Milline on mehhanism, mille abil antioksüdant glutatioon säilitab mitokondrite tervist?

Glutatiooni on tripeptiid, mis sisaldab gammaamiidsidemeid ja tioolrühmi, koosneb glutamiinhappest, tsüsteiinist ja glütsiinist ning esineb peaaegu igas keharakus. Looduslik glutatioon on antioksüdantse toimega valk, mis suudab tõhusalt seista vastu oksüdatiivsete protsesside negatiivsele mõjule inimese tervisele, toita organeid nagu maks ja neerud, aidata organismist vabu radikaale kõrvaldada ja soodustada immuunsüsteemi tugevnemist.

1: Millised on glutatiooni igapäevased ilmingud?

Glutatiooni leidub laialdaselt loomades ja taimedes ning see mängib olulist rolli elusorganismides. Selle sisaldus on kõrge leivapärmis, nisuidudes ja loomamaksas, ulatudes 100–1000 mg/100 g. Inimese veres on seda 26–34 mg/100 g, kanaveres 58–73 mg/100 g ja seaveres 10–15 mg/100 g. Sisaldus on kõrge ka tomatites, ananassides ja kurkides (12–33 mg/100 g), samas kui see on madal bataadis, mungoa idudes, sibulates ja seentes (0.06–0.7 mg/100 g). Ja glutatioon, millega me kokku puutume, esineb peamiselt kahes vormis: redutseeritud vormis (G-SH) ja oksüdeeritud vormis (GSSG), kusjuures redutseeritud vorm moodustab suurema osa sisemistes bioloogilistes tingimustes sünteesitud glutatioonist. Glutatiooni reduktaas võib katalüüsida kahe tüübi vahelist vastastikust muundumist ja selle koensüüm võib pakkuda ka NADPH-d pentoosfosfaadi möödaviigu metabolismiks. Kuna tsüsteiini tioolrühm on glutatiooni aktiivne rühm (seetõttu lühendatakse glutatiooni sageli kui G-SH), on see kergesti seonduv teatud ravimitega (näiteks atsetaminofeen), toksiinidega (näiteks vabad radikaalid, jodoäädikhape), raskmetallidega jne ning omab integreerivat detoksifitseerivat toimet. Seetõttu saab glutatioon (eriti maksarakkudes olev glutatioon) osaleda ainete muundamisel, muutes seeläbi organismis olevad kahjulikud toksiinid kahjututeks aineteks ja eritades need organismist välja.

2: Kuidas antioksüdant glutatioon säilitab mitokondrite tervist?

Vähesed seni avastatud toitumisalased mehhanismid on avaldanud sügavat mõju inimeste tervisele. Hea näide on kolesterooli toitumisalase mehhanismi avastamine, mis viis elupäästvate statiinide väljatöötamiseni.

Nende leidude keskmes on see, kuidas kogu rakk toitaineid tuvastab. Kuid igal inimrakul on iseseisvad, membraaniga ümbritsetud organellid, mis vajavad oluliste funktsioonide täitmiseks samuti kütust. Seega, kas ka neil on oma toitumisandurid?

Uues uuringus avastasid Rockefelleri ülikooli ainevahetuse regulatsiooni ja geneetika labori teadlased esmakordselt rakkudes energiavabriku mitokondrid. See toitumissensor on osa valgust, millel on kolm funktsiooni: antioksüdandi glutatiooni tuvastamine, reguleerimine ja transportimine mitokondrite sisemusse, kus glutatioonil on oluline roll oksüdatiivsete reaktsioonide pärssimisel ja sobiva rauasisalduse säilitamisel. Seda antioksüdanti on mitokondrites eriti palju ja teadlased oletavad, et selle funktsioon on sellest lahutamatu. See on tingitud asjaolust, et rakkude peamise hingamissüsteemina toodavad mitokondrid energiat. Kuid mitokondrid võivad olla ka suure hulga oksüdatiivse stressi allikaks, mis on seotud vähi, diabeedi, ainevahetushäirete, südame- ja kopsuhaigustega jne. Kui glutatiooni taset mitokondrites täpselt ei hoita, siis kõik süsteemid rikki lähevad. Kuid see, kuidas glutatioon mitokondritesse siseneb, on alati olnud teadmata kuni 2021. aastani, mil uus uurimisrühm avastas transportervalgu nimega SLC25A39, mis suudab glutatiooni transportida. Paistab, et see suudab reguleerida glutatiooni sisaldust. Ringlusprotsess on ligikaudu järgmine: kui selle antioksüdandi sisaldus on madal, suureneb SLC25A39 sisaldus, samas kui selle antioksüdandi sisaldus on kõrge, väheneb selle transporditase. Need uuringutulemused viitavad ka tugevalt sellele, et mitokondritel on võime neid kõikumisi tuvastada ja reguleerida, mis tähendab, et mitokondrid arvutavad kuidagi välja, kui palju neil glutatiooni on, ja reguleerivad selle koguse põhjal organismi siseneva antioksüdandi hulka.

3: Kuidas reguleerida ja muuta kehasse siseneva glutatiooni hulka?

Selleks, et mõista, kuidas mitokondrid seda saavutavad, ühendas uurimisrühm biokeemilised uuringud, arvutusmeetodid ja geenitestimise ning leidis, et "SLC25A39 on nii sensor kui ka transporter". Teadlased leidsid glutatioonis ainulaadse lisasilmuse, võrreldes SLC25A39 struktuuri teiste SLC perekonna transporterite struktuuridega AlphaFoldi valgu struktuuri andmebaasis. Kui nad eemaldasid sellelt valgult molekulaarnoaga rõnga, jäi valgu transpordivõime samaks, kuid see kaotas võime glutatiooni tajuda. Teadlased ütlevad, et kui nad selle huvitava rõnga avastasid, arvasime, et tegemist on kahe täiesti sõltumatu domeeniga, millest üks tunnetab glutatiooni ja teine ​​transpordib glutatiooni. Lisaks toetab see uus uuring ka teooriat, et glutatioon on raua "šaperon".

4. Miks nimetatakse glutatiooni raua "molekulaarseks partneriks"?

Me teame, et rauda on kõige rohkem ja see on peaaegu kõigi rakuliste funktsioonide jaoks hädavajalik, kuid see on ka väga oksüdatiivne; kui glutatiooni eest kaitset ei ole, vallandab see rakkudes oksüdatiivse stressi, põhjustades kahjustusi. „Katses kinnitati, et SLC25A39 pinnal on glutatiooni tuvastamise mehhanismi osana ainulaadsed raua omadused. On väga oluline säilitada glutatiooni ja raua suhe, sest kui glutatiooni on liiga vähe, muutub raud väga aktiivseks, samas kui kui glutatiooni on liiga palju, ei saa raud tõhusalt toimida.“

Teadlased ütlevad, et kuna inimesed on püüdnud muuta glutatiooni üldist taset, kuid sageli muretsevad selle kõrvalmõjude pärast, on meil nüüd võimalus muuta glutatiooni taset mitokondrites ilma raku teisi osi mõjutamata. See spetsiaalsete transportervalkude abil teostatav sihipärane ravi võib võimaldada meil näha rohkem transformatsioonitulemusi.