الجلوتاثيون: الخصائص ، الهيكل ، الوظائف ، التخليق الحيوي - مادة الاحياء - 2025

و الجلوتاثيون (GSH) هو جزيء صغير ثلاثي الببتيد (مع ثلاثة فقط الأمينية بقايا الحامض) تشارك اللابروتيني في العديد من الظواهر البيولوجية مثل ميكانيكا الأنزيمية، الجزيئات السكروز، والتمثيل الغذائي وسيط، سمية الأكسجين والنقل داخل الخلايا، الخ

يعتبر هذا الببتيد الصغير ، الموجود في الحيوانات والنباتات وبعض البكتيريا ، "عازل" مخفض للأكسيد ، لأنه أحد المركبات الرئيسية ذات الوزن الجزيئي المنخفض التي تحتوي على الكبريت وتفتقر إلى السمية المرتبطة به. بقايا السيستين.

بنية الجلوتاثيون الجزيئية (المصدر: كلاوديو بيستيلي عبر ويكيميديا ​​كومنز)

ارتبطت بعض الأمراض التي تصيب الإنسان بنقص إنزيمات معينة من استقلاب الجلوتاثيون ، ويرجع ذلك إلى وظائفه المتعددة في الحفاظ على توازن الجسم.

يمكن إثبات سوء التغذية والإجهاد التأكسدي والأمراض الأخرى التي يعاني منها البشر على أنها انخفاض حاد في الجلوتاثيون ، وهذا هو السبب في كونه أحيانًا مؤشرًا جيدًا على الحالة الصحية لأنظمة الجسم.

بالنسبة للنباتات ، بالطريقة نفسها ، يعتبر الجلوتاثيون عاملاً أساسيًا لنموها وتطورها ، لأنه يؤدي أيضًا وظائف في مسارات اصطناعية متعددة وهو ضروري لإزالة السموم الخلوية والتوازن الداخلي ، حيث يعمل كمضاد قوي للأكسدة.

مميزات

أظهرت الدراسات الأولى التي أجريت فيما يتعلق بالموقع الخلوي للجلوتاثيون أنه موجود في الميتوكوندريا. في وقت لاحق ، لوحظ أيضًا في المنطقة المقابلة للمصفوفة النووية وفي بيروكسيسومات.

في الوقت الحاضر ، من المعروف أن الحيز الذي يكون فيه تركيزه أكثر وفرة موجود في العصارة الخلوية ، حيث يتم إنتاجه ونقله بنشاط إلى أقسام خلوية أخرى مثل الميتوكوندريا.

في خلايا الثدييات ، يكون تركيز الجلوتاثيون في نطاق مليمول ، بينما في بلازما الدم يوجد شكله المختزل (GSH) في تركيزات ميكرومولار.

يشبه هذا التركيز داخل الخلايا عن كثب تركيز الجلوكوز والبوتاسيوم والكوليسترول ، وهي عناصر أساسية للبنية الخلوية والوظيفة والتمثيل الغذائي.

تمتلك بعض الكائنات الحية جزيئات الجلوتاثيون التناظرية أو المتغيرة. طفيليات البروتوزوان التي تصيب الثدييات لها شكل يعرف باسم "التريبانوثيون" وفي بعض البكتيريا يتم استبدال هذا المركب بجزيئات الكبريت الأخرى مثل ثيوسلفات وجلوتاميل سيستئين.

تمتلك أنواع نباتية معينة ، بالإضافة إلى الجلوتاثيون ، جزيئات متماثلة لها بقايا أخرى غير الجليسين في الطرف C (homoglutathione) ، والتي تتميز بوظائف مماثلة لتلك الموجودة في ثلاثي الببتيد المعني.

على الرغم من وجود مركبات أخرى شبيهة بالجلوتاثيون في كائنات مختلفة ، فإن هذا هو أحد "الثيول" الموجود في أعلى تركيز داخل الخلايا.

