Abstrakt
Glutathion (gama-glutamylcysteinylglycin, GSH) je
hlavní intracelulární antioxidant, nacházející se v různých buňkách v
koncentraci řádově mmol/l. Slouží jako kofaktor enzymů, uplatňujících se v antioxidační
ochraně (glutathionperoxidáza, glutathionreduktáza) či při detoxikaci
xenobiotik (glutathion-S-transferáza). Podílí se rovněž ne regeneraci vitaminu
E a umožňuje tak jeho antioxidační působení při ochraně buněčných membrán a
lipoproteinů. Oxidační stres vede ke snížení koncentrace GSH a k poklesu poměru
redukované a oxidované formy glutathionu (GSH/GSSG).
Terminologie
Chemicky je glutathion: N-(N-L-γ-glutamyl-L-cysteinyl)glycin
Synonyma
Nemá
Klasifikační kódy
V sazebníku VZP je uveden u odbornosti 801
(klinická biochemie):
Glutation celkový a redukovaný – enzymaticky v plné krvi,
kategorie P – hrazeno plně; OF: bez omezení; OH: S – pouze na speciálním
pracovišti, ohodnoceno 206 body
Odkazy na jiné relevantní
dokumenty, další informace
Chemická a fyzikální
charakteristika, struktura a povaha analytu
Chemicky se jedná o
tripeptid g-glutamylcysteinylglycin;
vyskytuje se ve formě redukované jako thiol (GSH) nebo ve formě oxidované jako
disulfid (GSSG).
Role v metabolismu
·
ochrana thiaolových
skupin (–SH) v bílkovinách, kdy hlavním úkolem GSH je ochrana bílkovin
obsahujících sulfhydrilové (–SH) skupiny, které jsou většinou nezbytné pro
jejich funkci (Cardoso et al. 1998). Patří k nim např. mnohé enzymy
(dehydrogenasy, ATPázy, kreatinkinasa, enzymy podílející se na regeneraci
poškozené DNA aj.), některé receptory, transportní a jiné proteiny. GSH se
uplatňuje nejen v cytoplazmě, ale chrání i DNA v buněčném jádře před oxidačním
poškozením (Speat a Aust 1995).
·
koenzym (substrát)
důležitých antioxidačních a detoxikačních enzymů (glutathionperoxidáza,
glutathionreduktáza, glutathion
S-transferáza)
·
antioxidant (udržení
redox potenciálu), protože glutathion má silné antioxidační účinky; oxidací se
mění na disulfid (oxidovaný glutathion, GSSG):
2 GSH
« GSSG + 2 H+ + 2 e-
Za
fyziologického stavu v buňce výrazně převažuje redukovaná forma: poměr GSH/GSSG
je v lidských erytrocytech asi 500, pokles je známkou zátěže volnými radikály
(oxidačního stresu). Poměr mírně klesá s věkem. Při hodnocení experimentu na
zvířeti je třeba vzít v úvahu skutečnost, že poměr GSH/GSSG se výrazně
mezidruhově liší. Regeneraci redukovaného GSH zajišťuje enzym
glutathionreduktáza (viz glutathion jako koenzym). Reakcí glutathionu s volnými
radikály může vznikat thiylový radikál (GS·). Ten zaniká reakcí s dalším GS•
radikálem za vzniku GSSG. Reakcí s molekulou GSH však může produkovat radikál
oxidovaného glutathionu (GSSG•–), který je schopen redukovat kyslík
na superoxid O2•–. Radikál GS• může reagovat i
s radikálem oxidu dusnatého •NO za vzniku reaktivního nitrosothiolu
GSNO:
GSH + •OH (RO•, ROO• ) →
GS• + H2O (ROH, ROOH)
2 GS• → GSSG
GS•
+ GSH → GSSG•– +
H+
GSSG•– +
O2 → GSSG
+ O2•–
GS• + •NO → GSNO
Volné radikály mohou vznikat
i autooxidací glutathionu, zejména za katalytického účinku iontů přechodných
kovů (Fe2+, Cu2+).
·
regenerace
antioxidantů; Antioxidanty by nemohly být účinné, kdyby v buňce nepracovaly ve
vzájemné souhře. Příkladem zapojení glutathionu do kaskády navzájem na sebe
navazujících reakcí je regenerace vitamínu E v jeho
redukované formě.
