グルタチオン：特性、構造、機能、生合成 - 生物学 - 2025

グルタチオン（GSHは）非タンパク質等の酵素力学、生合成高分子、中間代謝、酸素毒性、細胞内輸送、などの多くの生物学的現象に関与する（酸残基アミノ酸3つだけ有する）トリペプチド小分子であります

動物、植物、一部の細菌に存在するこの小さなペプチドは、硫黄を含む主要な低分子量化合物の1つであり、関連する毒性がないため、酸化還元「バッファー」と見なされますシステイン残基。

グルタチオンの分子構造（出典：Claudio Pistilli、Wikimedia Commons経由）

人間のいくつかの病気はグルタチオン代謝の特定の酵素の欠乏に関連しており、これは身体の恒常性の維持におけるその複数の機能によるものです。

人間が苦しんでいる栄養失調、酸化ストレス、およびその他の病状は、グルタチオンの劇的な減少として証明することができます。

植物にとっても同様に、グルタチオンは複数の生合成経路の機能を果たし、強力な抗酸化物質として機能する細胞の解毒と内部の恒常性に不可欠であるため、成長と発達に不​​可欠な要素です。

特徴

グルタチオンの細胞内位置に関連して行われた最初の研究は、それがミトコンドリアに存在することを示した。その後、核マトリックスに対応する領域やペルオキシソームでも観察された。

現在、その濃度が最も豊富なコンパートメントがサイトゾルにあることが知られています。それは、そこで生成され、ミトコンドリアなどの他の細胞コンパートメントに輸送されるためです。

哺乳類の細胞では、グルタチオン濃度はミリモルの範囲ですが、血漿ではその還元型（GSH）はマイクロモル濃度で見られます。

この細胞内濃度は、細胞の構造、機能、および代謝に不可欠な要素であるグルコース、カリウム、およびコレステロールの濃度によく似ています。

一部の生物はグルタチオン類似体または変異分子を持っています。哺乳類に影響を与える原虫寄生虫は「トリパノチオ​​ン」として知られる形をしており、一部の細菌ではこの化合物はチオ硫酸塩やグルタミルシステインなどの他の硫黄分子に置き換えられています。

特定の植物種は、グルタチオンに加えて、C末端にグリシン以外の残基（ホモグルタチオン）を持ち、問題のトリペプチドと同様の機能を持つことを特徴とする相同分子を持っています。

さまざまな生物でグルタチオンに類似した他の化合物が存在するにもかかわらず、これは細胞内で最高濃度で見られる「チオール」の1つです。

グルタチオンの還元型（GSH）と酸化型（GSSG）の間に通常存在する高い比率は、この分子の別の際立った特徴です。

構造

グルタチオンまたはL-γ-グルタミル-L-システイニル-グリシンは、その名前が示すように、L-グルタミン酸、L-システイン、およびグリシンの3つのアミノ酸残基で構成されています。システインとグリシン残基は、共通のペプチド結合を介して、つまり1つのアミノ酸のα-カルボキシル基と他のアミノ酸のα-アミノ基の間で結合されます。

ただし、グルタミン酸とシステインの間に発生する結合は、グルタミン酸のR基のγ-カルボキシル部分とシステインのα-アミノ基の間に発生するため、タンパク質に特有のものではないため、この結合はそれはγ結合と呼ばれます。

この小分子は、300 g / molをわずかに超えるモル質量を有し、γ結合の存在は、多くのアミノペプチダーゼ酵素の作用に対するこのペプチドの免疫にとって重要であると思われます。

特徴

述べたように、グルタチオンは動物、植物、および特定の原核生物の多くの細胞プロセスに参加するタンパク質です。この意味で、その一般的な参加：

-タンパク質の合成と分解のプロセス

-DNAリボヌクレオチド前駆体の形成

-いくつかの酵素の活性の調節

-活性酸素種（ROS）および他のフリーラジカルの存在下での細胞の保護

-信号変換

-遺伝子発現と

-アポトーシス、またはプログラムされた細胞死

コエンザイム

グルタチオンは多くの酵素反応において補酵素として機能することも確認されており、その重要性の一部は、細胞内でγ-グルタミルアミノ酸の形でアミノ酸を輸送する能力に関連しています。

細胞を離れることができるグルタチオン（還元された形で存在する）は、原形質膜および周囲の細胞環境の近くで酸化還元反応に関与することができ、細胞を損傷から保護します異なるクラスの酸化剤。

システインストレージ

このトリペプチドは、システイン貯蔵源としても機能し、細胞内部のタンパク質のスルフヒドリル基の還元状態の維持と、前記補因子を含むタンパク質のヘム基の第一鉄状態の維持に貢献します。

タンパク質の折りたたみ

タンパク質の折りたたみに関与する場合、タンパク質構造で不適切に形成されたジスルフィド架橋の還元剤として重要な機能を持っているように見えます。これは通常、酸素、過酸化水素、ペルオキシナイトライトなどの酸化剤への曝露が原因です。いくつかのスーパーオキシド。

赤血球機能

赤血球では、ペントースリン酸経路によって生成されたNADPHを使用する酵素グルタチオンレダクターゼによって生成された還元型グルタチオン（GSH）は、別の酵素によって触媒される反応を通じて過酸化水素の除去に貢献します：グルタチオン水と酸化型グルタチオン（GSSG）を生成するペルオキシダーゼ。

過酸化水素の分解、したがって赤血球への蓄積の防止は、細胞膜で発生する可能性があり、溶血につながる可能性がある酸化的損傷を回避するため、これらの細胞の寿命を延ばします。

