Glutathionperoxidasa
(EC 1.11.1.9 )
glutathion: peroxid
vodíku oxidoreduktasa, GSHPx, GPx
M. h.
Je to enzym katalyzující
štěpení peroxidu vodíku a současnou oxidaci cystein obsahujícího glutathionu (GSH):
H2O2 + 2
GSH →
2 H2O + GSSG
Aby tento enzym mohl plynule
zajišťovat likvidaci peroxidu vodíku, je třeba regenerovat glutathion
v redukované formě. K tomu slouží glutathionreduktáza
(GR), která využívá k redukci glutathionu
pyridinový koenzym NADPH.
GSSG + NADPH
+ H+ →
2 GSH + NADP+
Výsledkem obou těchto reakcí
je rozštěpení peroxidu a současná oxidace NADPH:
H2O2 + NADPH tedy +
H+ → 2
H2O + NADP+
Glutathionperoxidáza je
společně s katalázou součástí ochranného systému organismu, pomocí něhož
se odstraní toxický peroxid vodíku vznikající ze superoxidu působením
superoxiddismutázy. Nadbytek peroxidu vodíku by mohl vést ke vzniku
hydroxylového radikálu Haber-Weissovou reakcí nebo Fentonovou reakcí. V ochranném systému je funkce
glutathionperoxidázy a glutathionreduktázy spřažena.
GSHPx se vyskytuje ve třech
různých formách, které se nacházejí v různých oddílech buňky (Middipati et
al 1987):
Jednotlivé formy se odlišují
stavbou molekuly a tedy i imunochemicky a
pohyblivostí v elektrickém poli.
Prvé dvě formy se nacházejí v cytoplazmě buněk (c-GSHPx) a v krevní
plazmě, tedy v extracelulární tekutině (e-GSHPx). Jedná se o bílkovinu o
molekulové hmotnosti 22 kDa, obsahující v aktivním centru speciální
aminokyselinu, selenocystein (selenový analog cysteinu). Je zajímavé, že
tato aminokyselina má svou speciální t-RNA; někdy je také nazývána “21.
aminokyselinou”. Aktivita GSHPx v plazmě je však řádově nižší než ve
tkáních. Nedostatek selenu se projeví poklesem aktivity GSHPx, avšak až tehdy,
je-li značný. U pacientů s výraznou deplecí selenu existuje pozitivní
korelace mezi hladinou selenu v séru a aktivitou GSHPx
v erytrocytech. Třetí typ GSHPx se od předchozích liší. Je vázaná
v membráně a odtud i název fosfolipidová glutathionperoxidasa
(p-GSHPx). Tento enzym o molekulové hmotnosti 18 kDa redukuje nejen peroxid
vodíku, ale na rozdíl od předchozích dvou typů GSHPx i lipidové hydroperoxidy,
které přeměňuje na příslušné hydroxylové deriváty lipidů. Tím chrání
fosfolipidy buněčných membrán a přerušuje řetězovou reakci poškození jejich
lipidů volnými radikály (lipoperoxidaci). Nedojde tak k posledním fázím,
kdy by vznikl malondialdehyd, 4-hydroxynonenal a jiné toxicky a mutagenně
působící aldehydy (Ursini et al. 1982)
Dědičný defekt tvorby
GSHPx se projeví stejně jako defekt tvorby GR - činnost obou enzymů je
spřažena (Cohen et al. 1985). Výsledkem je poškození buněčných membrán, které
nejsou chráněny před lipoperoxidací, což mí za následek mírnou až středně
těžkou hemolytickou anémii. Anémii zhoršují látky s oxidačním účinkem
včetně některých léků (nitrofurantoin, sulfonamidy).
K méně výraznému
poklesu aktivity GSHPx dochází, jak již bylo uvedeno, až u těžké deplece
selenu. Zvýšená aktivita GSHPx, vzácně pozorovaná u některých jedinců, nemá
klinický význam.
Literatura
·
Aebi H.: Catalase. In:
Bergmayer H. U. (ed.): Methods of Enzymatic Analysis, vol. 2, Verlag Chemie,
Academic Press, Inc., New York, San Francisco, London, 1974, s. 673-684.
