stringtranslate.com

Глутатионпероксидаза

Глутатионпероксидаза ( GPx ) ( EC 1.11.1.9) — общее название семейства ферментов с пероксидазной активностью, основная биологическая роль которых заключается в защите организма от окислительного повреждения. [2] Биохимическая функция глутатионпероксидазы заключается в восстановлении гидроперекисей липидов до соответствующих спиртов и восстановлении свободной перекиси водорода до воды. [3]

изоферменты

Несколько изозимов кодируются разными генами , которые различаются по клеточному расположению и субстратной специфичности. Глутатионпероксидаза 1 (GPx1) — наиболее распространенная версия, обнаруженная в цитоплазме почти всех тканей млекопитающих, предпочтительным субстратом которой является перекись водорода. Глутатионпероксидаза 4 (GPx4) отдает предпочтение гидропероксидам липидов; он экспрессируется почти в каждой клетке млекопитающих, хотя и на гораздо более низких уровнях. Глутатионпероксидаза 2 представляет собой кишечный и внеклеточный фермент, тогда как глутатионпероксидаза 3 является внеклеточным, особенно в большом количестве в плазме. [4] На данный момент у человека идентифицировано восемь различных изоформ глутатионпероксидазы (GPx1-8).

Реакция

Основная реакция, которую катализирует глутатионпероксидаза :

2ГШ + Н 2 О 2 → ГС–СГ + 2Н 2 О

где GSH представляет собой восстановленный мономерный глутатион , а GS–SG представляет собой дисульфид глутатиона . Механизм включает окисление селенола остатка селеноцистеина перекисью водорода. Этот процесс дает производное с группой селененовой кислоты (RSeOH). Затем селененовая кислота превращается обратно в селенол в ходе двухстадийного процесса, который начинается с реакции с GSH с образованием GS-SeR и воды . Вторая молекула GSH восстанавливает промежуточное соединение GS-SeR обратно до селенола, высвобождая GS-SG в качестве побочного продукта. Упрощенное представление показано ниже: [5]

RSeH + H 2 O 2 → RSeOH + H 2 O
RSeOH + GSH → GS-SeR + H 2 O
ГС-СеР + ГШ → ГС-СГ + РСеХ

Затем глутатионредуктаза восстанавливает окисленный глутатион, завершая цикл:

ГС–СГ + НАДФН + Н + → 2 ГШ + НАДФ + .

Состав

Было показано, что GPx1 , GPx2 , GPx3 и GPx4 млекопитающих являются селенсодержащими ферментами, тогда как GPx6 представляет собой селенопротеин у людей с цистеинсодержащими гомологами у грызунов . GPx1, GPx2 и GPx3 являются гомотетрамерными белками, тогда как GPx4 имеет мономерную структуру. Поскольку целостность клеточных и субклеточных мембран в значительной степени зависит от глутатионпероксидазы , сама ее антиоксидантная защитная система во многом зависит от присутствия селена .

Модели животных

Мыши, генетически модифицированные с отсутствием глутатионпероксидазы 1 (мыши Gpx1 -/- ), в целом фенотипически нормальны и имеют нормальную продолжительность жизни, что указывает на то, что этот фермент не имеет решающего значения для жизни. Однако у мышей Gpx1 -/- в раннем возрасте развивается катаракта и обнаруживаются дефекты пролиферации мышечных сателлитных клеток. [4] У мышей Gpx1 -/- пороги слухового ответа ствола мозга (ABR) были на 16 дБ выше, чем у контрольных мышей. После воздействия шума на уровне 110 дБ в течение одного часа у мышей Gpx1 -/- наблюдалась потеря слуха, вызванная шумом, на 15 дБ выше, чем у контрольных мышей. [6] "

Мыши с нокаутом GPX3 (GPX3 −/− ) или GPX2 (GPX2 −/− ) также развиваются нормально [7] [8]

Однако мыши с нокаутом глутатионпероксидазы 4 погибают на ранних стадиях эмбрионального развития. [4] Однако некоторые данные указывают на то, что снижение уровня глутатионпероксидазы 4 может увеличить продолжительность жизни мышей. [9]

Фермент бычьих эритроцитов имеет молекулярную массу 84 кДа .

