CC BY
24
УДК 577.15
*Макух С.М ., , к.б.н., доцент, 2Ол1ярник О.Д., к.б.н., науковий ствроб^ник, 'Вигнан Д.С., к.б.н., доцент, 'Красневич А.Я ., к.б.н., доцент ©
1Льв1вський нацюнальний утверситет ветеринарног медицины та бютехнологт ¡мет С.З.Гжицького, м. Льеге, Украгна 21нститут клгтчног / експериментальног медицини, м.Прага, Чеська Республгка
ВЛАСТИВОСТ1 ТА ФУНКЦШ ГЛЮТАТ1ОНУ
В оглядг узагальнено лтературт дат про фгзико-хгмгчт еластиеост1 та окрем1 функцп глютатюну, його роль у метабол1зм1.
Ключовi слова: вгдновлений глютатюн, окиснений глютат1он, у-глютамыьний цикл, оксидативний стрес, головний мозок
Вступ. Вперше, у 1888 р., з дрiжджiв видшено Ырковмшну речовину i названо "фшотюн" (1), i як це бувае у науцi, у 1921 р. вона була повторно вщкрита, але вже очищена до крист^чного стану i названа "глютатюном" (2). Ця назва збереглася i використовуеться в наш час. Будова глютатюну остаточно встановлена у 1929 рощ, а у 1935 - тдтверджена синтезом (1).
З часу вщкриття глютатюну минае 120 роюв. Не зважаючи на такий вш, ця невелика молекула i д^ в центрi уваги багатьох дослщниюв: бiохiмiкiв, фармакологiв, мiкробiологiв та вчених iнших галузей. Глютатiон вважають одним з найпотужшших природних антиоксидантiв, важливим елементом клiтинного захисту. Досягнення двох останшх десятилiть у вивченнi його медичних i клiнiчних аспектiв прирiвнюють до справжньо! «глютатюново! революци» (3).
В даному оглядi стисло описан фiзико-хiмiчнi властивостi, деякi функцп глютатюну та його роль у метаболiзмi.
Будова, властивость Глютатiон являе собою трипептид - у-глютамшцистешшглщин. 1снуе у двох формах: вiдновленiй, з вшьною сульфпдрильною групою - GSH i окисненiй (дисульфiднiй) GSSG. Наявшсть гамма-глютамiльного зв'язку захищае його вщ дп внутрiшньоклiтинних ензимiв дипептидаз.
GSH (м.м. 306,3) бiла кристалiчна речовина (розкладаеться при 1950С), добре розчиняеться у водi, розведеному спиртi, водному розчиш амонiаку i диметилформамiдi. Оптично активний, кут повертання складае [а]25 = - 18,90. Окиснений глютaтiон (GSSG м.м. 612,6), розчинний у вод^ [а]20 = - 1080, розкладаеться при 178 - 1820 С. Вiдновлений глютaтiон мiстить двi
© Макух е.М., Ол1ярник О.Д., Вигнан Д.С., 1Красневич А.Я., 2008
137
карбоксильш i одну амшогрупу з рКа Glu-a-NH3+ - 9,5; SH - 9,2; Gly - COOH -3,7; i Glu-a-COOH- 2,5. Для окиснено1 форми рКа становить Glu-a-a1- (NH3)2-8,9-9,6; Gly - COOH - 3,4; Glu - a - COOH - 2,6. Pi3Hi значення константи дисощаци NH3+ групи можуть вщображати конформацiйнi iзомернi змiни( 3 ).
GSH утворюе комплекси з деякими йонами мет^в, такими як Zn2+, Ag+ Hg2+, а йон Cu2+ каталiзуe окиснення сульфгiдрильноï групи глютатюну до дисульфiдноï, як у випадку тiолiв:
2 RS - + 2 Си (II) ^ RSSR + 2 Cu (I)
Для GSH в метаболiчних процесах характерш три типи окисно-вiдновних реакцш.
Перший тип - одноелектроннi реакци, включають реакцiï вiльнх радикалiв з GSH i утворенням тиiльного (GS*) вiльного радикалу, який димеризуеться до GSSG. Вшьш радикали виникають внаслщок iонiзуючоï радiацiï через взаемодiю оксигену з певними бiохiмiчними iнтермедiатами, а також через iншi бiологiчнi i небюлопчш реакцiï. GS* радикал стабшьний i життездатний доти, поки не провзаемодiе з iншим радикалом, що веде до утворення дисульфiдноï форми глютатюну. GSH + R* ^ RH + GS*; GS • GS • ^ GSSG.
Другий тип окисно-вщновних реакцiй - це реакци тюл-дисульфщного обмiну. Такi реакци е важливими для процесiв рефолдингу бшюв з утворенням множинних дисульфщних зв'язкiв. Вони ведуть до появи змшаних дисульфiдних форм GSS - бшок i можуть бути важливим механiзмом бiологiчного контролю, впливаючи на рiвень i спiввiдношення SH/SS реактивних груп у бiлках та ензимах
Третш тип - двоелектронне окиснення через утворення промiжноï сполуки, що супроводжуеться перемiщенням вiдповiдних груп тюл-аншоном(З).