النسبة العالية التي توجد عادة بين الشكل المختزل (GSH) والشكل المؤكسد (GSSG) من الجلوتاثيون هي سمة مميزة أخرى لهذا الجزيء.

بناء

يتكون الجلوتاثيون أو L-γ-glutamyl-L-cysteinyl-glycine ، كما يوحي اسمه ، من ثلاثة بقايا من الأحماض الأمينية: L-glutamate و L-cysteine ​​و glycine. ترتبط بقايا السيستين والجليسين معًا من خلال روابط الببتيد المشتركة ، أي بين مجموعة α-carboxyl لحمض أميني واحد ومجموعة α-amino الأخرى.

ومع ذلك ، فإن الرابطة التي تحدث بين الغلوتامات والسيستين ليست نموذجية للبروتينات ، لأنها تحدث بين جزء car-carboxyl من مجموعة R من الجلوتامات ومجموعة α-amino من السيستين ، لذلك هذه الرابطة هي يطلق عليه السندات γ.

يحتوي هذا الجزيء الصغير على كتلة مولارية تزيد قليلاً عن 300 جم / مول ويبدو أن وجود رابطة أمر حاسم لمناعة هذا الببتيد ضد عمل العديد من إنزيمات aminopeptidase.

المميزات

كما ذكرنا ، الجلوتاثيون هو بروتين يشارك في العديد من العمليات الخلوية في الحيوانات والنباتات وبعض بدائيات النوى. وبهذا المعنى ، فإن مشاركتها العامة في:

- عمليات تخليق البروتين وتفككه

- تكوين سلائف الريبونوكليوتيد DNA

- تنظيم نشاط بعض الانزيمات

- حماية الخلايا في وجود أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) والجذور الحرة الأخرى

-نقل الإشارة

- التعبير الجيني و

- قابلية أو موت الخلية المبرمج

مساعد الانزيم

كما تم تحديد أن الجلوتاثيون يعمل كنزيم مساعد في العديد من التفاعلات الأنزيمية ، ويرتبط هذا الجزء من أهميته بقدرته على نقل الأحماض الأمينية في شكل أحماض أمينية γ-glutamyl داخل الخلايا.

الجلوتاثيون الذي يمكن أن يترك الخلية (وهو ما يفعله في شكله المختزل) قادر على المشاركة في تفاعلات تقليل الأكسدة في محيط غشاء البلازما وبيئة الخلية المحيطة ، مما يحمي الخلايا من التلف ضد فئات مختلفة من العوامل المؤكسدة.

تخزين السيستين

يعمل هذا ثلاثي الببتيد أيضًا كمصدر لتخزين السيستين ويساهم في الحفاظ على الحالة المخفضة لمجموعات السلفهيدريل للبروتينات في داخل الخلية والحالة الحديدية لمجموعة الهيم من البروتينات التي تحتوي على العامل المساعد المذكور.

البروتين للطي

عندما تشارك في طي البروتين ، يبدو أن لها وظيفة مهمة كعامل مختزل لجسور ثاني كبريتيد التي تشكلت بشكل غير لائق في هياكل البروتين ، والتي عادة ما تكون بسبب التعرض لعوامل مؤكسدة مثل الأكسجين ، بيروكسيد الهيدروجين ، بيروكسينيتريت ، و بعض الأكاسيد الفائقة.

وظيفة كرات الدم الحمراء

في كريات الدم الحمراء ، يساهم الجلوتاثيون المختزل (GSH) الناتج عن إنزيم الجلوتاثيون المختزل ، والذي يستخدم NADPH الناتج عن مسار فوسفات البنتوز ، في إزالة بيروكسيد الهيدروجين من خلال التفاعل المحفز بواسطة إنزيم آخر: الجلوتاثيون البيروكسيديز ، الذي ينتج الماء والجلوتاثيون المؤكسد (GSSG).

يؤدي تكسير بيروكسيد الهيدروجين ، وبالتالي منع تراكمه في كريات الدم الحمراء ، إلى إطالة عمر هذه الخلايا ، حيث يتجنب الضرر التأكسدي الذي يمكن أن يحدث في غشاء الخلية والذي يمكن أن يؤدي إلى انحلال الدم.