·
glutathion se může ve
zvýšeném množství vylučovat do moči při dědičné poruše metabolismu aminokyselin
(5-oxoprolinurie tj. acidurie pyroglutamová, glutathionurie)
Zdroj (syntéza, příjem)
Syntéza glutathionu probíhá
především v játrech (denně asi 45 mmol, tj. 14 g); potřebuje dva enzymy:
(1) glutamátcysteinligasu a
(2) glutathionsyntázu
přičemž oba kroky vyžadují
energii ve formě ATP:
(1) (2)
L‑glutamát + L‑cystein L‑γ‑glutamylcystein + glycin
ATP ADP + P ATP ADP + P
L-γ-glutamylcysteinylglycin
(= glutathion)
GSH je syntetizován převážně v cytoplazmě, působí však
i v jiných organelách (např. v jádře, mitochondriích, endoplazmatickém retikulu
aj.) a částečně i v extracelulárním prostoru.
Distribuce v organismu, obsah
ve tkáních
Glutathion je typická
intracelulární látka; její koncentrace v různých buňkách je vysoká (řádově
mmol/l) a v jednotlivých typech buněk se liší; v erytrocytech je 1,5 - 2,0
mmol/l.
Koncentrace v plazmě a
ostatních ECT je o několik řádů nižší.
Způsob vylučování nebo
metabolismus
Biologický poločas
Kontrolní (řídící) mechanismy
Literatura
Aebi H.: Catalase. In:
Bergmayer H. U. (ed.): Methods of Enzymatic Analysis, vol. 2, Verlag Chemie,
Academic Press, Inc., New York, San Francisco, London, 1974, s. 673-684.
Babior, B. M.: Superoxide: a two-edged sword.
Braz. J. Med. Biol. Res., 20, 1997, s. 141-155.
Bannister, J. V., Bannister, W. H., Rotilio, G.:
Aspects of the structure, function, and applications of superoxide dismutase.
CRC Crit. Rev. Biochem., 22, 1987, č. 2, s. 111-180.
Bowler, C., Van Montagu, M.,
Inzé, D.: Superoxide dismutase and stress tolerance. Ann. Rev. Plant Physiol.
Mol. Biol., 43, 1995, s. 83-116.
Bray, R. C., Cockle,, S. A.,
Fielden, E. M., Roberts, P. B., Rotilio, G., Calabrese, I.: Reduction and
inactivation of superoxide dismutase by hydrogen peroxide. Biochem. J., 139, 1974, s. 43-48.
Cardoso, S. M., Pereira, C.,
Oliveira, C. R.: The protective effect of vitamin E, idebenone and reduced
glutathione on free radical mediated injury in rat brain synaptosomes. Biochem.
Biophys. Res. Commun., 246, 1998, č. 3, s. 703-710.
Carlioz A., Touati D.:
Isolation of superoxide dismutase mutants in Escherichia coli: is
superoxide dismutase necessary for anaerobic life? EMBO J., 5, 1986, č. 3, s.
623-630.
Fenton, H. J. H.: Oxidation of tartaric acid in
the presence of iron. J. Chem. Soc., 65, 1894, s. 899-910.
Cohen, H. J., Chovaniec, M. E.,
Mitretta, D., Baker, S. S.: Selenium repletion and glutathione peroxidase -
differential effects on plasma and red blood cell enzyme activity. Am. J. Clin.
Nutr., 41, 1985, s. 735-747.
Gaetani, G. F., Ferraris, A.
M., Rolfo, M., Mangerini, R., Arena, S., Kirkman, H. N.: Predominant role of
catalase in the disposal of hydrogen peroxide within human erythrocytes. Blood,
87, 1996, s. 1595-1599.
Hasanoglu, E., Altan, N.,
Sindel, S., Ongun, C. O., Bali, M., Altintass, E.: The relationship between
erythrocyte superoxide dismutase activity and plasma levels of some trace
elements (Al, Cu, Zn) of dialysis patients. Gen. Pharm., 25, 1994, č. 1, s. 107-110.
Henderson,
A., Hayes, P.: Acetylcysteine as a cytoprotective antioxidant in patients with
severe sepsis: potential new use for an old drug. Ann. Pharmacother., 28, 1994,
č. 9, s. 1086-1088.
Holeček, V., Racek,
J.,Jeschke, J., Zima, T., Krejčová, I.: Einfluss von Vitaminen, Mineralstoffen
und spurenelementen auf ausgewählte biochemische und spiroergometri-sche parameter
bei Rauchern. Erfarungsheilkunde, 1997, č. 10, s. 590-598.
Hosler, B. A., Brown, R. H.
Jr.: Copper-zink superoxide dismutase mutations and free radical damage in
amyotrophic lateral sclerosis. Adv. Neurol., 68, 1995, s. 41-46.
Jain,
K. J., McVie, R.: Effect of glycemic control, race (white versus black), and
duration of diabetes on reduced glutathione content in erythrocytes of diabetic
patients. Metabolism, 43, 1994, č. 3, s. 306-309.
Jenner, P.: Altered mitochondrial
function, iron metabolism and glutathione levels in Parkinson´s disease. Acta
Neurol. Scand., 146, 1993, Suppl., s. 6-13.
