñente esencial do ciclo do glutatión-ascorbato, un sistema que reduce o velenoso peróxido de hidróxeno. É o precursor das fitoquelatinas, que son oligómeros de glutatión que quelan metais pesados como o cadmio. O glutatión requírese para unha defensa eficiente contra patóxenos das plantas como a bacteria Pseudomonas syringae ou o oomiceto Phytophthora brassicae. O encima APS redutase, que intervén na asimilación do xofre, usa o glutatión como doante de electróns. Outros encimas que utilizan o glutatión como substrato son as glutarredoxinas; estas pequenas oxidorredutases están implicadas no desenvolvemento das flores, e a sinalización por ácido salicílico (fitohormona) para a defensa da planta. Suplementación
Non é doado conseguir elevar os niveis de GSH nas células cunha suplementación de glutatión. As investigacións realizadas suxiren que o glutatión inxerido non se absorbe ben no tracto gastrointestinal. Nun estudo sobre a administración oral intensa a grandes doses (3 gramos) de glutatión oral, Witschi e colaboradores concluíron que "non é posible incrementar o glutatión circulante ata un grao clinicamente beneficioso por medio da administración oral dunha soa dose de 3 g de glutatión. "
O metabolito activo da vitamina D sintetizado nos riles calcitriol incrementa os niveis de glutatión no cerebro e parece ser un catalizador da produción de glutatión.
Ademais, as concentracións plasmáticas e hepáticas de GSH poden elevarse pola administración de certos suplementos que serven como precursores do GSH. A N-acetilcisteína (NAC) é o precursor máis biodispoñible do glutatión. Outros suplementos, como S-adenosilmetionina (SAMe) e a proteína do soro lácteo tamén incrementan o contido de glutatión na célula.
A N-acetilcisteína está dispoñible como fármaco ou coma un suplemento xenérico. Outra substancia que tamén restaura ou niveis intracelulares de glutatión é o ácido alfa lipoico. A melatonina pode estimular un encima relacionado, a glutatión peroxidase, e o silymarin, un extracto de sementes do cardo Silybum marianum, tamén mostrou unha capacidade de repoñer os niveis de glutatión.
O glutatión é un compoñente intracelular estritamente regulado, e a súa produción está limitada por unha inhibición por retroalimentación da súa síntese no encima gamma-glutamilcisteína sintetase, o que minimiza enormemente a posibilidade de sobredoses. O aumento do glutatión utilizando presursores da síntese do glutatión ou glutatión intravenoso é unha estratexia empregada para facer fronte ás deficiencias de gluttión, alto estrés oxidativo, deficiencias inmunitarias, e sobrecargas de substancias xenobióticas (alleas ao corpo) nas que o glutatión xoga un papel na súa detoxificación (especialmente por vía hepática). Os estados de deficiencia de glutatión inclúen entre outros o VIH/SIDA, hepatites infecciosas e químicas, síndrome de fatiga crónica e encefalomielite miálxica (ME/CFS), cáncer de próstata e outros, cataratas, enfermidade de Alzheimer, enfermidade de Parkinson, enfermidade pulmonar obstrutiva crónica, asma, envelenamento radioactivo, estados de malnutrición, estrés físico intenso, e o envellecemento, e foi asociado con respostas inmunitarias por debaixo do nivel normal. Moitas patoloxías clínicas están asociadas co estrés oxidativo e detállanse en moitas referencias médicas.
Os niveis baixos de glutatión están tamén moi implicados na perda e balance negativo do nitróxeno, que se observa no cáncer, SIDA, sepse, trauma, queimaduras graves e mesmo no excesivo treinamento atlético. A suplementación con glutatión pode opoñerse a estes procesos, e na SIDA, por exemplo, mellora as taxas de supervivencia. Porén, os estudos de moitas desas situacións e cadros non puideron diferenciar entre os niveis baixos de glutatión resultado de niveis de estrés oxidativo incrementados de forma aguda (como nos pacientes con sepse) ou crónica (como na SIDA), e o aumento da patoloxía como resultado de deficiencias preexistentes.
A esquizofrenia e os trastornos bipolares están tamén asociados con niveis baixos de glutatión. Os datos obtidos suxiren que o estrés oxidativo pode ser un factor que subxace na fisiopatoloxía do trastorno bipolar, depresións graves, e esquizofrenia. O glutatión é o principal eliminador dos radicais libres no cerebro.
Cáncer
Os resultados preliminares de certos estudos indican que o glutatión cambia o nivel de especies reactivas do osíxeno en células illadas cultivadas en laboratorio, o que pode reducir o desenvolvemento dos cánceres. Pero ningún destes estudos se realizou en humanos.
Porén, non está claro que sexa beneficioso cando o cáncer está xa desenvolvido, xa que podería protexer as células cancerosas das drogas da quimioterapia en diversos tipos de cáncer, como mostran diversos estudos. Patoloxía
O exceso de glutamato nas sinapses, que pode ser liberado en condicións como os traumatismos cranioencefálicos, pode impedir a absorción de cisteína, un dos compoñentes do glutatión. Sen a protección contra os danos oxidativos que fornece o glutatión, as células poden quedar danadas ou morreren. Métodos para determinar o glutatión
O glutatión reducido presente nunha mostra pode visualizarse utilizando o reactivo de Ellman ou derivados do bimano como monobromobimano. O método do monobromobimano é o máis sensible. Neste procedemento, as células son lisadas e extráense os tioles con HCl tampón. Os tioles son despois reducidos con ditiotreitol (DTT) e marcados con monobromobimano. O monobromobimano faise fluorescente ao unirse ao GSH. Os tioles sepáranse despois por cromatografía líquida de alta resolución e a fluorescencia cuantifícase cun detector de fluorescencia. O bimano pode tamén utilizarse para cuantificar o glutatión in vivo. A cuantificación faise por microscopía de varrido láser confocal despois da aplicación de colorantes ás células vivas. Outra aproximación, que permite medir o potencial redox do glutatión a unha resulción moi alta espacial e temporal nas células vivas está baseado en imaxes redox obtidas usando a proteína fluorescente verde sensible ao estado redox (roGFP) ou a proteína fluorescente amarela sensible ao estado redox (rxYFP)