Глутатионредуктаза

Глутатионредуктаза (GR), также известная как глутатион-дисульфидредуктаза (GSR ), представляет собой фермент, который у людей кодируется геном GSR . Глутатионредуктаза (EC 1.8.1.7) катализирует восстановление дисульфида глутатиона (GSSG ) до сульфгидрильной формы глутатиона (GSH ), которая является критической молекулой в сопротивление окислительному стрессу и поддержание восстановительной среды клетки. Глутатионредуктаза действует как димерная дисульфид оксидоредуктаза и использует FAD простетическую группу и НАДФН для восстановления одного молярного эквивалента GSSG до двух молярных эквивалентов GSH:

Глутатионредуктаза сохраняется между всеми царствами. У бактерий, дрожжей и животных обнаружен один ген глутатионредуктазы; однако в геномах растений кодируются два гена GR. Дрозофила и трипаносомы вообще не имеют ГР. У этих организмов восстановление глутатиона осуществляется либо системой тиоредоксина, либо системой трипанотиона соответственно.

Содержание

• 1 Функция
• 2 Структура
• 3 Реакция механизм
  • 3.1 Восстановительная половина
  • 3.2 Окислительная половина
• 4 Ингибирование
• 5 Клиническая значимость
  • 5.1 Дефицит
  • 5.2 Связь с фавизмом
• 6 Мониторинг активности глутатионредуктазы
• 7 В растениях
• 8 История
• 9 Интерактивная карта путей
• 10 Ссылки
• 11 Дополнительная литература

Функция

глутатион-дисульфидредуктаза
GSR человека со связанным глутатионом и FADH
Идентификаторы
Номер EC	1.8.1.7
Номер CAS	9001-48-3
Базы данных
IntEnz	Просмотр IntEnz
BRENDA	Запись BRENDA
ExPASy	Просмотр NiceZyme
KEGG	Запись KEGG
MetaCyc	метаболический путь
PRIAM	профиль
PDB структуры	RCSB PDB PDBe PDBsum
Онтология генов	AmiGO / QuickGO
Поиск PMC статей PubMe d статьи NCBI белки

Глутатион играет ключевую роль в поддержании надлежащей функции и предотвращении окислительного стресса в клетках человека. Он может действовать как поглотитель гидроксильных радикалов, синглетного кислорода и различных электрофилов. Восстановленный глутатион восстанавливает окисленную форму фермента глутатионпероксидазы, что, в свою очередь, восстанавливает перекись водорода (H2O2), опасно реактивную форму внутри клетки. Кроме того, он играет ключевую роль в метаболизме и клиренсе ксенобиотиков, действует как кофактор некоторых детоксифицирующих ферментов, участвует в транспорте и регенерирует антиоксиданты, такие как витамины E и C, до их реактивных форм. Соотношение GSSG / GSH, присутствующих в клетке, является ключевым фактором в правильном поддержании окислительного баланса клетки, то есть критически важно, чтобы клетка поддерживала высокий уровень восстановленного глутатиона и низкий уровень окисленного дисульфида глутатиона. Этот узкий баланс поддерживается глутатионредуктазой, которая катализирует восстановление GSSG до GSH.

Структура

Глутатионредуктаза из эритроцитов человека представляет собой гомодимер, состоящий из мономеров 52Kd, каждый из которых содержит 3 домена. GR имеет однослойную двухслойную топологию, в которой антипараллельный бета-лист в значительной степени подвергается воздействию растворителя с одной стороны, а с другой стороны покрывается случайными витками. Сюда входят: NADPH -связывающий домен, FAD -связывающий домен (ы) и домен димеризации. Каждый мономер содержит 478 остатков и одну молекулу FAD. GR представляет собой термостабильный белок, сохраняющий функцию до 65 ° C.

Механизм реакции

Этапы:

Восстановительная половина

Действие GR протекает через две отдельные полураакции: восстановительный полумеханизм, за которым следует окислительная половина. В первой половине НАДФН снижает уровень FAD, присутствующий в GSR, с образованием переходного аниона FADH. Затем этот анион быстро разрывает дисульфидную связь Cys 58 - Cys 63, образуя короткоживущую ковалентную связь - стабильный комплекс с переносом заряда между флавином и Cys 63. Окисленный теперь НАДФ + высвобождается и впоследствии заменяется новой молекулой НАДФН. Это конец так называемой редуктивной половины механизма.