異物代謝

グルタチオンはまた、細胞内で代謝できるグルタチオン抱合体を生成するグルタチオンS-トランスフェラーゼ酵素の作用のおかげで、生体異物の代謝における重要なプレーヤーです。

「生体異物」という用語は、生物が曝される薬物、環境汚染物質、化学発がん物質を指すのに使用されることを覚えておくのは賢明です。

細胞の酸化状態

グルタチオンは還元型と酸化型の2つの形で存在するため、2つの分子間の関係が細胞の酸化還元状態を決定します。GSH / GSSG比が100より大きい場合、細胞は健康であると見なされますが、1または10に近い場合は、細胞が酸化ストレスの状態にあることを示している可能性があります。

生合成

グルタチオントリペプチドは、植物と動物の両方で、2つの酵素の作用によって細胞内で合成されます：（1）γ-グルタミルシステイン合成酵素と（2）グルタチオン合成酵素（GSH合成酵素）、その分解または「分解」は、酵素γ-グルタミルトランスペプチダーゼの作用に依存します。

植物生物では、各酵素は単一の遺伝子によってコード化されており、タンパク質またはそのコード化遺伝子のいずれかに欠陥があると、胚に致死性を引き起こす可能性があります。

ヒトでは、他の哺乳動物と同様に、グルタチオンの合成と輸出の主要な部位は肝臓であり、特に、血液やその他の物質を臓器に、また臓器から輸送する静脈チャネルを取り巻く肝臓細胞（肝細胞）にあります。質問。

グルタチオンのデノボ合成、その再生またはリサイクルには、ATPからのエネルギーが必要です。

還元型グルタチオン（GSH）

還元型グルタチオンは、すでに述べたように、アミノ酸のグリシン、グルタミン酸、およびシステインに由来し、その合成は、（Rグループの）グルタミン酸のγ-カルボキシル基の活性化（ATPを使用）から始まり、アシルリン酸中間体を形成します。システインのα-アミノ基に攻撃されます。

この最初の2つのアミノ酸の縮合反応は、γ-グルタミルシステイン合成酵素によって触媒され、通常、アミノ酸のグルタミン酸とシステインの細胞内利用率の影響を受けます。

このようにして形成されたジペプチドは、GSHシンテターゼの作用により、グリシン分子と続いて縮合されます。この反応中に、システインのα-カルボキシル基のATPによる活性化も起こり、アシルリン酸が形成され、グリシン残基との反応が促進されます。

酸化型グルタチオン（GSSG）

還元型グルタチオンが酸化還元反応に関与する場合、酸化型は実際にはジスルフィド橋を介して結合された2つのグルタチオン分子で構成されます。このため、酸化型は頭文字「GSSG」で省略されます。

グルタチオンの酸化種の形成は、グルタチオンペルオキシダーゼまたはGSHペルオキシダーゼと呼ばれる酵素に依存します。これは、セレノシステイン（硫黄原子の代わりにセレン原子を持つシステイン残基）を含むペルオキシダーゼです。アクティブ。

酸化型と還元型の間の相互変換は、酸素の存在下でNAPDHを使用してGSSGの還元を触媒し、同時に過酸化水素を形成するGSSGレダクターゼまたはグルタチオンレダクターゼの関与により発生します。

その摂取の利点

グルタチオンは、例えば、酸化ストレスに苦しむ患者の全身濃度を上げるために、経口、局所、静脈内、鼻腔内または噴霧で投与することができます。

癌

グルタチオンの経口投与に関する研究は、グルタチオンを服用すると口腔癌のリスクを低減する可能性があり、酸化化学療法と併用すると、癌患者の治療の悪影響を低減することを示唆しています。

HIV

一般に、後天性免疫不全ウイルス（HIV）に感染した患者は、赤血球とT細胞および単球の両方に細胞内グルタチオン欠乏症を起こし、その機能が正しく決定されます。

Morris et al。による研究では、HIV陽性患者からのマクロファージへのグルタチオンの供給が、特に結核菌などの日和見病原体による感染に対して、これらの細胞の機能をかなり改善することが示されました。

筋活動

その他の研究は、筋力トレーニング中のGSHの経口投与後の虚血/再灌流傷害に応答して引き起こされる筋収縮活動、抗酸化防御および酸化損傷の改善に関係しています。

肝臓の病理

次に、その摂取または静脈内投与は、いくつかのタイプの癌の進行の防止、および特定の肝病変の結果として起こる細胞損傷の軽減に機能を有すると考えられてきた。

酸化防止剤

報告されているすべての研究が人間の患者で行われたわけではありませんが、通常は動物モデル（通常はマウス）での試験ですが、いくつかの臨床試験で得られた結果は、外因性グルタチオンの抗酸化剤としての有効性を主張しています。

このため、白内障や緑内障の治療に「アンチエイジング」製品として、肝炎、多くの心臓病、記憶喪失の治療に、そして免疫システムの強化に、そして重金属や薬物による中毒後の浄化。

"吸収"

外因的に投与されたグルタチオンは、その構成アミノ酸に加水分解されない限り、細胞に入ることはできません。したがって、この化合物の投与（経口または静脈内）の直接的な効果は、GSHの細胞内濃度の増加です。これは、その合成に必要なアミノ酸の寄与によるもので、サイトゾルに効果的に輸送されます。

副作用

グルタチオン摂取は「安全」または無害であると考えられていますが、その副作用について十分な研究が行われていません。

しかし、報告されたいくつかの研究から、それは他の薬物との相互作用から生じる負の影響をもたらす可能性があり、さまざまな生理学的状況において健康に有害である可能性があることが知られています。

長期間服用すると、亜鉛濃度を過度に低下させるように作用するほか、吸入すると喘息患者に重度の喘息発作を引き起こす可能性があります。

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