Статус i б1олог1чна роль глютатюну. Глютатюн - широко розповсюдженний пептид, виявлений у багатьох видiв бактерш, рослин та ссавцiв (3-6). Синтезуеться у вах органах, а особливо штенсивно - у печiнцi,де рiвень внутрiшньоклiтинного вiдновленого глютатiону е значно вищим, нiж у сироватцi, плазмi або сечi. Вмiст його переважае рiвень цисте1'ну i окисненно1' його форми - цистину. Вiн е також формою збереження цисте1'ну(7). В кл^иш загальний глютатiон може бути як у вшьному станi, так i зв'язаний з бшками. Вшьний глютатiон в органiзмi представленний головним чином вщновленною формою, яка легко окиснюеться пiд впливом рiзноманiтних чинниюв, зокрема оксидативного стресу, йонiв важких металiв та iн. Пiд дiею глютатiонредуктази (ГлР) окиснений глютатiон перетворюеться до вщновленною' форми з вшьною сульфгiдрильною групою .
Окисно-вiдновний стан кл^ини значною мiрою залежить вщ спiввiдношення вiдновленоï i окисненноï форм глютатюну, тобто GSH / GSSG. В нормальних умовах рiвень окисно-вiдновноï пари глютатiону в клiтинах ссавщв коливаеться в межах вiд 1 до 10 мМ, зi значною перевагою вiдновленноï форми (90-97%) у рiзних тканинах органiзму. У кл^иш, яка перебувае в станi
138
спокою, це стввщношення перевищуе 100, тодi як оксидативний стрес знижуе його до 10 i HaBiTb 1(8). PÎ3HOMaHÎTHÎ патолопчш стани opraHi3My також супроводжуються його зменшенням.
Взаeмодiя глютатюну з бшками веде до утворення так званих „глютатюнових бшюв". Дослщження останшх рокiв пiдтверджують фундаментальну роль глютатюшзацп " при деяких патолопчних процесах (911). Серед „S-глютатюнових" бiлкiв, визначення вмiсту глютатюнш-гемоглобiну як клiнiчного маркера у кровi людини, може мати важливе значення для характеристики негативного впливу оксидативного стресу(12,13).
Для глютатюну характерш двi структурш особливостi: наявнiсть у-глютамшьного зв'язку i вiльноï сульфгiдрильноï групи, як полегшують його участь у численних метаболiчних процесах. Глютатiон бере участь у реакщях трансгiдрогенiзацiï, що дозволяе перетворювати S - S - зв'язки у SH- групи шших сполук, таких як коензим ацетилювання (KoA SH), ензимiв, бшюв у вщновленому станi, а також забезпечуе переб^ вiдновлюючих реакцiй, бере участь у бюсиш^ дезоксирибонуклеотидiв, перетворенш дегiдроаскорбiновоï кислоти до аскорбiновоï.
Глютатюн ввдграе важливу роль в детоксикаци не тiльки неорганiчних пероксидiв, таких як H2O2, а й оргашчних, зокрема - пероксидiв, ненасичених жирних кислот, а також вiльних радикалiв i численних ксенобiотикiв, якi взаемодшчи з його вiдновленою формою, в кшцевому результатi утворюють менш токсичш продукти, що виводяться з сечею, або утворюють меркаптуровi кислоти. Аналопчно, похiднi глютатiону(7), утворюючи кон'югати з ендогенними метаболiтами, беруть участь у метаболiзмi лейкотрiенiв, простагландинiв, стероïдiв i мелашшв. Встановлено, що у-глютамiльний залишок глютатiону бере участь у транспорт цистину, та iнших нейтральних амшокислот, а також пептидiв, амiнiв через цитоплазматичну мембрану (7).
Синтез i розпад глютатiону забезпечуеться реакцiями у-глютамшьного циклу (мал.1), його обмiн також тюно пов'язаний з iншими метаболiчними i фiзiологiчними функцiями. Глютатiон мае значний вплив на функцюнування центральное' нервовох' системи. Значна кiлькiсть пащенив з дефектом у-глютамiльного циклу, поряд з шшими проявами порушень центральноï нервовоï системи, е розумово вщсталими (7).
Глютатiон не тшьки захищае клiтиннi мембрани вiд оксидативного пошкодження, але також пiдтримуе сульфгщрильш групи багатьох бiлкiв у вщновленш формi, що небхiдне для ix нормального функцiонування . Незворотне пошкодження клiтин можливе при умовi, якщо вони не здатнi тривалий час тдтримувати певний рiвнень вiдновленого глютатюну(8).
Таким чином, визначення вмiсту двох форм глютатюну-вщновленного i окисненого в бюлопчних об'ектах е важливим фактором для розумшня ïx гомеостазу в нормi i патологи.
