Oksüdeeritud vormi saab muundada tagasi GSH-ks glutatiooni reduktaasi abil, kasutades NADPH-d elektroni doonorina.[3] Raku oksüdatiivse stressi taset on võimalik kindlaks teha raku glutatiooni ja glutatioondisulfiidi suhte abil.[4]
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.
Gammapeptiidside L-glutamaadi ja tsüsteiini vahel moodustub glutamaadi-tsüsteiini ligaasi (GCL) abil. See on glutatiooni sünteesis kiirust limiteerivaks etapiks.[7]
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.[8] Modulatoorse allüksuse puudumine ei avaldu fenotüübis märkimisväärselt, ilma selleta on hiire GSH tase madalam ja loom on mürkidele tundlikum.[9][10][11]
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.[12]
Taimne glutamaadi-tsüsteiini ligaas on redoks-tundlik homodimeerne ensüüm, mis on säilinud taimedel.[13] 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.[14]
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).[15]
Glutatiooni saab GSSG-st taastekitada glutatiooni reduktaasi abil.[3] 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.[16]
Glutatioonil on organismides palju funktsioone:
Glutatioon on peamine endogeenne antioksüdant, mida toodab rakk ise. See osaleb vabade radikaalide ja reaktiivsete hapnikuühendite neutraliseerimises. Samuti säilitab see eksogeenseid antioksüdante, nagu C- ja E-vitamiinid, nende redutseeritud (aktiivsetes) vormides.[17][18]
Reguleerib elutähtsat lämmastikoksiidi tsüklit, mis on väga reaktiivne ja suures koguses rakule ohtlik ühend.[19]
Glutatioonil on tähtis funktsioon pärmirakkude raua metabolismis.[20]
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.[25]
Tsüstiline fibroos ehk mukovistsidoos (viskoos-limatõbi) on teatud loomadel (sh inimestel) esinev autosomaalne retsessiivne haigus, mille puhul on kahjustatud peamiselt hingamis- ja/või seedesüsteemiepiteelirakud, nendega seotud geenid, retseptorid, rakutuumatranskriptsioonifaktorite metabolism ning selle kaudu organismi toimimine.[27][28] 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.[29]
Kasutusalad
Kosmeetika
Glutatioon on antioksüdant, mis hoiab ära naha oksüdatiivseid kahjustusi.[30] Lisaks paljudele bioloogilistele funktsioonidele on glutatiooni seostatud naha heledamaks muutmisega.[31] See, et glutatioon teeb naha heledamaks, avastati kõrvaltoimena aine suurte koguste manustamisel.[32] Glutatioon inhibeerib melaniini sünteesi sellega, et vähendab L-DOPA mõju türosinaasile.[33] Uurimused on näidanud, et glutatioon inhibeerib nii melaniini tootmist kui ka aglutinatsiooni.[33] On leitud, et glutatioon inhibeerib melaniini sünteesi türosinaasi vaseiooniga aktiivtsentris.[34] Glutatiooni antioksüdantsed omadused kaitsevad nahka UV-kiirguse ja ka teiste keskkonnast või sisemistest stressoritest tulenevate vabade radikaalide eest, mis kahjustavad nahka ja tekitavad hüperpigmentatsiooni.[35] Enamikul imetajatel esineb melaniin kehas eumelaniinina (pruunikas või must pigment) ja feomelaniinina (kollakas või punane pigment), mis võivad esineda ka koos või kopolümeerina.[36] Suurenenud glutatiooni hulk võib pigmendirakus soodustada eumelaniini asemel feomelaniini tootmist.[37] Uurimuse läbiviija Te-Sheng Chang leidis, et redutseeritud glutatiooni madal tase rakus on seotud eumelaniinse pigmentatsiooniga, aga kõrge tase feomelaniinse pigmentatsiooniga.[38] Seetõttu arvatakse, et glutatiooni vähene hulk võib soodustada naha tumedamat pigmentatsiooni.