التمثيل الغذائي للأجانب

يعتبر الجلوتاثيون أيضًا لاعبًا مهمًا في عملية التمثيل الغذائي للأجانب الحيوية ، وذلك بفضل عمل إنزيمات الجلوتاثيون S-ترانسفيراز التي تولد اقتران الجلوتاثيون الذي يمكن استقلابه داخل الخلايا.

من الحكمة أن نتذكر أن مصطلح "xenobiotic" يستخدم للإشارة إلى الأدوية والملوثات البيئية والمواد الكيميائية المسرطنة التي يتعرض لها الكائن الحي.

الحالة المؤكسدة للخلايا

نظرًا لوجود الجلوتاثيون في شكلين ، أحدهما مختزل والآخر مؤكسد ، فإن العلاقة بين الجزيئين تحدد حالة الأكسدة والاختزال في الخلايا. إذا كانت نسبة GSH / GSSG أكبر من 100 ، فإن الخلايا تعتبر صحية ، ولكن إذا كانت قريبة من 1 أو 10 ، فيمكن أن تكون مؤشرًا على أن الخلايا في حالة من الإجهاد التأكسدي.

التخليق الحيوي

يتم تصنيع ثلاثي الببتيد الجلوتاثيون داخل الخلية ، في كل من النباتات والحيوانات ، عن طريق عمل إنزيمين: (1) γ-glutamylcysteine ​​synthetase و (2) glutathione synthetase (GSH synthetase) ، بينما تحللها أو " التحلل "يعتمد على عمل إنزيم γ-glutamyl transpeptidase.

في الكائنات الحية النباتية ، يتم ترميز كل من الإنزيمات بواسطة جين واحد ويمكن أن تتسبب العيوب في أي من البروتينات أو جينات الترميز الخاصة بها في موت الأجنة.

في البشر ، كما هو الحال في الثدييات الأخرى ، يكون الموقع الرئيسي لتخليق الجلوتاثيون وتصديره هو الكبد ، وتحديداً في خلايا الكبد (خلايا الكبد) التي تحيط بالقنوات الوريدية التي تنقل الدم والمواد الأخرى من وإلى العضو في سؤال.

يتطلب تخليق de novo للجلوتاثيون أو تجديده أو إعادة تدويره طاقة من ATP.

الجلوتاثيون المخفض (GSH)

يُشتق الجلوتاثيون المختزل من الأحماض الأمينية الجلايسين والجلوتامات والسيستين ، كما ذكرنا سابقًا ، ويبدأ تركيبه مع التنشيط (باستخدام ATP) لمجموعة γ-carboxyl من الجلوتامات (من المجموعة R) لتشكيل فوسفات أسيل وسيط ، والذي تتعرض للهجوم من قبل مجموعة α-amino من السيستين.

يتم تحفيز أول تفاعلين لتكثيف الأحماض الأمينية بواسطة γ-glutamylcysteine ​​synthetase ويتأثر عادةً بالتوافر داخل الخلايا للأحماض الأمينية الغلوتامات والسيستين.

يتكثف ثنائي الببتيد المتشكل بهذه الطريقة لاحقًا باستخدام جزيء جليكاين بفضل عمل مركب GSH synthetase. أثناء هذا التفاعل ، يحدث أيضًا تنشيط مع ATP لمجموعة α-carboxyl من السيستين لتشكيل فوسفات الأسيل وبالتالي يفضل التفاعل مع بقايا الجلايسين.

الجلوتاثيون المؤكسد (GSSG)

عندما يشارك الجلوتاثيون المختزل في تفاعلات تقليل الأكسدة ، فإن الشكل المؤكسد يتكون في الواقع من جزيئين جلوتاثيون مرتبطين معًا من خلال جسور ثاني كبريتيد ؛ ولهذا السبب يتم اختصار الشكل المؤكسد بالاختصار "GSSG".

