Кіріспе
Глутатион редуктаза (GR), сондай-ақ глутатион дисульфид редуктаза (GSR) деп те аталады, адамдарда GSR генімен кодталған фермент. Глутатион редуктаза (EC 1.8.1.7) глютатион дисульфидін (GSSG) сульфгидрил түріндегі глютатионға (GSH) тотығуын катализдейді, бұл тотығу стресіне қарсы тұру және клетканың тотығу-тотығу ортасын сақтау үшін маңызды молекула болып табылады. Глутатион редуктаза димерлі дисульфид оксидоредуктаза ретінде жұмыс істейді және GSSG-нің бір мольдық эквивалентін GSH-ның екі мольдық эквивалентіне дейін азайту үшін FAD протездік тобы мен NADPH-ты пайдаланады:
Glutathione reductase (GR) also known as glutathione disulfide reductase (GSR) is an enzyme that in humans is encoded by the GSR gene. Glutathione reductase (EC 1.8.1.7) catalyzes the reduction of glutathione disulfide (GSSG) to the sulfhydryl form glutathione (GSH), which is a critical molecule in resisting oxidative stress and maintaining the reducing environment of the cell. Glutathione reductase functions as dimeric disulfide oxidoreductase and utilizes an FAD prosthetic group and NADPH to reduce one molar equivalent of GSSG to two molar equivalents of GSH:
The glutathione reductase is conserved between all kingdoms. In bacteria, yeasts, and animals, one glutathione reductase gene is found; however, in plant genomes, two GR genes are encoded. Drosophila and trypanosomes do not have any GR at all. In these organisms, glutathione reduction is performed by either the thioredoxin or the trypanothione system, respectively.
Глутатион редуктаза барлық сатылардағы организмдерде кездеседі. Бактерияларда, ашытқыларда және жануарларда бір глутатион редуктаза гені табылады; алайда өсімдік геномдарында екі GR гені кодталған. Дрозофилалар мен трипаносомаларда GR мүлдем жоқ. Бұл организмдерде глутатионды тотығу тиоредоксин немесе трипанотион жүйесі арқылы жүзеге асырылады.
Glutathione reductase (GR) also known as glutathione disulfide reductase (GSR) is an enzyme that in humans is encoded by the GSR gene. Glutathione reductase (EC 1.8.1.7) catalyzes the reduction of glutathione disulfide (GSSG) to the sulfhydryl form glutathione (GSH), which is a critical molecule in resisting oxidative stress and maintaining the reducing environment of the cell. Glutathione reductase functions as dimeric disulfide oxidoreductase and utilizes an FAD prosthetic group and NADPH to reduce one molar equivalent of GSSG to two molar equivalents of GSH:
The glutathione reductase is conserved between all kingdoms. In bacteria, yeasts, and animals, one glutathione reductase gene is found; however, in plant genomes, two GR genes are encoded. Drosophila and trypanosomes do not have any GR at all. In these organisms, glutathione reduction is performed by either the thioredoxin or the trypanothione system, respectively.
Функция
Глутатион адам жасушаларының қалыпты жұмыс істеуін қамтамасыз етуде және тотығу стресін алдын алуда маңызды рөл атқарады. Ол гидроксил радикалдарын, синглетті оттегіні және әртүрлі электрофильдерді залалсыздандырады. Тотыққан глутатион глютатион пероксидаза ферментінің тотыққан түрін азайтады, ол өз кезегінде жасуша ішіндегі қауіпті реакциялық зат – сутек пероксидін (H2O2) азайтады. [Редокс реакцияларының келесі суретінде оң жақтан соңғы көрсеткіш кері көрсетілген; ол төмен емес, жоғары бағытталуы керек.] Бұдан өзге, ол ксенобиотиктердің метаболизмі мен шығарылуында маңызды рөл атқарады, кейбір залалсыздандыру ферменттерінде кофактор ретінде әрекет етеді, тасымалдануға қатысады және Е және С витаминдері сияқты антиоксиданттарды олардың белсенді түрлеріне қайта жаңартады. Жасушадағы GSSG/GSH арақатынасы жасушаның тотығу тепе-теңдігін дұрыс сақтаудың маңызды факторы болып табылады, яғни жасуша тотыққан глутатионның жоғары деңгейін және тотыққан глутатион дисульфидінің төмен деңгейін сақтауы өте қажет. Бұл тар тепе-теңдікті глутатион редуктаза сақтайды, ол GSSG-ні GSH-қа дейін тотықтыруды катализдейді.
Құрылымы
Адам эритроциттерінен алынған глютатион редуктазасы – әрқайсысы 3 доменнен тұратын 52 кДа мономерлерден құралған гомодимер. GR бір қабатты, екі қабатты топологияны көрсетеді, онда антипараллель бета-жапырақшасы бір жағынан еріткішке кеңінен ашық болса, екінші жағынан кездейсоқ орамдармен жабылады. Оған NADPH байланысатын домен, FAD байланысатын домен(дер) және димеризация домені кіреді. Әрбір мономер 478 аминқышқыл қалдығынан және бір FAD молекуласынан тұрады. GR – термотұрақты ақуыз, 65 °C температураға дейін өзінің қызметін сақтай алады.
