Кіріспе

Глютамат дегидрогеназа (GLDH, GDH) – прокариоттарда да, эукариоттардың митохондрияларында да кездесетін фермент. Аталған реакция аммиакты да бөліп шығарады, ол эукариоттарда урея циклында субстрат ретінде өңделеді. Әдетте, α-кетоглутараттан глутаматқа айналу реакциясы сүтқоректілерде жүрмейді, себебі глутамат дегидрогеназа тепе-теңдігі аммиак пен α-кетоглутараттың түзілуіне көбірек мүмкіндік береді. Глутамат дегидрогеназа аммиакқа өте төмен сәйкестікке ие (михаэлис тұрақтысы шамамен 1 мМ), сондықтан кері реакция жүруі үшін денеде аммиактың улы деңгейі болуы керек (яғни α-кетоглутарат пен аммиактан глутамат пен NAD(P)+ түзілуі). Дегенмен, мидағы митохондриялардағы NAD+/NADH арақатынасы тотығу деаминациясын (глютаматтан α-кетоглутаратқа және аммиакқа) ынталандырады. Бактерияларда аммиак глутамат және аминотрансферазалар арқылы аминқышқылдарына ассимиляцияланады. Өсімдіктерде фермент ортаға және стресске байланысты екі бағытта да жұмыс істей алады. Олардың тағамдық құндылығы жоғары. Фермент – катаболикалық және анаболикалық жолдардың арасындағы маңызды байланыс, сондықтан ол эукариоттарда кең таралған. Адамдарда тиісті гендер GLUD1 (глутамат дегидрогеназа 1) және GLUD2 (глутамат дегидрогеназа 2) деп аталады, сондай-ақ адам геномында кем дегенде 8 GLDH псевдогені де бар, бұл эукариоттар эволюциясына микроорганизмдердің әсерін көрсетеді.

Клиникалық қолдану

GLDH медициналық зертханада бауыр функциясын бағалау үшін өлшенуі мүмкін. Қан сарысуындағы GLDH деңгейінің жоғарылауы бауыр зақымдануын көрсетеді және GLDH, әсіресе аминотрансферазалармен бірге, бауыр ауруларының дифференциалдық диагнозында маңызды рөл атқарады. GLDH митохондрияда орналасқан, сондықтан вирустық гепатит сияқты бауырдың жалпы қабыну ауруларында одан аз мөлшерде босатылады. Гепатоциттердің некрозы басым болатын бауыр аурулары, мысалы, токсикалық бауыр зақымдануы немесе гипоксиялық бауыр ауруы, жоғары GLDH деңгейімен сипатталады. GLDH жіті вирустық гепатитті жіті токсикалық бауыр некрозынан немесе жіті гипоксиялық бауыр ауруынан ажыратуға көмектеседі, әсіресе бауыр зақымдалғанда және аминотрансферазалардың деңгейі өте жоғары болғанда. Клиникалық сынақтарда GLDH дәрінің қауіпсіздігін бағау үшін қолданылуы мүмкін. Глютамат дегидрогеназаға (GDH) арналған ферменттік иммуноанализ (EIA) Clostridioides difficile инфекциясы бар пациенттерді тексеру үшін пайдаланылуы мүмкін. Фермент C. diff штамдарының көпшілігінде тұрақты түрде өндіріледі, сондықтан оны нәжісте оңай анықтауға болады. Диагноз әдетте C. diff A және B токсиндерін анықтау арқылы расталады.

Азот ағынындағы рөлі

Аммиактың жануарлар мен микроорганизмдерге енуі глутамат дегидрогеназа және глутамин синтетаза ферменттерінің әрекеттері арқылы жүзеге асады. Глютамат сүтқоректілер мен микроорганизмдердегі азот ағынында орталық рөл атқарады, азоттың доноры және қабылдағышы болып табылады.

Глутамат дегидрогеназаның реттелуі

Адамдарда глютамат дегидрогеназаның активтілігі АДФ рибосиляциясы арқылы реттеледі, бұл sirt4 гені жүзеге асыратын ковалентті модификация. Бұл реттелу калориялық шектеу және қандағы төмен глюкоза деңгейі жағдайында жеңілдейді. Мұндай жағдайларда, α-кетоглутарат мөлшерін арттыру үшін глютамат дегидрогеназаның активтілігі артады, одан кейін цитрус қышқылы циклында пайдаланылып энергия өндіріледі, нәтижесінде АТФ түзіледі. Микробтарда активтілік аммиактың және оған ұқсас рубидий ионының концентрациясымен реттеледі, ол GLDH-дағы аллостериялық орынға байланысып, ферменттің Km (Михаэлис тұрақтысы) шамасын өзгертеді. АДФ рибосиляциясы арқылы GLDH-ны реттеу инсулин өндіретін β-жасушалары үшін ерекше маңызды. Бета-жасушалары АТФ:АДФ қатынасының жоғарылауына жауап ретінде инсулин бөліп шығарады, ал аминқышқылы GLDH арқылы α-кетоглутаратқа ыдырағанда бұл қатынас артып, инсулин секрециясы күшейеді. SIRT4 аминқышқылы метаболизмін реттеу арқылы инсулин секрециясын бақылау және қандағы глюкоза деңгейін тұрақтандыру үшін қажет. 1950 жылдардың соңы мен 1960 жылдардың басында Карл Фриден сиыр бауыр глютамат дегидрогеназасының нуклеотидтермен реттелетінін анықтады. АДФ, АТФ және ГТФ сияқты нуклеотидтердің әсерін сипаттағаннан кейін, ол NADH және NADPH-тың әртүрлі кинетикалық қасиеттерін егжей-тегжейлі қарастырды. Осылайша, ол аллостериялық мінез-құлық деп кейіннен сипатталған ең алғашқы ферменттердің бірі болды. Л-лейциннің және басқа да гидрофобты аминқышқылының сүтқоректілердің GDH-ны белсендіргені де көптен бері белгілі, бірақ байланыс орнының орналасуы нақты емес еді. Жақында ғана сүтқоректілер ферментінде L-лейциннің жаңа аллостериялық байланыс орны табылды. ГТФ-ның аллостериялық байланыс орнын өзгертетін мутациялар глютамат дегидрогеназаның тұрақты белсенділігіне алып келеді және гиперинсулинемиялық гипераммонемия синдромын тудырады.