Открытие

Глутатионпероксидаза была открыта в 1957 году Гордоном К. Миллсом. [10]

Методы определения активности глутатионпероксидазы

Активность глутатионпероксидазы измеряют спектрофотометрически несколькими методами. Широко используется прямой анализ, связывающий реакцию пероксидазы с глутатионредуктазой с измерением превращения НАДФН в НАДФ. [11] Другой подход заключается в измерении остаточного GSH в реакции с реагентом Эллмана . На основании этого было разработано несколько методик измерения активности глутатионпероксидазы с использованием в качестве субстратов для восстановления различных гидропероксидов, например гидропероксида кумола, [12] трет-бутилгидропероксида [13] и пероксида водорода. [14]

Другие методы включают использование реагента КУПРАК со спектрофотометрическим обнаружением продукта реакции [15] или о -фталевого альдегида в качестве флуоресцентного реагента. [16]

Клиническое значение

Было показано, что низкий уровень глутатионпероксидазы, измеренный в сыворотке , может быть фактором, способствующим развитию витилиго . [17] Более низкие уровни пероксида глутатиона в плазме также наблюдались у пациентов с диабетом 2 типа с макроальбуминурией , и это коррелировало со стадией диабетической нефропатии . [ нужна ссылка ] В одном исследовании активность глутатионпероксидазы наряду с другими антиоксидантными ферментами, такими как супероксиддисмутаза и каталаза, не была связана с риском ишемической болезни сердца у женщин. [18] Было обнаружено, что активность глутатионпероксидазы значительно ниже у пациентов с ремиттирующим рассеянным склерозом . [19] Одно исследование показало, что полиморфизмы глутатионпероксидазы и супероксиддисмутазы играют роль в развитии целиакии . [20]