Б1о\1м1я глютатюну. Рiвень внутрiшньоклiтинного вiдновленого глютатiону у кл^инах коливаеться в межах 0,5-10 мМ, тодi як в плазмi кровi вмiст його значно нижчий i вимiрюеться в мiкромолярниx величинах. Невелика
139
кшькють вщновленого глютатюну (10-15 %), лок^зована в мiтохондрiях, причому в концентраций як i у цитоплазмi клiтини (15). Оскшьки у мiтохондрiях вiдсутнi ензими синтезу глютатюну, його рiвень у цих органелах очевидно пщтримуеться поглинанням його з цитоплазми клiтини, або за допомогою спецiальних переносникiв .
Так у мiтохондрiях печiнки пацюка наявнi принаймнi двi транспортнi системи - одна з високою спорщнешстю до АТФ (Кт 60 мкМ) i друга - з низькою спорiдненiстю ( Кт -5,4 мМ), що стимулюеться як АТФ, так i АДФ (16).
Подальшими дослiдженнями встановлено, що дикарбоксилат i 2-оксоглутарат можуть виконувати роль не тшьки носив GSH через мiтохондрiальнi мембрани, а й брати участь у його мiжорганному обмш (17). Найважлившими органами, якi включенi в мiжорганну циркуляцiю GSH, е печiнка i нирки, хоча селезiнка, кришталик, еритроцити i лейкоцити також беруть участь у цьому процесi.
Синтез глютатюну в кл^инах проходить при послщовнш ди у-глютамшцистешсинтази (ГЦС) (КФ 6.3.2.2) i глютатiонсинтази (ГлС) (КФ 6.3.2.2 ) у у- глютамшьному ци^ ( мал. 1. ( 18, 19, 20 ).
йнсоон
1ЧН3
Амшокислога (поза клптиною)
Носш —
/-Г лю тамш-ямшп-кислптч
^О-МНС НС О -РГНС К, С О О н
н2нснсо-гтсн, соон
Цист ейпл-г лщин
ч
1&нсоон гш3
Амшокислота (в кжтит)
V
Н2МОНгСООИ
¡ Т1Т1ИН
АДФ+Фн
СН^БН
н2ж;нсоон
Цистет
СН^ЯН СО—ТТНСНС ООН
'У^Ц^ 3 у- I ЛНП1М1Л I [ИГ ! Г1Н
СНГШ5 СООН
■ АДФ+Фн
5-Оксопролш
АТФ АДФ + Фн
СООН
Глютамшова кислота
Мал.1. Схема гамма-глютамiльного циклу. 1. - гамма-глютамштрансфераза; 2. - гамма глютамшциклотрансфераза; 3. 5-оксопролiназа; 4. гамма-глютамшцистешсинтаза; 5-глютатiонсинтаза; 6 - пептидаза.
140
ГЦС( КФ 6.3.2.2. L-глютамат: L-цистеiнiллiгаза ) е лiмiтуючим ензимом, ïï актившсть регулюеться за принципом зворотного зв'язку фiзiологiчною концентрацiею GSH. Ензим е гетеродимерним бшком i складаеться з двох субодиниць (СО) - каталiтичноï ( важка СО з мМ 73 кДа ) i регуляторноï (легка СО з мМ 30 кДа ). Важка СО ГЦС вщповщае за каталiтичну активнiсть, тодi як легка СО модулюе Km ензиму до глютатюну i е чутливою до зворотнього iнгiбування глютатiоном. Взаемодiя мiж двома СО веде до утворення дисульфщного зв'язку, вiдновлення якого е одним з багатьох меxанiзмiв регуляцп окисно-вiдновленого статусу клiтини. Обч^ СО iндукуються такими прооксидантами, як трет-бутил, гщрохшон i ß-нафтофлавон.
Друга реакщя - приеднання глiцину до дипептиду у-глютамiлцистеïну, каталiзуеться глютатiонсинтазою (КФ 6.3.2.3. L-глютaмiл-L-цистеïнiл-глiцин-лiгаза) i не тддаеться iнгiбуванню кiнцевим продуктом реакцп, тобто GSH, але залежить вщ тканинно-специфiчноï експреси генiв, високий рiвень якого характерний для нирок.
Недавно показано, що мишi виведенi з повною мутацiею в синтезi важкоï СО у-глютамiлцистеiнсинтази, з вираженою летальнiстю в ембрiональному сташ, нездатнi до гаструляцп, а це доказуе, що глютатюн на раншх стадiяx розвитку органiзму е конче необхщний (21).
Активнiсть у - глютамшцистешсинтази в органiзмi гальмуеться специфiчним iнгiбiтором - бутiонiнсульфоксiмiном (22), який також пригшчуе активнiсть i глютамшсинтази (23, 24). Але бутiонiнсульфоксiмiн гальмуе тiльки синтез глютатiону. а а-етилметюншсульфокамш е специфiчним уповiльнювaчем глютамiнсинтази i не впливае на актившсть ензиму у-глютамшцистешсинтази (25).
Транспорт глютатюну забезпечуеться у-глютaмiлтрaнсферaзою, яка локaлiзовaнa в певних мшцях зовнiшньоï поверxнi цитоплaзмaтичноï мембрани.