يعتمد تكوين الأنواع المؤكسدة من الجلوتاثيون على إنزيم يعرف باسم الجلوتاثيون بيروكسيديز أو GSH بيروكسيديز ، وهو بيروكسيداز يحتوي على سيلينوسيستين (بقايا سيستين بدلاً من وجود ذرة كبريت بها ذرة سيلينيوم). نشيط.

يحدث التحويل البيني بين الأشكال المؤكسدة والمختصرة بفضل مشاركة اختزال GSSG أو اختزال الجلوتاثيون ، والذي يستخدم NAPDH لتحفيز تقليل GSSG في وجود الأكسجين ، مع ما يصاحب ذلك من تكوين بيروكسيد الهيدروجين.

فوائد تناوله

يمكن إعطاء الجلوتاثيون عن طريق الفم أو موضعياً أو عن طريق الوريد أو عن طريق الأنف أو البخاخات لزيادة تركيزه الجهازي في المرضى الذين يعانون من الإجهاد التأكسدي ، على سبيل المثال.

سرطان

تشير الأبحاث التي أجريت على تناول الجلوتاثيون عن طريق الفم إلى أن تناول الجلوتاثيون قد يقلل من مخاطر الإصابة بسرطان الفم ، وأنه عند تناوله بالاقتران مع العلاجات الكيميائية المؤكسدة ، فإنه يقلل من الآثار السلبية للعلاج في مرضى السرطان.

فيروس العوز المناعي البشري

بشكل عام ، يعاني المرضى المصابون بفيروس نقص المناعة المكتسب (HIV) من نقص الجلوتاثيون داخل الخلايا في كل من خلايا الدم الحمراء والخلايا التائية والخلايا الأحادية ، مما يحدد أدائها الصحيح.

في دراسة أجراها موريس وآخرون ، تبين أن توفير الجلوتاثيون للبلاعم من مرضى مصابين بفيروس نقص المناعة البشرية أدى إلى تحسن كبير في وظيفة هذه الخلايا ، خاصة ضد العدوى بمسببات الأمراض الانتهازية مثل المتفطرة السلية.

نشاط العضلات

دراسات أخرى لها علاقة بتحسين نشاط انقباض العضلات والدفاع المضاد للأكسدة والأضرار التأكسدية الناتجة عن الإصابة بنقص التروية / إعادة التروية بعد تناول GSH عن طريق الفم أثناء تدريب المقاومة البدنية.

أمراض الكبد

وقد اعتبر ، بدوره ، أن ابتلاعه أو إعطائه في الوريد لهما وظائف في الوقاية من تقدم بعض أنواع السرطان وتقليل الضرر الخلوي الذي يحدث نتيجة لبعض أمراض الكبد.

مضادات الأكسدة

على الرغم من عدم إجراء جميع الدراسات التي تم الإبلاغ عنها على مرضى بشريين ، ولكنها عادةً ما تكون اختبارات في نماذج حيوانية (الفئران عمومًا) ، فإن النتائج التي تم الحصول عليها في بعض التجارب السريرية تؤكد فعالية الجلوتاثيون الخارجي كمضاد للأكسدة.

لهذا السبب ، يتم استخدامه لعلاج إعتام عدسة العين والزرق ، كمنتج "مضاد للشيخوخة" ، لعلاج التهاب الكبد والعديد من أمراض القلب وفقدان الذاكرة وتقوية جهاز المناعة ، ول تنقية بعد التسمم بالمعادن الثقيلة والمخدرات.

"استيعاب"

لا يمكن للجلوتاثيون المعطى خارجيًا أن يدخل الخلايا ما لم يتم تحللها إلى الأحماض الأمينية المكونة لها. لذلك ، فإن التأثير المباشر لإعطاء هذا المركب (عن طريق الفم أو في الوريد) هو زيادة التركيز داخل الخلايا لـ GSH بفضل مساهمة الأحماض الأمينية اللازمة لتركيبها ، والتي يمكن نقلها بشكل فعال إلى العصارة الخلوية.