Сообщалось, что активность этого фермента снижается при дефиците меди в печени и плазме. [21]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ PDB : 1GP1 ; Эпп О., Ладенштайн Р., Вендел А. (июнь 1983 г.). «Уточненная структура селенофермента глутатионпероксидазы с разрешением 0,2 нм». Европейский журнал биохимии . 133 (1): 51–69. doi :10.1111/j.1432-1033.1983.tb07429.x. ПМИД  6852035.
  2. ^ Мутукумар К., Начиаппан V (декабрь 2010 г.). «Вызванный кадмием окислительный стресс у Saccharomyces cerevisiae». Индийский журнал биохимии и биофизики . 47 (6): 383–7. ПМИД  21355423.
  3. ^ Мутукумар К., Раджакумар С., Саркар М.Н., Начиаппан В. (май 2011 г.). «Глутатионпероксидаза3 Saccharomyces cerevisiae защищает фосфолипиды во время окислительного стресса, вызванного кадмием». Антони ван Левенгук . 99 (4): 761–71. дои : 10.1007/s10482-011-9550-9. PMID  21229313. S2CID  21850794.
  4. ^ abc Мюллер Флорида, Ластгартен М.С., Джанг Ю, Ричардсон А., Ван Реммен Х (август 2007 г.). «Тенденции в теориях окислительного старения». Свободно-радикальная биология и медицина . 43 (4): 477–503. doi :10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.034. ПМИД  17640558.
  5. ^ Бхабак К.П., Мугеш Г. (ноябрь 2010 г.). «Функциональные имитаторы глутатионпероксидазы: биоинспирированные синтетические антиоксиданты». Отчеты о химических исследованиях . 43 (11): 1408–19. дои : 10.1021/ar100059g. ПМИД  20690615.
  6. ^ Олемиллер К.К., Макфадден С.Л., Дин Д.Л., Лир П.М., Хо Ю.С. (ноябрь 2000 г.). «Направленная мутация гена клеточной глутатионпероксидазы (Gpx1) увеличивает потерю слуха у мышей, вызванную шумом». Журнал Ассоциации исследований в области отоларингологии . 1 (3): 243–54. дои : 10.1007/s101620010043. ПМК 2504546 . ПМИД  11545230. 
  7. ^ Эсуорси Р.С., Аранда Р., Мартин М.Г., Дорошоу Дж.Х., Биндер С.В., Чу Ф.Ф. (сентябрь 2001 г.). «Мыши с комбинированным нарушением генов Gpx1 и Gpx2 страдают колитом». Американский журнал физиологии. Физиология желудочно-кишечного тракта и печени . 281 (3): G848-55. doi :10.1152/ajpgi.2001.281.3.G848. PMID  11518697. S2CID  21615743.
  8. ^ Олсон Дж.Э., Уитин Дж.К., Хилл К.Е., Уинфри В.П., Мотли А.К., Остин Л.М. и др. (май 2010 г.). «Внеклеточная глутатионпероксидаза (Gpx3) специфически связывается с базальными мембранами клеток канальцев коры почек мыши». Американский журнал физиологии. Почечная физиология . 298 (5): Ф1244-53. дои : 10.1152/ajprenal.00662.2009. ПМК 2867408 . ПМИД  20015939. 
  9. ^ Ран Кью, Лян Х, Икено Ю, Ци В, Пролла Т.А., Робертс Л.Дж. и др. (сентябрь 2007 г.). «Снижение уровня глутатионпероксидазы 4 увеличивает продолжительность жизни за счет повышенной чувствительности к апоптозу». Журналы геронтологии. Серия А, Биологические и медицинские науки . 62 (9): 932–42. дои : 10.1093/герона/62.9.932 . ПМИД  17895430.
  10. ^ Миллс GC (ноябрь 1957 г.). «Катаболизм гемоглобина. I. Глутатионпероксидаза, фермент эритроцитов, который защищает гемоглобин от окислительного распада». Журнал биологической химии . 229 (1): 189–97. дои : 10.1016/S0021-9258(18)70608-X . ПМИД  13491573.
  11. ^ Палья DE, Валентин WN (июль 1967 г.). «Исследования по количественной и качественной характеристике глутатионпероксидазы эритроцитов». Журнал лабораторной и клинической медицины . 70 (1): 158–69. ПМИД  6066618.
  12. ^ Заковски Дж. Дж., Таппель А. Л. (сентябрь 1978 г.). «Полуавтоматическая система для измерения глутатиона в анализе глутатионпероксидазы». Аналитическая биохимия . 89 (2): 430–6. дои : 10.1016/0003-2697(78)90372-X. ПМИД  727443.
  13. ^ Моин В.М. (1986). «[Простой и специфичный метод определения активности глутатионпероксидазы в эритроцитах]». Лабораторное дело . 12 (12): 724–7. ПМИД  2434712.
  14. ^ Разыграев А.В., Юшина А.Д., Титович И.А. (август 2018). «Поправка: метод измерения активности глутатионпероксидазы в мозге мышей: применение в фармакологическом эксперименте». Бюллетень экспериментальной биологии и медицины . 165 (4): 589–592. дои : 10.1007/s10517-018-4219-2. PMID  30121905. S2CID  52038817.
  15. ^ Ахмед, AY; Ауда, ЮАР; Хадван, Миннесота (2021). «Утвержденный метод оценки активности фермента глутатионпероксидазы». Химические бумаги . 75 (12): 6625–6637. дои : 10.1007/s11696-021-01826-1. ISSN  2585-7290. S2CID  236219189.
  16. ^ Рамос Мартинес, JI; Лоне, Ж.-М.; Дре, К. (1979). «Чувствительный флуориметрический микроанализ для определения активности глутатионпероксидазы. Применение к тромбоцитам крови человека». Аналитическая биохимия . 98 (1): 154–159. дои : 10.1016/0003-2697(79)90720-6. ISSN  0003-2697.
  17. ^ Зедан Х., Абдель-Моталеб А.А., Кассем Н.М., Хафиз Х.А., Хусейн М.Р. (март 2015 г.). «Низкий уровень активности глутатионпероксидазы у пациентов с витилиго». Журнал кожной медицины и хирургии . 19 (2): 144–8. дои : 10.2310/7750.2014.14076. PMID  25775636. S2CID  32708904.
  18. ^ Ян С., Дженсен М.К., Римм Э.Б., Уиллетт В., Ву Т (ноябрь 2014 г.). «Активность супероксиддисмутазы эритроцитов, глутатионпероксидазы и каталазы и риск ишемической болезни сердца у в целом здоровых женщин: проспективное исследование». Американский журнал эпидемиологии . 180 (9): 901–8. дои : 10.1093/aje/kwu195. ПМК 4207716 . ПМИД  25156995. 
  19. ^ Соча К., Коханович Дж., Карпиньска Е., Сорочиньска Дж., Яконюк М., Мариак З., Боравска М.Х. (июнь 2014 г.). «Пищевые привычки и селен, глутатионпероксидаза и общий антиоксидантный статус в сыворотке пациентов с ремиттирующим рассеянным склерозом». Журнал питания . 13:62 . дои : 10.1186/1475-2891-13-62 . ПМК 4080729 . ПМИД  24943732. 
  20. ^ Катар М., Озугурлу А.Ф., Озюрт Х., Бенли И. (февраль 2014 г.). «Оценка полиморфизма ферментов глутатионпероксидазы и супероксиддисмутазы у пациентов с целиакией». Генетика и молекулярные исследования . 13 (1): 1030–7. doi : 10.4238/2014.20.4 февраля . ПМИД  24634124.
  21. ^ Хордыевская, Анна; Попиолек, Лукаш; Кокот, Джоанна (2014). «Многоликость меди в медицине и лечении». Биометаллы . 27 (4): 611–621. дои : 10.1007/s10534-014-9736-5. ПМЦ 4113679 . ПМИД  24748564.