Ензим кaтaлiзуе утворення у-глютамшамшокислот i цистеïнiл- глiцину, який тд дiею дипептидази розпадаеться до амшокислот - цисте1ну i глiцину. у-глютaмiлaмiнокислоти, якi утворюються в трансферазних реакщях е субстратами для шшого внутршньокл^инного ензиму, у-глютaмiлциклотрaнсферaзи. Остання перетворюе ix у вщповщш вшьш aмiнокислоти i 5-оксопролiн та глютамат. При pH близькому до нейтрального, реакщя змщена в сторону ци^заци, тобто, утворення 5 - оксопролiну, а процеси дециклiзaцiï е АТФ - залежними (26,27). у-глютaмiлтрaнсферaзa локaлiзовaнa в епiтелiï тканин, що штенсивно включенi в транспорт aмiнокислот, наприклад, нефрон, сонячне сплетiння, кишкiвник, цилiaрне тiло (28). Ензим розмiщений на зовшшнш поверxнi клiтинноï мембрани, тодi як глютaтiон мiститься перевежно у кл^иш (29). Виходячи з цього, можна припустити, що транспорт глютатюну е окремою функщею у-глютaмiльного циклу, який забезпечуе пiдтримaння певного рiвня тiолiв не тiльки всерединi кл^ини, але i позaклiтинному просторi. При гальмуванш aктивностi клiтинноï трансферази, рiвень плазматичного глютaтiону вiдповiдно зростае. Бшышсть глютaтiону плазми постачаеться печiнкою, яка екскретуе певну його кiлькiсть у
141
жовч. Глютатюн перемщуетья iз плазми тд дiею трансферази, ензимом, яким багат нирки. Вони використовують глютатюн, який транспортуетья з ниркових клiтин (так званий внутршньоорганний цикл) як i глютатюн плазми. Транспорт глютатюну з ниркових кл^ин до ниркових канальщв у пацююв складае близько 80% юлькост глютaтiону ниркових кaнaльцiв, а залишок проходить через гломелулярну фiльтрaцiю (30).
Введення шпб^ора синтезу глютaтiону бутiонiнсульфоксiмiну знижуе його рiвень не тшьки в тканинах, але i у плaзмi кровi. Швидке зниження вмюту вiдновленого глютaтiону в печiнцi i нирках тсля введення iнгiбiторiв синтезу вщображае швидкий оборот глютaтiону в цих тканинах, обумовленний тим, що значна частина його виводиться. Коли рiвень глютатюну досягае 15-20% почaтковоï величини, екскрещя його суттево падае i вщновлюеться з нормaлiзaцiею синтезу.Вивчення aктивностi окремих ензимiв у-глютaмiльного циклу, показуе, що реакщя, яку кaтaлiзуе 5 - оксопролшаза, може бути найповшьшшою, а, отже, лiмiтуючою у у-глютамшьному циклi. Ензим пiдтримуе вщносно стiйкий рiвень 5-оксопролiну у тканинах ссавщв (31-33).
Нaвiть повне блокування aктивностi 5-оксопролiнaзи не зупиняе функцюнування у-глютaмiльного циклу, оскiльки глютамат може утворюватися шшими метaболiчними шляхами, зокрема при гiдролiзi глютaмiну, в реакщях трaнсaмiнувaння, або при вiдновлюючому aмiнувaннi a-кетоглютaровоï кислоти. Застосування селективних iнгiбiторiв aктивностi ензимiв синтезу глютaтiону та у-глютамшьного циклу, дае можливiсть моделювання метaболiзму глютaтiону (34,35). Його вмют у тканинах зростае при вживанш L-2-оксотiaзолiдин-4-кaрбоксилaту, котрий е добрим субстратом 5-оксопролiнaзи, а в кл^иш перетворюеться до цисте1ну, останнш необxiдний для бiосинтезу глютaтiону (36,37). Використання у-глютaмiлцистеïну (i подiбниx компонент ) веде до зростання рiвня глютaтiону у нирках (38).
Слщ зауважити, що збiльшення вмiсту глютатюну у кл^инах пiдвищуе ïx стшкють до окремих протипухлинних препaрaтiв, рaдiaцiï i оксидативних впливiв. З шшого боку, терaпевтичнi препарати, що знижують рiвень клiтинного глютaтiону, пiдвищують чутливють клiтин до певних медичних зaсобiв, рaдiaцiï та активних форм кисню.
Цжаво, що окремi пуxлиннi кл^ини, якi стiйкi до рaдiaцiï i деяких антиканцерогенних препaрaтiв, мають бшьш високий рiвень глютaтiону. Обробка кл^ин бутiонiнсульфоксiмiном (iнгiбiтор синтезу глютaтiону) знижуе вмют клiтинного глютaтiону i ïx стшюсть до д^ кaнцерогенiв i рaдiaцiï. Очевидно, що змiни в метaболiзмi глютатону можуть викликати селективне послаблення захисту клiтин i вреши ïx загибель (35,39).