Leichtweis, S. B., Leewenburgh, C.,
Parmelee, D. J., Fiebig, R., Ji, L. L.: Rigorous swim training impairs
mitochondrial function in post-ischaemic rat heart. Acta Physiol. Scand., 160,
1997, č. 2, s. 139-148.
Maddipati, K. R., Gasparski, C.,
Marnett, L. J.: Characterization of the hydroperoxide-reducing activity of
human plasma. Arch. Biochem. Biophys., 254, 1987, s. 9-17.
Michiels, C., Raes, M., Toussaint, O., Remack, J.:
Importance of Se-glutathione peroxidase, catalase and Cu/Zn-SOD for cell
survival against oxidative stress. Free Radic. Biol. Med., 17, 1994 s. 235-248.
Porstmann, T., Wietscke, R.,
Cobet, G., Stamminger, G., Bollmann, R., Rogalski, V.,
Pas, P.: Cu/Zn superoxide dismutase quantification from fetal erythrocytes - an
efficient confirmatory test for Down¢s syndrome after maternal serum screening and
sonographic investigations. Prenat. Diag., 11, 1991, s. 295-303.
Racek, J., Eiselt, J.,
Holeček, V., Krejčová, I.: Extra- and
intracellular antioxidative defence in patients under regular dialysis
treatment. XVI. International Congress of Clinical Chemistry, London (UK), 7. –
12. 7. 1996.
Racek, J., Kučera, M., Holeček,
V., Trefil, L., Pašek, Z.: Vliv suplementace vitaminy a stopovými prvky na
ukazatele antioxidační ochrany u nemocných s revmatickými chorobami. Klin.
Biochem. Metab., 7, 1999, č. 4, s. 239-242.
Roth,
E., Torok, B., Kelemen, D., Pollak, S.: Free radical mediated injuries after
coronary artery occlusion. Basic Res. Cardiol., 84, 1989, č. 4, 388-395.
Schneeberger, H.,
Schleibner, S., Schilling, M., Illner, W. D., Abendroth, D., Hancke, E.,
Janicke, U., Land, W.: Prevention of acute renal failure after kidney
transplantation by treatment with rh-SOD: interim analysis of a double-blind
placebo-controlled trial. Transplant. Proc., 22, 1990, č. 5, s. 2224-2225.
Speat,
N., Aust, S. D.: Effects of glutathione on Fenton reagent-dependent radical
production and DNA oxidation. Arch. Biochem. Biophys., 324, 1995, č. 1, s.
111-116.
Steinerová, A., Racek, J., Holeček,
V.: Účinek podávání fenofibratu
(Lipanthyl 100) a alfa-tokoferolu (vitamin E) na hladinu lipidů a aktivitu
superoxiddismutasy. Klin. Biochem. Metab., 3, 1995, č. 2, s. 106-108.
Štípek, S.: Antioxidanty a volné
radikály ve zdraví a nemoci. Grada-Avicenum, Praha, 2000, ISBN 80-7169-704-4.
Thomas, S. R., Neuzil, J., Mohr, D.,
Stocker, R.: Coantioxidants make alpha-tocopherol an efficient antioxidant for
low density lipoprotein. Am. J. Clin. Nutr., 62, 1995, Suppl. 6, s.
1357S-1364S.
Thome, J., Foley, P., Gsell,
W., Davids, E., Wodarz, N., Wiesbeck, G. A., Böning, J., Riederer, P.: Increased concentrations of
manganese superoxide dismutase in serum of alcohol-dependent patients. Alcohol
Alcoholism, 32, 1997, č, 1, s. 65-69.
Ursini, F., Maiorino, M.,
Valenta, M., Ferri, L., Gregolin, C.: Purification from pig liver of a protein
which protects liposomes and biomembranes from peroxidative degradation and
exhibits glutathione peroxidase activity on phosphatidylcholine hydroperoxides.
Biochim. Biophys. Acta, 710, 1982, s. 197-211.
van Loon, A. P. G. M.,
Pesold-Hurt, B., Schatz, G.: A yeast mutant lacking mitochondrial
manganese-superoxide dismutase is hypersensitive to oxygen. Proc. Natl. Acad.
Sci. USA, 83, 1986, s. 3820-3824.
Weinstein, T., Chagnac, A., Korzets,
A., Boaz, M., Ori, Y., Herman, M., Malachi, T., Gafter, U.: Haemolysis in
haemodialysis patients: evidence for impaired defence mechanisms against
oxidative stress. Nephrol. Dial. Transplant., 15, 2000, č. 6, s. 883-887.
Poznámky
Appendixy
Autorské poznámky
Jaroslav
Racek