↑Dietzen, D. J. (2018). "13 - Amino Acids, Peptides, and Proteins". Rifai, N., Wittwer, C. T., Horvath, A. R. (toim). Principles and Applications of Molecular Diagnostics. Amsterdam, Oxford, Cambridge: Elsevier. Lk 345–380.{{raamatuviide}}: CS1 hooldus: mitu nime: toimetajate loend (link)
↑ 3,03,1Couto, Narciso; Malys, Naglis; Gaskell, Simon; Barber, Jill (2013). "Partition and Turnover of Glutathione Reductase from Saccharomyces cerevisiae: a Proteomic Approach". Journal of Proteome Research. 12 (6): 2885–94. DOI:10.1021/pr4001948. PMID23631642.
↑Pastore, Anna; Piemonte, Fiorella; Locatelli, Mattia; Lo Russo, Anna Lo; Gaeta, Laura Maria; Tozzi, Giulia; Federici, Giorgio (2003). "Determination of blood total, reduced, and oxidized glutathione in pediatric subjects". Clinical Chemistry. 47 (8): 1467–9. PMID11468240.
↑White, C. C.; Viernes, H.; Krejsa, C. M.; Botta, D.; Kavanagh, T. J. (2003). "Fluorescence-based microtiter plate assay for glutamate–cysteine ligase activity". Analytical Biochemistry. 318 (2): 175–180. DOI:10.1016/S0003-2697(03)00143-X. PMID12814619.
↑Dalton, T; Dieter, MZ; Yang, Y; Shertzer, HG; Nebert, DW (2000). "Knockout of the Mouse Glutamate Cysteine Ligase Catalytic Subunit (Gclc) Gene: Embryonic Lethal When Homozygous, and Proposed Model for Moderate Glutathione Deficiency When Heterozygous". Biochemical and Biophysical Research Communications. 279 (2): 324–9. DOI:10.1006/bbrc.2000.3930. PMID11118286.
↑Yang, Y.; Dieter, MZ; Chen, Y; Shertzer, HG; Nebert, DW; Dalton, TP (2002). "Initial characterization of the glutamate-cysteine ligase modifier subunit Gclm(-/-) knockout mouse. Novel model system for a severely compromised oxidative stress response". Journal of Biological Chemistry. 277 (51): 49446–52. DOI:10.1074/jbc.M209372200. PMID12384496.
↑Giordano, G; Afsharinejad, Z; Guizzetti, M; Vitalone, A; Kavanagh, T; Costa, L (2007). "Organophosphorus insecticides chlorpyrifos and diazinon and oxidative stress in neuronal cells in a genetic model of glutathione deficiency". Toxicology and Applied Pharmacology. 219 (2–3): 181–9. DOI:10.1016/j.taap.2006.09.016. PMID17084875.
↑McConnachie, L. A.; Mohar, I.; Hudson, F. N.; Ware, C. B.; Ladiges, W. C.; Fernandez, C.; Chatterton-Kirchmeier, S.; White, C. C.; Pierce, R. H.; Kavanagh, T. J. (2007). "Glutamate Cysteine Ligase Modifier Subunit Deficiency and Gender as Determinants of Acetaminophen-Induced Hepatotoxicity in Mice". Toxicological Sciences. 99 (2): 628–36. DOI:10.1093/toxsci/kfm165. PMID17584759.
↑Chen, Ying; Yang, Yi; Miller, Marian L.; Shen, Dongxiao; Shertzer, Howard G.; Stringer, Keith F.; Wang, Bin; Schneider, Scott N.; Nebert, Daniel W.; Dalton, Timothy P. (2007). "Hepatocyte-specificGclcdeletion leads to rapid onset of steatosis with mitochondrial injury and liver failure". Hepatology. 45 (5): 1118–28. DOI:10.1002/hep.21635. PMID17464988.
↑Hothorn, M.; Wachter, A; Gromes, R; Stuwe, T; Rausch, T; Scheffzek, K (2006). "Structural Basis for the Redox Control of Plant Glutamate Cysteine Ligase". Journal of Biological Chemistry. 281 (37): 27557–65. DOI:10.1074/jbc.M602770200. PMID16766527.
↑Pasternak, Maciej; Lim, Benson; Wirtz, Markus; Hell, RüDiger; Cobbett, Christopher S.; Meyer, Andreas J. (2007). "Restricting glutathione biosynthesis to the cytosol is sufficient for normal plant development". The Plant Journal. 53 (6): 999–1012. DOI:10.1111/j.1365-313X.2007.03389.x. PMID18088327.
