Ключови думи: GLUTATION PEROXIDASE/имунология. РЕДУКТАЗА НА ГЛУТАЦИЯ/имунология. ДИАБЕТ МЕЛИТ/патофизиология; БОЛЕСТ НА ПАРКИНСОН/патофизиология. ИСХЕМИЯ/патофизиология. PEPTIC ULCER/патофизиология. ЗАТЪЛВАНЕ/патофизиология.

биомедицинско

ВЪВЕДЕНИЕ

Реактивните кислородни видове са атоми, йони и молекули с един или повече нечетни електрони в най-външната орбитала; както и молекули, получени от кислород, които имат висока реактивна способност. Тези видове могат да причинят увреждане на различни тъкани, като взаимодействат с молекули от биологично значение. Поради потенциалния си разрушителен ефект, тялото използва мощни механизми, за да предотврати натрупването на тези коренни форми; Те включват ендогенни антиоксидантни среди, съставени от някои ензимни системи и други екзогенни, съставени от някои витамини.

Една от тези антиоксидантни системи е системата за глутатион пероксидаза/глутатион редуктаза. Глутатион редуктаза (GRd, EC 1.6.4.2.) Е флавоензим, зависим от редуциран никотинамин аденин динуклеотид фосфат (NADPH), който катализира редукцията на окисления глутатион (GSSG) до редуциран глутатион (GSH), който ще се използва от глутатион пероксидазата (GPx) за редукция на водороден прекис (H2O2) и липопероксиди (L-OOH), които са токсични елементи. Тоест, той специално има въртяща функция при оксидативен стрес. Това се среща във всички аеробни организми, както и в някои висши растения, за това, което изглежда е квазиуниверсален ензим.

GRd е хомодимерен ензим, съставен от 2 идентични субединици, свързани чрез дисулфиден мост (cis 90-cis 90 '); Всяка субединица съдържа 478 аминокиселини с молекулно тегло 51 569 далтона и в своята структура представлява гъвкаво N-крайно удължение (остатъци 1-18) и 4 добре дефинирани структурни домена: 3

  1. Домен, свързан с флавин аденин динуклеотид (FAD) (остатъци 19-157).
  2. NADPH-свързващ домен (остатъци 158-293).
  3. Централен домейн (остатъци 294-364).
  4. Интерфейсен домейн (остатъци 365-478).
И двете субединици имат основни остатъци, които допринасят за активните и свързващи места на окисления глутатион (GSSG), така че той не проявява ензимна активност в мономерната си форма, тъй като мястото му на свързване за субстрата и каталитичното му място са съставени от остатъци от двете субединици. 4-6

GRd съдържа FAD и дисулфид в активния си сайт. Каталитичната реакция изисква редуциране на активното място чрез NADPH, като се получава полухинон от FAD, сулфиден радикал и тиол. След редукция на активното място от NADPH, NADP може да се освободи преди или след каталитичния етап, включващ глутатион.

Антиоксидантната система GPx/GRd е свързана с други антиоксидантни системи като супероксиддисмутази/каталаза (SOD/CAT). Забелязано е, че и двете системи не действат едновременно, CAT действа в присъствието на високи концентрации на H2O2 и при ниски концентрации GPx действа. Активността на CAT и GPx е обратно свързана, докато CAT и GRd показват положителна корелация

НАМАЛЯВАНЕ НА ГЛУТАЦИЯТА ПРИ ЗДРАВЕ И БОЛЕСТ

GRd позволява да се поддържа концентрация на GSH в клетката не само за да се използва от GPx за елиминиране на H2O2; Този GSH е полезен за възстановяване на витамини С (аскорбинова киселина) и Е (алфа-токоферол) след участие в елиминирането на свободните радикали, генерирани in situ или дистанционно. GSH участва също така в детоксикацията на ксенобиотични съединения, съхранението и транспорта на цистеин, регулирането на редокс баланса на клетката, метаболизма на левкотриените и простагландините, синтеза на дезоксирибонуклеотиди, имунната функция и клетъчната пролиферация.

Следователно промяната на активността на GRd ще доведе до намаляване на концентрациите на GSH, което ще доведе до увеличаване на нивата на реактивни кислородни видове.

Промяната на активността на GRd и нивата на GSH поради тази последица е докладвана при няколко патологични процеса и е свързана с повишен риск от оксидативен стрес.

Нивата на активност на GPx и GRd в метастатичните меланомни клетъчни линии B16-F10 са по-високи, отколкото в мишите неметастатични меланомни клетки B-16, с намаляване на активността на ензимите, които метаболизират GSH в нахлулата тъкан.

При пациенти с рак на белия дроб се наблюдава обратна връзка между чувствителността към химиотерапията и честотата на експресия на GPx и GRd и двете са значително различни при различните хистологични типове. Експресията на GPx и GRd е по-ниска при чувствителните групи, отколкото при резистентните групи

Захарен диабет. Неензимното свързване на захарите с протеините (гликиране) е често срещано биологично явление, което се засилва при диабет. GRd е податлив на гликозилиране и развиване на променена активност, тъй като глюкоза, глюкоза 6-фосфат и фруктоза причиняват зависимо от времето инхибиране на активността на ензима; което благоприятства образуването на катаракта при пациенти с диабет. Ензимът може да бъде защитен от гликозилиране с някои лекарства като аспирин, които могат да се използват за предотвратяване на катаракта при диабетици.