ФункцГ1 глютатюну. Бюлопчна роль глютaтiону - багатогранна. Вш причетний до багатьох кл^инних функцiй таких як: транспорт амшокислот через цитоплазматичш мембрани, участь у синтезi бiлкiв i нуклеïновиx кислот, пщтриманш ензимiв в aктивнiй форм^ регуляц^ aктивностi ензимiв пентозофосфатного шляху, захиси проти рaдiоaктивного пошкодження вщ септичного i кaрдiологiчного шоку, ди ендотоксинiв.
142
Глютатюн бере участь у трансгщрогеназних реакщях, що дае змогу тдтримувати сульфгщрильш групи багатьох метаболтв (. КоА, ензимiв, бiлкiв). Це забезпечуе вiдновлюючу здатшсть для декiлькох надзвичайно важливих реакцш i вiдiграе iстотну роль в знешкодженш токсичних для клiтин неоргашчних та органiчних пероксидiв i вшьних радикалiв.
Крiм того, GSH бере участь у детоксикаци рiзноманiтних ксенобютиюв, якi утворюють з глютатiоном кон'югати i в кiнцевому результатi виводяться з оргашзму з сечею, або у виглядi меркаптурових кислот (40). Антиоксидантш функци глютатiону головним чином залежать вiд його ролi як компонента ензиматично! системи, глютатiонпероксидази (ГлП) i глютатiонредуктази (ГлР), якi захищають клiтину вiд активних форм кисню. ГлП каталiзуе перетворення токсичного для оргашзму пероксиду водню (утворюеться в реакцп, яку каталiзуе супероксиддисмутаза (СОД), дисмутащею супероксидного анiону ( О2-), до води за рахунок GSH який окиснюеться у дисульфiдну форму. ГлР у своему складi мютить ФАД, а як кофермент використовуе вщновлену форму НАДФ, для перетворення одше! молекули окиснено! форми глютатюну до двох вщновленних. Вiдновленний глютатюн забезпечуе „першу" лшш захисту кл^ин проти активних форм кисню (АФК) знешкоджуючи вiльнi радикали i пероксид водню.
Особливо чутливим i вразливим до АФК е мозок, оскшьки вш багатий ненасиченими жирними кислотами, яю е субстратами для процеав лiпопероксидацi з низькою актившстю антиоксидантних ферментiв: СОД, каталази i ГлП, порiвняно з !х активнiстю у нирках i печiнцi. Не зважаючи на це, вш здатний до функцiонування протягом тривалого часу, що свiдчить про ефективну антиоксидантну систему цього органу. Встановлено,що захист нейрошв проти токсично1 ди Н2О2 головним чином зумовлений глютатiоновою антиоксидантною системою, яка також ввдграе важливу роль у розвитку окремих нейродегенеративних захворювань, зокрема, прiонових (51,52).
Глютатюн-залежш ензими забезпечують "другу" лiнiю захисту, як основш GSH-детоксикацiйнi системи проти токсичних продукив, генерованих АФК, а також запоб^ають розповсюдженню вiльних радикалiв. Багато глютатiонзалежних бiлкiв координують свш вплив через чутливi антиоксидантнi елементи у вщповщь на дiю оксидативного стресу, тобто вони функцiонують у комплекс з iншими захисними системами глютатюну.
Глютатюн^-трансфераза, iндукуеться декiлькома прооксидантами, зокрема i антиоксидантними сенсорними елементами (40). Ензим каталiзуе утворення кон'югаив з GSH (незворотнi втрати) багатьох токсичних метаболтв, яю утворюються в органiзмi пiд час оксидативного стресу.
Вважають, що експреая гену/генiв цього ензиму регулюеться окисно-вiдновним статусом кл^ини (41), метаболiти якого, очевидно, являють собою сенсор/сенсори здатш передавати щ змiни на механiзми апоптозу кл^ини, модуляцiею стресу, або кшазним шляхом (42).
143
Отже, для тдтримання постшного рiвня внутршньокл^инного глютатюну, використаний в метaболiчниx процесах глютатюн повинен бути знову ресинтезований з вихщних компоненив - амшокислот.
Вважають, що акумулящя глютатюну в кл^иш забезпечуе регуляцiю функцп бiлкiв за допомогою так званого мехашзму -„глютатюшзаци ", тобто тiоловi групи бшюв зворотно взаемодшть з вiдновленим глютатюном. S-глютaтiонiзaцiя забезпечуе стaбiлiзaцiю внутршньокл^инних бiлкiв, захищаючи проти окиснення важливий залишок цисте1ну, регулюе aктивнiсть окремих ензимiв, а також процеси транскрипци. Встановлено що значна кiлькiсть бшюв здатна тддаватися процесам „ глютатюшзаци " (3).
Велика група „глютaтiоновaниx" бiлкiв е ензимами, якi кaтaлiзують рiзномaнiтнi реакци перетворення вуглеводiв i забезпечення оргашзму енергiею, а також значну кiлькiсть бiлкiв, якi виконують плaстичнi функци, тобто входять до цитоскелету клiтини.