Кішірейту жартысы
GR әрекеті екі ерекше жартылай реакция арқылы жүзеге асады, біріншісі – тотығуға қарсы жартылай механизм, одан кейін – тотығу жартылай реакциясы. Бірінші жартылай реакцияда NADPH, GSR-дегі FAD-ды тотығуға қарсы түсіріп, уақытша FADH− анионын құрайды. Бұл анион Cys58 – Cys63 дисульфидтік байланысын жылдам бұзып, флавин мен Cys63 арасындағы тұрақты заряд алмасу кешенін құрайтын қысқа мерзімді ковалентті байланыс жасайды. Қазір тотыққан NADP+ босатылады және одан кейін NADPH-тың жаңа молекуласымен алмастырылады. Бұл механизмнің тотығуға қарсы жартысының соңы.
Окистендіру жартысы
Тотығу механизмінің жартысында Cys63 GSSG молекуласындағы ең жақын сульфидтік топқа нуклеофильді шабуыл жасайды (His467 көмегімен жеделдетіледі), нәтижесінде аралас дисульфидтік байланыс (GS Cys58) және GS− анионы пайда болады. Содан кейін GSR-дің His467 анионды GS− протондап, ГСГ-ның бірінші молекуласын босатады. Келесіде Cys63 Cys58 сульфидіне нуклеофильді шабуыл жасайды, GS− анионын босатады, ол өз кезегінде еріткіштен протонды қабылдап, ферменттен шығып, екінші GSH молекуласын құрайды. Осылайша, әрбір GSSG және NADPH үшін екі тотыққан GSH молекуласы түзіледі, олар жасушадағы реактивті оттегі түлерімен күресе алатын антиоксиданттар ретінде қайтадан әрекет етеді.
Ингибициялау
In vitro, глутатион редуктазасы натрий арсениті мен метилденген арсенат метаболиттерінің төмен концентрацияларымен тежеледі, бірақ in vivo, натрий арсенатының глутатион редуктазасын маңызды деңгейде тежеуі тек 10 мг/кг/күн дозасында байқалды. Глутатион редуктазасын кейбір флавоноидтар, өсімдіктер шығаратын пигменттер класы да тежейді.
Фавизммен байланысы
Фавизм кезінде пациенттерде глюкоза-6-фосфат дегидрогеназа ферменті жетіспейді, ол пентоза-фосфат жолында NADP+-ты NADPH-қа дейін тотықсыздандырып, глюкоза-6-фосфатын 6-фосфоглюконо-δ-лактонға айналдыру реакциясын катализдейді. Глюкоза-6-фосфат дегидрогеназа ферменті жетіспейтін адамдарда глютатионредуктаза арқылы тотыққан глутатионды тотықсыздандыру үшін жеткілікті NADPH мөлшері болмайды. Осылайша, олардың тотыққан және тотықсызданған глутатион арақатынасы глюкоза-6-фосфат дегидрогеназа ферментін қалыпты экспрессиялайтын пациенттерге қарағанда айтарлықтай жоғары болады, бұл оларды жасуша лизісін тудыратын реактивті оттегі түлерінің жоғары деңгейіне тиімді қарсы тұрудан айырады.
Глутатион редуктаза белсенділігін бақылау
Глутатион редуктазаның активтілігі тотығу стресінің көрсеткіші ретінде қолданылады. Активтілікті 340 нм толқын ұзындығындағы сіңіру арқылы, NADPH тұтынуын қадағалау арқылы немесе түзілген GSH-ты Ellman реагентімен анықтау арқылы бақылауға болады. Балама ретінде, активтілікті roGFP (тотығуға сезімтал жасыл флуоресцентті ақуыз) арқылы өлшеуге болады.
Өсімдіктерде
Адам жасушаларындағыдай, глутатион редуктаза өсімдік жасушаларын реактивті оттегі түлесінен қорғайды. Өсімдіктерде тотыққан глутатион глутатион-аскорбат цикліне қатысады, онда тотыққан глутатион сутек пероксидінің тотығуының реакциялық қосалқы өнімі – дегидроаскорбатты тотықтырады. Атап айтқанда, глутатион редуктаза өсімдіктердің абиотикалық стресске жауап беруіне көмектеседі. Ферменттің активтілігі металдарға, металлоидтарға, тұздылыққа, құрғақшылыққа, ультракүлгін сәулеленуге және жылудан туындаған стресске жауап ретінде өзгертіледі. Джанмеда сондай-ақ NADPH-ті фермент үшін негізгі электрон доноры ретінде анықтады. Кейінгі зерттеушілер FAD және тиол тобының бар екенін растады, ал 1965 жылы оның жұмыс істеу механизміне алғашқы ұсыныс жасалды. Глутатион редуктазаның алғашқы (төмен ажыратымдылығы бар) құрылымы 1977 жылы анықталды. Осыдан кейін 1978 жылы Shulze және авторлар 3Å ажыратымдылығы бар құрылымды ұсынды. Глутатион редуктаза осы алғашқы тәжірибелерден бері жан-жақты зерттелді және қазіргі таңдағы ең жақсы зерттелген ферменттердің бірі болып табылады.