По отношение на етиологията на това заболяване, при NOD мишки с инсулинозависим захарен диабет се предлага унищожаване на ß клетки поради токсичния ефект на реактивните кислородни видове в резултат на потока от възпалителни клетки в панкреаса, следователно Антиоксидантът ензимният дефицит може да бъде в основата на податливостта към диабет. За да се проучи тази идея, активността на SOD, CAT, GPx и GRd беше определена в изолирани острови Лангерханс, панкреас и други тъкани. Островчетата проявяват по-малко ензимна активност, отколкото в други тъкани, а тези на NOD мишки са по-дефицитни от тези на мишки BALB/c, следователно токсичният ефект на тези видове върху ß клетките е резултат от дефицит на антиоксидантни ензими; 16 също така е наблюдавано, че активността на глюкозо-6-фосфат дехидрогеназата (G6PDH) е намалена в диабетичния черен дроб, което е от съществено значение за осигуряване на NADPH към GRd за намаляване на GSSG.15

Затлъстяване. Предполага се, че поглъщането на диети, богати на мазнини, благоприятства намаляването на активността на GRd, както и на GPx в сърцето и други органи. В проучвания, проведени при зайци, подложени на хиперлипидна диета, се наблюдава депресия в активността на GRd и селен-зависим GPx, свързан с увеличаване на непротеиновите тиолови съединения. В заключение, диетите с високо съдържание на мазнини и холестерол предизвикват дисбаланс на антиоксидантната защита, което ще доведе до увеличаване на липидната пероксидация.

Пептична язва. Участието на ензима в това заболяване е от значение, тъй като при тестове, проведени при плъхове с експериментални язви, съдържанието на GSH и активността на GPx и GRd са изследвани в чернодробната тъкан и стомашната лигавица, където се наблюдава депресия на системата GPx/GRd . В допълнение, тези определяния бяха извършени при плъхове, лекувани с протеинови таблетки, и беше наблюдавана висока терапевтична ефективност от тях и важен ефект върху нормализирането на глутатионната система.

Болестта на Паркинсон. Това заболяване се характеризира с намаляване на концентрациите на GSH в мозъчната субстанция и това се дължи на повишен допаминов оборот и окислително дезаминиране, което причинява образуването на H2O2.18

Исхемия/реперфузия. Определянето на редокс състоянието на глутатион в исхемичен/реперфузиран орган често се използва като индикатор за оксидативен стрес, създаден от производството на свободни кислородни радикали по време на реперфузионния период.19 В проучвания, при които сърцето е било подложено на временна исхемия чрез реперфузия, резултатите показват стимулиране на антиоксидантни ензими, включително GPx и GRd след повтарящи се епизоди на исхемия-реперфузия; предполагащо, че предварителното кондициониране на сърцето поради повтаряща се исхемия може да предизвика активирането на неговата окислителна защитна система, което може да играе важна роля за запазването на миокарда по време на исхемия и реперфузионно увреждане.

Физически упражнения и стареене. Доказано е (чрез различни проучвания), че по време на физически упражнения и стареене тази антиоксидантна система претърпява значителни промени. Антиоксидантните ензими SOD и CAT в черния дроб и миокарда показват общо намаляване в по-напреднала възраст, докато ензимите, свързани с GSH (GRd и GPx) в черния дроб и в митохондриалните клетки на сърцето се увеличават значително. Антиоксидантните ензими на скелетните мускули са равномерно повишени по време на стареенето. Острото упражняване може да увеличи активността на някои антиоксидантни ензими в различни тъкани.

Упражнението има малък ефект върху чернодробните или миокардните ензимни системи, но може да предизвика адаптивни реакции в антиоксидантните ензими на скелетната мускулатура, особено GPx. Тези открития предполагат, че както стареенето, така и физическите упражнения могат да причинят оксидативен стрес на тялото. 22-25 GSH в кръвта се увеличава при продължителни физически упражнения и добавянето на въглехидрати предотвратява това увеличение, вероятно поради инхибиторните му ефекти върху освобождаването на чернодробния хормон, което стимулира изхода на GSH.26

1. GRd е ензим от голямо значение за клетката

  • поради участието си в регенерацията на GSH, което, както видяхме, е изключително полезно за автоксидативна защита;
  • за неговото трансцендентно участие в механизмите за елиминиране на реактивни кислородни видове, както и в други биологични позиции.
2. Значението на GRd се потвърждава от ролята, която той играе в етиологията и патофизиологията на много заболявания от медико-социално значение, при които неговото изследване може да се използва за по-добро разбиране на тези субекти за диагностична, прогностична и дори терапевтична.