Деякi бiлки, таю як нуклеофосмш, е компонентом рибосомальних бiлкiв i беруть участь у формуванш структури рибосоми, а циклофшн та шaперонiн -у протеосомальному розпaдi бiлкiв. Бiльше того, бшки пiддaються процесам „глютaтiонiзaцiï" пiд впливом оксидативного i нiтрозного стресу(43). Глщеральдегщ-3-фосфатдегщрогеназа е основним - S - глютaтiоновaним бшком, який пiддaеться ди пероксиду гщрогену, в ендотелiaльниx клiтинax, а в моноцитах - тд час ендогенного оксидативного спалаху (44,45).
Kреaтинкiнaзa i глжогенфосфорилаза е також мiшенями для процеав S-глютaтiонiзaцiï в мюцитах i ткaнинi серцевого м'яза, тд впливом оксидативного стресу. Kaрбоaнгiдрaзa III, глютатюн^-трансфераза, СОД, гемоглобiн та кристалш, бiлок ока бика, теж пщдаються процесам тiолiзaцiï при моделювaннi оксидативного стресу в кл^иш. Тaкi ензимш бiлки як синтетаза жирних кислот, гщроксиметилглютарил-КоА редуктаза, альдозоредуктаза, HIV-1-протеаза, а також менш термостабшьний бiлок HS 2S, як виявилось, е потенцшними мiшенями глютaтiонiзaцiï in vitro.
Навт с - Jun ДНК також зв'язана з регулящею окисно - вщновного стресу клiтини через S-глютaтiонiзaцiю (46), а процеси глютaтiонiзaцiï у мiтоxондрiяx обумовленi оксидативним стресом, i, як вважають, лежать в основi шпбування aктивностi окремих ферментiв циклу трикарбонових кислот, зокрема сукцинат- та iзоцитрaтдегiдрогенaзaз.
При xворобi Пaркiнсонa, H2O2, який утворюеться в моноaмiнооксидaзниx реакщях шпбуе процеси тканинного дихання, внаслщок глютaтiонiзaцiï ензимiв дихального ланцюга (47).
I насамюнець, при прямому глютатюнуванш бiлкiв супероксидним aнiйоном продемонстровано, що S-глютатюнування ензиму тирозин -фосфатази модулюе стан фосфорилювання-дефосфорилювання окремих ензимiв у клiтинax i зберiгaе таким чином функцюнальний стан бiлкiв (48). Деяю бiлки, зв'язaнi з процесами глютaтiонувaння, як плaстичнi елементи входять до складу цитоскелету кл^ини. Зокрема, глютатюнуванню пiдлягaе i бiлок актин. Це спостер^аеться у деяких кл^инах пiд впливом рiзниx фaкторiв,
144
зокрема в умовах оксидативного стресу, наприклад кл^ини мукозного шару шлунка при ди H2O2, дiамiду, ферболу, мiристат ацетату, яю стимулюють, макрофаги i нейтрофши людини (8,49). Обробка H2O2 кл^ин лши A 431 епщермально! карциноми людини призводить до глютатюшзаци актину, а це впливае на регуляцiю його полiмеризацil (50).
Висновки. Високий рiвень GSH у клiтинах дае тдставу стверджувати, що вiн наявний у вах вищих аеробних клiтинах та ввдграе ключову роль у кл^иннш резистентностi проти оксидативного пошкодження при ди вiльних радикалiв; бере участь в утворенш комплексiв з бшками: глютатiон - бiлок. S-глютатюшзацш розглядають як механiзм опосередкованого переносення окисно-вщновного сигналу i як адаптивну захисну вiдповiдь регуляторних молекул.
Л1тература
1. Торчинский Ю. М. Сера в белках. М.,Из-тво « Наука»,1977.- 301 С.
2. Hopkins Y.G. On an autooxidable constituent of the cell // Biochem.J.-1921.-V.15.-P.-286-305.
3. Kosower N.S., Kosower E.M. The glutathione status of cell // Inter. Rev. Cytol.-1978.- V.54.-P.109-160.
4. Смирнов Г.В., Октябрьский О.Н. Глутатион у бактерий // Биохимия.-2005.-Т.70.- С.1459-1473.
5. Noctor G.,Gomes L., Vanaker H., Foyer C. H. Interaction between biosynthesis, compartmentation and transport in the control of glutathion homeostasis and signaling // J. Experiment. Botany.- 2002.- V.53.-P.1283-1304.
6. Beutler E. Nutritional and metabolic aspects of glutathione // Ann. Rev. Nutr.-1989.-V.9.- P.287-302.
7. Meister A, Larsson A. Glutathione synthetase deficiency and other disorders of the y-glutamyl cycle. Editors: Scriver C.R., Beaudet A.L., Sly W.S., Valle D. The metabolic basis of inherited disease // New York: McGraw-Hill; 1989. P. 855868.