Окислительная половина

В окислительной половине механизма Cys 63 нуклеофильно атакует ближайшее сульфидное звено в молекуле GSSG (чему способствует His 467), которая создает смешанную дисульфидную связь (GS-Cys 58) и анион GS. Его 467 GSR затем протонирует GS-анион с высвобождением первой молекулы GSH. Затем Cys 63 нуклеофильно атакует сульфид Cys 58, высвобождая анион GS, который, в свою очередь, захватывает протон растворителя и высвобождается из фермент, тем самым создавая второй GSH. Таким образом, для каждого GSSG и NADPH получают две восстановленные молекулы GSH , которые снова могут действовать как антиоксиданты, улавливающие активные формы кислорода в ячейке.

Ингибирование

In vitro глутатионредуктаза ингибируется низкими концентрациями арсенита натрия и метилированных метаболитов арсената, но in vivo значительное ингибирование глутатионредуктазы арсенатом натрия было только при 10 мг. / кг / сут. Глутатионредуктаза также ингибируется некоторыми флаваноидами, классом пигментов, продуцируемых растениями.

Клиническое значение

GSH является ключевым клеточным антиоксидантом и играет важную роль в 2 фаза метаболического клиренса электрофильных ксенобиотиков. Важность пути GSH и ферментов, влияющих на этот тонкий баланс, в последние годы привлекает повышенное внимание. Хотя глутатионредуктаза является привлекательной мишенью для многих фармацевтических препаратов, до настоящего времени не было создано эффективных терапевтических соединений, связанных с глутатионредуктазой. В частности, глутатионредуктаза, по-видимому, является хорошей мишенью для противомалярийных препаратов, поскольку глутатионредуктаза малярийного паразита Plasmodium falciparum имеет существенно отличающуюся белковую укладку, чем у глутатионредуктазы млекопитающих.. Создавая препараты, специфичные для p. falciparum, можно избирательно вызывать окислительный стресс у паразита, не затрагивая при этом хозяина.

Существует два основных класса соединений, нацеленных на GR:

1. Ингибиторы связывания или димеризации GSSG: реактивные электрофилы, такие как соединения золота, и фторнафтохиноны.
2. Лекарства. которые используют глутатионредуктазу для регенерации, например, окислительно-восстановительные циклы. Двумя примерами этих типов соединений являются Метиленовый синий и Нафтохинон.

Клинические испытания, проведенные в Буркина-Фасо, показали смешанные результаты при лечении малярии с помощью нафтохинонов

В клетках, подверженных высоким уровням окислительного стресса, таких как эритроциты, до 10% потребления глюкозы может быть направлено на пентозофосфатный путь (PPP) для производства НАДФН, необходимого для этой реакции. В случае эритроцитов, если PPP нефункционален, окислительный стресс в клетке приведет к лизису и анемии.

Волчанка является аутоиммунным заболеванием, при котором пациенты производят повышенное количество антител, которые атакуют ДНК и другие компоненты клетки. В недавнем исследовании было обнаружено, что однонуклеотидный полиморфизм (SNP) в гене глутатионредуктазы тесно связан с волчанкой у афроамериканцев, участвовавших в исследовании. У афроамериканцев с волчанкой также было показано, что их Т-клетки меньше экспрессируют глутатион. Авторы исследования считают, что пониженная активность глутатионредуктазы может способствовать увеличению производства реактивного кислорода у афроамериканцев с волчанкой.

У мышей глутатионредуктаза участвует в окислительном взрыве, компоненте иммунного ответа. Окислительный взрыв - это защитный механизм, при котором нейтрофилы производят и высвобождают реактивные окислительные формы в непосредственной близости от бактерий или грибов для уничтожения чужеродных клеток. Было показано, что нейтрофилы с дефицитом глутатионредуктазы вызывают более кратковременный окислительный всплеск в ответ на бактерии, чем нейтрофилы, которые экспрессируют GR на обычных уровнях. Механизм действия глутатионредуктазы в поддержании окислительного всплеска до сих пор неизвестен.