↑Halprin, Kenneth (1967). "The Measurement of Glutathione in Human Epidermis using Glutathione Reductase". Journal of Investigative Dermatology. 48 (2): 149. DOI:10.1038/jid.1967.24.
↑Scholz, RW. Graham KS. Gumpricht E. Reddy CC. (1989). "Mechanism of interaction of vitamin E and glutathione in the protection against membrane lipid peroxidation". Ann NY Acad Sci. 570: 514–7. DOI:10.1111/j.1749-6632.1989.tb14973.x.
↑Hughes, RE (1964). "Reduction of dehydroascorbic acid by animal tissues". Nature. 203 (4949): 1068–9. DOI:10.1038/2031068a0.
↑Kumar, Chitranshu; et al. (2011). "Glutathione revisited: a vital function in iron metabolism and ancillary role in thiol-redox control". The EMBO Journal. 30: 2044–2056. DOI:10.1038/emboj.2011.105. {{cite journal}}: et al.-i üleliigne kasutus kohas: |last2= (juhend)
↑Noctor, Graham; Foyer, Christine H. (1998). "ASCORBATE AND GLUTATHIONE: Keeping Active Oxygen Under Control". Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. 49 (1): 249–279. DOI:10.1146/annurev.arplant.49.1.249. PMID15012235.
↑Rouhier, Nicolas; Lemaire, StéPhane D.; Jacquot, Jean-Pierre (2008). "The Role of Glutathione in Photosynthetic Organisms: Emerging Functions for Glutaredoxins and Glutathionylation". Annual Review of Plant Biology. 59 (1): 143–66. DOI:10.1146/annurev.arplant.59.032607.092811. PMID18444899.
↑Balendiran, Ganesaratnam K.; Dabur, Rajesh; Fraser, Deborah (2004). "The role of glutathione in cancer". Cell Biochemistry and Function. 22 (6): 343–52. DOI:10.1002/cbf.1149. PMID15386533.
↑Visca A, Bishop CT, Hilton SC, Hudson VM. Improvement in clinical markers in CF patients using a reduced glutathione regimen: an uncontrolled, observational study. J Cyst Fibros 2008, Bishop C, Hudson VM, Hilton SC, Wilde C. A pilot study of the effect of inhaled buffered reduced glutathione on the clinical status of patients with cystic fibrosis. Chest 2005; 127:308–317
↑Prasad, Sahdeo; Srivastava, Smita; Singh, Madhulika; Shukla, Yogeshwer (2009). "Clastogenic Effects of Glyphosate in Bone Marrow Cells of Swiss Albino Mice". Journal of Toxicology. 2009: 1. DOI:10.1155/2009/308985.
↑ 33,033,1Matsuki, M; Watanabe, T; Ogasawara, A; Mikami, T; Matsumoto, T (2008). "Inhibitory mechanism of melanin synthesis by glutathione". Yakugaku zasshi : Journal of the Pharmaceutical Society of Japan. 128 (8): 1203–7. DOI:10.1248/yakushi.128.1203. PMID18670186.
↑Scott, D. M.; Mazurkiewicz, M; Leeman, P (1976). "The long-term monitoring of ventilation rhythms of the polychaetous annelid Nereis virens sars". Comparative biochemistry and physiology. A, Comparative physiology. 53 (1): 65–8. DOI:10.1016/s0300-9629(76)80012-6. PMID187.
↑Shindo, Y; Hashimoto, T (1995). "Antioxidant defence mechanism of the skin against UV irradiation: Study of the role of catalase using acatalasaemia fibroblasts". Archives of dermatological research. 287 (8): 747–53. PMID8554387.
↑Ito, S (1993). "High-performance liquid chromatography (HPLC) analysis of eu- and pheomelanin in melanogenesis control". The Journal of investigative dermatology. 100 (2 Suppl): 166S–171S. DOI:10.1038/jid.1993.71. PMID8433004.
↑Jara, J. R.; Aroca, P; Solano, F; Martinez, J. H.; Lozano, J. A. (1988). "The role of sulfhydryl compounds in mammalian melanogenesis: The effect of cysteine and glutathione upon tyrosinase and the intermediates of the pathway". Biochimica et Biophysica Acta. 967 (2): 296–303. DOI:10.1016/0304-4165(88)90023-2. PMID2903772.