8. Chai Y.C, Ashraf S.S., Rokutan K., et all. S-thiolation of individual human neutrophil protein including actin by stimulation of the respiratory burst: evidence against a role for glutathione disulfide // Arch. Biochem. Biophys.- 1994. - V. 310. - P. 273 -281.
9. Cotgreave LA, Gerdes RG. Recent trends in glutathione biochemistry. Glutathione-protein interactions: a molecular link between oxidative stress and cell proliferation // Biochem. Biophys. Res. Commun. - 1998. - V. 242.- P.1-9.
10. KJart P., Lamas S. Regulation of protein function by S-glutathionylation in response to oxidative and nitrosative stress // Eur. J. Biochem. - 2000.- V.267.-P. 4928-4944.
11. Fratelli M, Demol H, Puype M, et all. Identification by redox proteomics of glutathionylated proteins in oxidatively stressed human T lymphocytes. // PNAS. - 2002.- V.99. - P.3505-3510.
12. Bursell SE, King GL. The potential use of glutathionyl hemoglobin as a clinical marker of oxidative stress // Clin Chem. - 2000.- V.46.- P.145-146.
145
13. Niwa T, Naito C, Mawjood A.H.M, et all. Increased glutathionyl hemoglobin in diabetes mellitus and hyperlipidemia demonstrated by liquid chromatography/electrospray ionization-mass spectrometry // Clin. Chem.- 2000.-V. 46.- P.82-88.
14. Reed D.J., Fariss M.W. Glutathione depletion and susceptibility // Pharmacol. Rev.- 1994 - V. 36. - P.235-335.
15. Griffith O.W., Meister A. Origin and turnover of mitochondnal glutathione // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.- 1985.- V 82. -P.4668-4672.
16. Martensson J., Lai J.C.K., Meister A. High affinity transport of glutathione is part of a multi-component system essential for mitochondrial function // Proc. Nat.l Acad. Sci. U. S. A.- 1990.- V. 87.- P.7185-7189.
17. Chen Z., Lash L.H. Evidence for mitochondrial uptake of glutathione by dicarboxylate and 2-oxoglutarate carriers // J. Pharmacol. Exp. Ther.- 1998.- V. 285.- P. 608-618.
18. Meister A. On the enzymology of amino acid transport // Science.- 1973.- V.180. - P. 33-39.
19. Meister A., Anderson M.E. Glutathione // Ann. Rev. Biochem.- 1983: V. 52: P.711-760
20. Макух СМ., Олiярник О.Д., Вигнан Д.С., Красневич А.Я. Роль у-глютамшьного циклу в печшщ i нирках // Наук. Вюник ЛНАВМ iм.С.З.Гжицького-2005.-Т.-7.- Ч.-2.- С.100-118.
21. Shi Z.Z., Osei -Frimpong J., Kala G., et all. Glutathione synthesis is essential for mouse development but not for cell growth in culture // PNAS.- 2000.- V. 97(10).- P.5101-5126.
22. Griffith O.W., Meister A. Potent and specific inhibition of glutathione synthesis by buthionine sulfoximine (S-n-buthyl homocysteine sulfoximine) // J. Biol. Chem.- 1979.- V. 254.- P.7558-7560.
23. Richman P.G., Orlowski M., Meister A. Inhibition of y-glutamylcysteine synthetases by L-methionine-S-sulfoximine // J. Biol. Chem.- 1973. -V.248.-P.6684-6690.
24. Ronzio R., Meister A. Phosphorylation of methionine sulfoximine by glutamine synthetase // Proc Natl Acad Sci U S A 1968; V. 59:P. 164-170.
25. Griffith O.W., Meister A. Differential inhibition of glutamine and y--glutamylcysteine synthetase by a-alkyl analogs of methionine sulfoximine that induce convulsions // J. Biol. Chem.- 1978.- V. 253.- P.2333-2338.
26. Wilson H., Cannan R.K. The glutamic acid-pyrrolidonecarboxylic acid system // J. Biol. Chem.- 1937.- V.119.- P.309-405.
27. Meister A., Bukenberger M.W. Enzymatic conversion of D-glutamic acid to D-pyrrolidone carboxylic acid by mammalian tissues // Nature.- 1962- V. 194.-P.557-561.
28. Meister A., Tate S.S., Ross L.L. Membrane bound y-glutamyl transpeptidase. In: Martinosi A, editor. The enzymes of biological membranes // New York. Plenum.- 1976. V.3.- P. 315-347.
146
29. Meister A. Current status of trie y-glutamyl cycle. Functions of glutathione in liver and kidney // Berlin. Springer-Verlag.- 1978. - P. 43-59.
30. Griffith O.W., Meister A. Glutathione: interorgan translocation, turnover and metabolism // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.- 1979.- V. 76.- P.5606-5610.
31. Van der Werf P., Meister A. The metabolic formation and utilization of 5-oxo-L-proline (L-pyroglutamate, L-pyrrolidone carboxylate) // Adv. Enzymol.- 1975.-V. 43. P.519-556.
