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.
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.
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. Raku oksüdatiivse stressi taset on võimalik kindlaks teha raku glutatiooni ja glutatioondisulfiidi suhte abil.
Biosüntees.
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 ainsad, kes sünteesivad glutatiooni.
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. Modulatoorse allüksuse puudumine ei avaldu fenotüübis märkimisväärselt, ilma selleta on hiire GSH tase madalam ja loom on mürkidele tundlikum.
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.
Taimne glutamaadi-tsüsteiini ligaas on redoks-tundlik homodimeerne ensüüm, mis on säilinud taimedel. 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.
Funktsioonid.
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).
Glutatiooni saab GSSG-st taastekitada glutatiooni reduktaasi abil. 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.
Glutatioonil on organismides palju funktsioone:
Taimedes.
Taimedes on glutatioon oluline biootilise ja abiootilise stressi talumiseks. Glutatioon on keskne komponent glutatiooni-askorbaadi tsüklis, milles redutseeritakse mürgist vesinikperoksiidi. Glutatioonil on mõju taimepatogeenide, näiteks "Pseudomonas syringae" ja "Phytophthora brassicae" vastu. 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.
Harilikus sibulas.
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.
Vähkkasvajas.
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.
Tsüstilises fibroosis.
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. 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.
Kasutusalad.
Kosmeetika.
Glutatioon on antioksüdant, mis hoiab ära naha oksüdatiivseid kahjustusi. Lisaks paljudele bioloogilistele funktsioonidele on glutatiooni seostatud naha heledamaks muutmisega. See, et glutatioon teeb naha heledamaks, avastati kõrvaltoimena aine suurte koguste manustamisel. Glutatioon inhibeerib melaniini sünteesi sellega, et vähendab L-DOPA mõju türosinaasile. Uurimused on näidanud, et glutatioon inhibeerib nii melaniini tootmist kui ka aglutinatsiooni. On leitud, et glutatioon inhibeerib melaniini sünteesi türosinaasi vaseiooniga aktiivtsentris. Glutatiooni antioksüdantsed omadused kaitsevad nahka UV-kiirguse ja ka teiste keskkonnast või sisemistest stressoritest tulenevate vabade radikaalide eest, mis kahjustavad nahka ja tekitavad hüperpigmentatsiooni. Enamikul imetajatel esineb melaniin kehas eumelaniinina (pruunikas või must pigment) ja feomelaniinina (kollakas või punane pigment), mis võivad esineda ka koos või kopolümeerina. Suurenenud glutatiooni hulk võib pigmendirakus soodustada eumelaniini asemel feomelaniini tootmist. Uurimuse läbiviija Te-Sheng Chang leidis, et redutseeritud glutatiooni madal tase rakus on seotud eumelaniinse pigmentatsiooniga, aga kõrge tase feomelaniinse pigmentatsiooniga. Seetõttu arvatakse, et glutatiooni vähene hulk võib soodustada naha tumedamat pigmentatsiooni.