Дефицит

Дефицит глутатионредуктазы - редкое заболевание, при котором эритроцитов отсутствует активность глутатионредуктазы., лейкоциты или оба. В одном исследовании это нарушение наблюдалось только в двух случаях из 15 000 тестов на дефицит глутатионредуктазы, проведенных в течение 30 лет. В том же исследовании дефицит глутатионредуктазы был связан с катарактой и фавизмом у одного пациента и его семьи и с тяжелой неконъюгированной гипербилирубинемией у другого пациента. Было высказано предположение, что окислительно-восстановительная система глутатиона (частью которой является глутатионредуктаза) почти исключительно отвечает за защиту клеток хрусталика глаза от перекиси водорода, поскольку эти клетки испытывают дефицит каталазы, фермент, который катализирует расщепление перекиси водорода, и высокую частоту возникновения катаракты у лиц с дефицитом глутатионредуктазы.

У некоторых пациентов наблюдается недостаточный уровень активности глутатиона в результате отсутствия потребляя достаточное количество рибофлавина в своем рационе. Рибофлавин представляет собой предшественник FAD, восстановленная форма которого отдает два электрона дисульфидной связи, которая присутствует в окисленной форме глутатионредуктазы, чтобы начать каталитический цикл фермента. В 1999 году исследование показало, что 17,8% мужчин и 22,4% женщин, обследованных в Саудовской Аравии, страдали низкой активностью глутатионредуктазы из-за дефицита рибофлавина.

Связь с фавизмом

В фавизме у пациентов отсутствует глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, фермент в их пентозофосфатном пути, который восстанавливает НАДФ до НАДФН, катализируя превращение глюкозы-6- фосфат в 6-фосфоглюконо-δ-лактон. У лиц с дефицитом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы меньше НАДФН, доступного для восстановления окисленного глутатиона с помощью глутатионредуктазы. Таким образом, их базальное соотношение окисленного и восстановленного глутатиона значительно выше, чем у пациентов, которые обычно экспрессируют глюкозо-6-фосфатдегидрогеназу, что делает их неспособными эффективно реагировать на высокие уровни активных форм кислорода, которые вызывают клеточную активность. лизис.

Мониторинг активности глутатионредуктазы

Активность глутатионредуктазы используется в качестве индикатора окислительного стресса. Активность можно контролировать по потреблению NADPH с поглощением при 340 нм, или образованный GSH можно визуализировать с помощью реагента Эллмана. В качестве альтернативы активность может быть измерена с использованием roGFP (редокс-чувствительный зеленый флуоресцентный белок).

В растениях

Как и в клетках человека, глутатионредуктаза помогает защитить растения клетки из активных форм кислорода. У растений восстановленный глутатион участвует в цикле глутатион-аскорбат, в котором восстановленный глутатион восстанавливает дегидроаскорбат, реактивный побочный продукт восстановления перекиси водорода. В частности, глутатионредуктаза способствует реакции растений на абиотический стресс. Было показано, что активность фермента модулируется в ответ на металлы, металлоиды, засоление, засуху, УФ-излучение и тепловой стресс.

История

Глутатионредуктаза была впервые очищена в 1955 г. при Йельский университет Э. Ракера. Ракер также идентифицировал НАДФН в качестве первичного донора электронов для фермента. Более поздние группы подтвердили присутствие FAD и тиоловой группы, и первоначальный механизм был предложен для этого механизма в 1965 году. Первоначальная (с низким разрешением) структура глутатионредуктазы была решена в 1977 году. За этим быстро последовала структура 3Å Шульце и др. al. в 1978 году. Глутатионредуктаза была исчерпывающе изучена с тех пор, как эти первые эксперименты были, и впоследствии является одним из наиболее хорошо изученных ферментов на сегодняшний день.

Интерактивная карта путей

Интерактивная карта путей можно найти здесь: карта путей

Ссылки

Дополнительная литература

Обратная связь: support@alphapedia.ru

Соглашение

О проекте