32. Van der Werf P, Stephani RA, Meister A. Accumulation of 5-oxo-L-proline in mouse tissues after inhibition of 5-oxo-L-prolinase and administration of aminoacids: evidence for function of -y-glutamyl cycle // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.- 1974.- V. 71.- P.1026-1029.
33. Sekura R., Meister A. Glutathione turnover in the kidney. Considerations relating to the y-glutamyl cycle and the transport of aminoacids // Proc. Natl. Acad.Sci. U. S .A.- 1974. V.71. - P. 2969-2972.
34. Abbott W.A., Meister A. Modulation of y-glutamyl transpeptidase activity by bile acids // J. Biol. Chem.-1983.- V. 258.- P. 6193- 6197.
35. Meister A. Novel drugs that affect glutathione metabolism. Mechanisms of drug resistance in neoplastic cells: Part 11. Enzymatic basis of drug resistance // New York. Academic Press.- 1988.- P. 99-126.
36. Williamson J.M., Meister A. Stimulation of hepatic glutathione formation by administration of L-2-oxothiazolidine-4-carboxylate, a 5-oxo-L-prolinase substrate // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.- 1981.- V. 78.- P.936-939.
37. Williamson J.M., Boettcher B., Meister A. An intracellular cysteine delivery system that protects against toxicity by promoting glutathione synthesis // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.- 1982.- V. 79.-P.246- 6249.
38. Anderson ME, Meister A. Transport and direct utilization of y-glutamylcyst(e)ine for glutathione synthesis // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.-1983: V. 80: P.707-711.
39. Meister A. Selective modification of glutathione metabolism // Science.- 1983.-V. 220.- P. 471-477.
40. Hayes J.D., McLellan L.I. Glutathione and glutathione-dependent enzymes represent a co-ordinately regulated defence against oxidative stress // Free. Radic. Res.- 1999.- V.31.-_P.273-300.
41. Xia C., Hu J., Ketterer B., et all. The organization of the human GSTP 1-1 gene promoter and its response to retinoic acid and cellular redox status // Biochem. J-1996.- V. 313.- P.155-161.
42. Adler V., Yin Z., Fuchs S.Y., et all. Regulation of JNK. signaling by GSTp // EMBO. J.- 1999.- V. 18.- P. 1321-1334.
43. Klatt P., Lamas S. Regulation of protein function by S-glutathionylation in response to oxidative and nitrosative stress // Eur. J. Biochem. 2000.- V. 267.-P.4928-4944.
44. Ravichandran V., Seres T., Moriguchi T., et all. S-thiolation of glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase induced by the phagocytosis-associated respiratory burst in blood monocytes // J. Biol. Chem.- 1994.- V. 269.- P. 2501-2505.
147
45. Schuppe-Koisinen 1., Moldeus P., Bergmann T., et all. S-thiolation of human endothelial cell glyceraldchyde-3-phosphate dehydrogenase after hydrogen peroxide treatment // Eur. J. Biochem.- 1994.- V. 221.- P. 1033-1037.
46. Klatt P., Molina E.S., Lacoba M.C., et all. Redox regulation of c-Jun DNA binding by reversible S-glutathionylation // FASEB. J.- 1999.- V. 13.- P. 14811490.
47. Sofic E., Lange K.W.., Jellinger K., et all. Reduced and oxidized glutathione in the substantia nigra of patients with Parkinson's disease // Neurosci. Lett.- 1992.-V. 142.- P. 128-130.
48. Barrett W.C., DeGnore J.P., Keng Y.F., et all. Roles of superoxide radical anion in signal transduction mediated by reversible regulation of protein-tyrosine phosphatease IB // J. Biol. Chem.- 1999.- V. 274.- P. 34543-34546.
49. Rocutan K., Johnson R.B., Kaway K.. Oxidative stress induces S-thiolation of specific proteins in cultured gastric mucosal cells // Am. J. Physiol.- 1994.- V. 266.- P. G247- 254.
50. Wang J. Boja E.S., Tan W., et all. Reversible glutathionylation regulates actin polymerization in A431 cells // J. Biol. Chem.- 2001.- V. 276.- P.47763-47766.
51. Schulz J.B., Lindenau J., Seyfried J., et all. Glutathione, oxidative stress and neurodegeneration // Eur. J. Biochem.- 2000.- V. 267.- P.4904-4911.
52. Milchavet O., McMahon H.E.M.,Rachidi W.et all. Prion infection impairs the cellular response to oxidative stress // PNAS.- 2000.- V.97.-P. 13937 - 13942.
Summary
Makukh Ye.M., Oliyarnyk O.D.,Vygnan D.S., Krasnevych A.Ya.
PROPERTIES AND FUNCTION OF GLUTATHIONE
The literary data about structure, physic-chemical properties and some
function glutathione, their role in the metabolism have been summarized.
Key words: reduced glutathione, oxidized glutathione, oxidative stress, brain,
y-glutamyl cycle.
Cmammx Hadiümna do peda^ii 16.09.2008
148