آثار جانبية

على الرغم من أن تناول الجلوتاثيون يعتبر "آمنًا" أو غير ضار ، إلا أنه لم يتم إجراء دراسات كافية حول آثاره الجانبية.

ومع ذلك ، من الدراسات القليلة التي تم الإبلاغ عنها ، من المعروف أنه يمكن أن يكون له آثار سلبية ناتجة عن التفاعل مع أدوية أخرى ويمكن أن يكون ضارًا بالصحة في السياقات الفسيولوجية المختلفة.

إذا تم تناوله على المدى الطويل ، فيبدو أنه يعمل على خفض مستويات الزنك بشكل مفرط ، بالإضافة إلى أنه إذا تم استنشاقه ، فقد يتسبب في نوبات ربو حادة لدى مرضى الربو.

المراجع

1. ألين ، ج. ، وبرادلي ، ر. (2011). آثار مكملات الجلوتاثيون عن طريق الفم على المؤشرات الحيوية للتوتر المؤكسد في البشر المتطوعين. مجلة الطب البديل والتكميلي ، 17 (9) ، 827-833.
2. كونكلين ، كا (2009). مضادات الأكسدة الغذائية أثناء العلاج الكيميائي للسرطان: التأثير على فعالية العلاج الكيميائي وتطور الآثار الجانبية. التغذية والسرطان ، 37 (1) ، 1-18.
3. مايستر ، أ. (1988). استقلاب الجلوتاثيون وتعديله الانتقائي. مجلة الكيمياء البيولوجية ، 263 (33) ، 17205-17208.
4. مايستر ، أ. ، أندرسون ، مي (1983). الجلوتاثيون. آن. القس بيوتشيم. ، 52 ، 711-760.
5. موريس ، د. ، جويرا ، سي ، خراساني ، إم ، جيلفورد ، إف ، آند سافيولا ، ب. (2013). مكملات الجلوتاثيون تحسن وظائف البلاعم في فيروس نقص المناعة البشرية. مجلة أبحاث الإنترفيرون والسيتوكين ، 11.
6. موراي ر. ، بندر ، د. ، بوثام ، ك. ، كينيلي ، ب. ، رودويل ، ف ، وويل ، ب. (2009). هاربر للكيمياء الحيوية المصورة (الطبعة 28). ماكجرو هيل الطبية.
7. نيلسون ، DL ، & Cox ، MM (2009). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية. إصدارات أوميغا (الطبعة الخامسة).
8. Noctor، G.، Mhamdi، A.، Chaouch، S.، Han، YI، Neukermans، J.، Marquez-garcia، B.،… Foyer، CH (2012). الجلوتاثيون في النباتات: نظرة عامة متكاملة. النبات والخلية والبيئة ، 35 ، 454-484.
9. بيتزورنو ، ج. (2014). الجلوتاثيون! الطب الاستقصائي ، 13 (1) ، 8-12.
10. Qanungo، S.، Starke، DW، Pai، H. V، Mieyal، JJ، & Nieminen، A. (2007). مكملات الجلوتاثيون تقوي موت الخلايا المبرمج ناقص التأكسج عن طريق S-Glutathionylation من p65-NFkB. مجلة الكيمياء البيولوجية ، 282 (25) ، 18427-18436.
11. Ramires، PR، & Ji، LL (2001). تزيد مكملات الجلوتاثيون والتدريب من مقاومة عضلة القلب لنقص التروية وضخه في الجسم الحي. آن. J. Physiol. سيرك القلب. فيسيول. ، 281 ، 679-688.
12. سيس ، هـ. (2000). الجلوتاثيون ودوره في الوظائف الخلوية. علم الأحياء الراديكالي المجاني والطب ، 27 (99) ، 916-921.
13. وو ، جي ، فانغ ، واي ، يانغ ، إس ، لوبتون ، جي آر ، وتورنر ، إن دي (2004). استقلاب الجلوتاثيون وانعكاساته على الصحة. الجمعية الأمريكية لعلوم التغذية ، 489-492.