Koks yra antioksidanto glutationo mechanizmas, palaikantis mitochondrijų sveikatą?

Glutationas yra tripeptidas, turintis gama amido jungtis ir tiolio grupes, sudarytas iš glutamo rūgšties, cisteino ir glicino, esančio beveik kiekvienoje kūno ląstelėje. Natūralus glutationas yra baltymas, turintis antioksidacinį poveikį, kuris gali veiksmingai atsispirti neigiamam oksidacinių procesų poveikiui žmogaus sveikatai, maitinti tokius organus kaip kepenys ir inkstai, padėti pašalinti laisvuosius radikalus iš organizmo ir skatinti imuninės sistemos stiprinimą.

1: Kokios yra kasdienės glutationo apraiškos?

Glutationas plačiai randamas gyvūnuose ir augaluose, jis atlieka svarbų vaidmenį gyvuose organizmuose. Didelis glutationo kiekis yra duonos mielėse, kviečių gemaluose ir gyvūnų kepenyse – 100–1000 mg/100 g. Žmogaus kraujyje jo yra 26–34 mg/100 g, vištos kraujyje – 58–73 mg/100 g, kiaulės kraujyje – 10–15 mg/100 g. Jo taip pat yra daug pomidoruose, ananasuose ir agurkuose (12–33 mg/100 g), o mažas – batatuose, mung pupelių daiguose, svogūnuose ir grybuose (0.06–0.7 mg/100 g). Glutationas, su kuriuo susiduriame, daugiausia būna dviejų formų: redukuotos formos (G-SH) ir oksiduotos formos (GSSG), o redukuota forma sudaro didžiąją dalį glutationo, sintetinamo vidinėmis biologinėmis sąlygomis. Glutationo reduktazė gali katalizuoti dviejų tipų tarpusavio konversiją, o jos kofermentas taip pat gali teikti NADPH pentozų fosfato apėjimo metabolizmui. Kadangi cisteino tiolio grupė yra aktyvioji glutationo grupė (todėl glutationas dažnai trumpinamas G-SH), jis lengvai jungiasi su tam tikrais vaistais (pvz., acetaminofenu), toksinais (pvz., laisvaisiais radikalais, jodacto rūgštimi), sunkiaisiais metalais ir kt. ir turi integracinį detoksikacinį poveikį. Todėl glutationas (ypač kepenų ląstelėse esantis glutationas) gali dalyvauti medžiagų virsme, tokiu būdu paversdamas organizme esančius kenksmingus toksinus nekenksmingomis medžiagomis ir pašalindamas juos iš organizmo.

2: Kaip antioksidantas glutationas palaiko mitochondrijų sveikatą?

Iki šiol atrasti keli mitybos jutimo mechanizmai turėjo didelę įtaką žmonių sveikatai. Puikus pavyzdys yra cholesterolio mitybos jutimo mechanizmo atradimas, kuris paskatino gyvybę gelbstinčių statinų kūrimą.

Šių išvadų pagrindinis dėmesys skiriamas tam, kaip visa ląstelė aptinka maistines medžiagas. Tačiau kiekviena žmogaus ląstelė turi nepriklausomas, membranomis apgaubtas organeles, kurioms taip pat reikalingas kuras svarbioms funkcijoms atlikti. Taigi, ar jos taip pat turi savo mitybos jutiklius?

Naujame tyrime Rokfelerio universiteto (JAV) Metabolizmo reguliavimo ir genetikos laboratorijos tyrėjai pirmą kartą ląstelėse atrado energijos gamyklą – mitochondrijas. Šis mitybos jutiklis yra baltymo, atliekančio tris funkcijas, dalis: jutimas, reguliavimas ir antioksidanto glutationo transportavimas į mitochondrijų vidų, kur glutationas atlieka svarbų vaidmenį slopinant oksidacines reakcijas ir palaikant tinkamą geležies kiekį. Šio antioksidanto ypač gausu mitochondrijose, ir tyrėjai spėja, kad jo funkcija yra neatsiejama nuo jos. Taip yra todėl, kad mitochondrijos, kaip pagrindinė ląstelių kvėpavimo sistema, gamina energiją. Tačiau mitochondrijos taip pat gali būti didelio oksidacinio streso, susijusio su vėžiu, diabetu, medžiagų apykaitos sutrikimais, širdies ir plaučių ligomis ir kt., šaltinis. Jei glutationo lygis mitochondrijose nėra tiksliai palaikomas, visos sistemos sutriks. Tačiau kaip glutationas patenka į mitochondrijas, visada buvo nežinoma iki 2021 m., kai nauja tyrėjų komanda atrado transporterinį baltymą, vadinamą SLC25A39, kuris gali transportuoti glutationą. Atrodo, kad jis gali reguliuoti glutationo kiekį. Kraujotakos procesas yra maždaug toks: kai šio antioksidanto kiekis yra mažas, SLC25A39 kiekis padidėja, o kai šio antioksidanto kiekis yra didelis, jo pernašos lygis sumažėja. Šie tyrimų rezultatai taip pat rodo, kad mitochondrijos turi būdą aptikti ir koreguoti šių svyravimų lygį, o tai reiškia, kad mitochondrijos kažkaip apskaičiuoja, kiek jose yra glutationo, ir pagal šį kiekį koreguoja į organizmą patenkančio antioksidanto kiekį.“

3: Kaip reguliuoti ir keisti į organizmą patenkančio glutationo kiekį?

Siekdama suprasti, kaip mitochondrijos tai pasiekia, tyrėjų komanda sujungė biocheminius tyrimus, skaičiavimo metodus ir genų patikrą ir nustatė, kad „SLC25A39 yra ir jutiklis, ir transporteris“. Tyrėjai, lygindami SLC25A39 struktūrą su kitų SLC šeimos transporterių struktūromis „AlphaFold“ baltymų struktūros duomenų bazėje, aptiko unikalią papildomą kilpą glutatione. Kai jie molekuliniu peiliu pašalino žiedą iš šio baltymo, baltymo transportavimo gebėjimas išliko nepakitęs, tačiau jis prarado gebėjimą aptikti glutationą. Tyrėjai teigia, kad atradę šį įdomų žiedą, spėjome, kad tai du visiškai nepriklausomi domenai, vienas jaučia glutationą, o kitas transportuoja glutationą. Be to, šis naujas tyrimas taip pat patvirtina teoriją, kad glutationas yra geležies „šaperonas“.

4. Kodėl glutationas vadinamas geležies „molekuliniu partneriu“?

Žinome, kad geležis yra gausiausia ir beveik būtina visoms ląstelių funkcijoms, tačiau ji taip pat yra labai oksidacinė; jei nėra apsaugos nuo glutationo, ji sukels oksidacinį stresą ląstelėse ir padarys žalos. „Eksperimento metu buvo patvirtinta, kad SLC25A39 paviršiuje yra unikalių geležies savybių, kurios yra glutationo jutimo mechanizmo dalis. Labai svarbu palaikyti glutationo ir geležies santykį, nes jei glutationo yra per mažai, geležis tampa labai aktyvi, o jei glutationo yra per daug, geležis negali efektyviai funkcionuoti.“

Tyrėjai teigia, kad žmonės bandė pakeisti bendrą glutationo kiekį, bet dažnai nerimavo dėl šalutinio poveikio, todėl dabar turime būdą pakeisti glutationo kiekį mitochondrijose nepaveikiant kitų ląstelės dalių. Ši tikslinė terapija, naudojant specialius transportinius baltymus, gali leisti pamatyti daugiau transformacijos rezultatų.