·
Babior, B. M.:
Superoxide: a two-edged sword. Braz. J. Med. Biol. Res., 20, 1997, s. 141-155.
·
Bannister, J. V.,
Bannister, W. H., Rotilio, G.: Aspects of the structure, function, and
applications of superoxide dismutase. CRC Crit. Rev. Biochem., 22, 1987, č. 2,
s. 111-180.
·
Bowler, C., Van
Montagu, M., Inzé, D.: Superoxide dismutase and stress tolerance. Ann. Rev.
Plant Physiol. Mol. Biol., 43, 1995, s. 83-116.
·
Bray, R. C., Cockle, S.
A., Fielden, E. M., Roberts, P. B., Rotilio, G., Calabrese, I.: Reduction and
inactivation of superoxide dismutase by hydrogen peroxide. Biochem. J., 139, 1974, s. 43-48.
·
Cardoso, S. M., Pereira,
C., Oliveira, C. R.: The protective effect of vitamin E, idebenone and reduced
glutathione on free radical mediated injury in rat brain synaptosomes. Biochem.
Biophys. Res. Commun., 246, 1998, č. 3, s. 703-710.
·
Carlioz A., Touati D.:
Isolation of superoxide dismutase mutants in Escherichia coli: is superoxide
dismutase necessary for anaerobic life? EMBO J., 5, 1986, č. 3, s. 623-630.
·
Fenton, H. J. H.: Oxidation of tartaric acid in
the presence of iron. J. Chem. Soc., 65, 1894, s. 899-910.
·
Cohen,
H. J., Chovaniec, M. E., Mitretta, D., Baker, S. S.: Selenium repletion and
glutathione peroxidase - differential effects on plasma and red blood cell
enzyme activity. Am. J. Clin. Nutr., 41, 1985, s. 735-747.
·
Gaetani, G. F.,
Ferraris, A. M., Rolfo, M., Mangerini, R., Arena, S., Kirkman, H. N.:
Predominant role of catalase in the disposal of hydrogen peroxide within human
erythrocytes. Blood, 87, 1996, s. 1595-1599.
·
Hasanoglu, E., Altan,
N., Sindel, S., Ongun, C. O., Bali, M., Altintass, E.: The relationship between
erythrocyte superoxide dismutase activity and plasma levels of some trace
elements (Al, Cu, Zn) of dialysis patients. Gen. Pharm., 25, 1994, č. 1, s.
107-110.
·
Henderson, A., Hayes,
P.: Acetylcysteine as a cytoprotective antioxidant in patients with severe
sepsis: potential new use for an old drug. Ann. Pharmacother., 28, 1994, č. 9,
s. 1086-1088.
·
Holeček, V., Racek,
J.,Jeschke, J., Zima, T., Krejčová, I.: Einfluss von Vitaminen, Mineralstoffen
und spurenelementen auf ausgewählte biochemische und spiroergometri-sche parameter
bei Rauchern. Erfarungsheilkunde, 1997, č. 10, s. 590-598.
·
Hosler, B. A., Brown,
R. H. Jr.: Copper-zink superoxide dismutase mutations and free radical damage
in amyotrophic lateral sclerosis. Adv. Neurol., 68, 1995, s. 41-46.
·
Jain, K. J., McVie, R.:
Effect of glycemic control, race (white versus black), and duration of diabetes
on reduced glutathione content in erythrocytes of diabetic patients.
Metabolism, 43, 1994, č. 3, s. 306-309.
·
Jenner, P.: Altered
mitochondrial function, iron metabolism and glutathione levels in Parkinson´s
disease. Acta Neurol. Scand., 146, 1993, Suppl., s. 6-13.
·
Leichtweis, S. B.,
Leewenburgh, C., Parmelee, D. J., Fiebig, R., Ji, L. L.: Rigorous swim training
impairs mitochondrial function in post-ischaemic rat heart. Acta Physiol.
Scand., 160, 1997, č. 2, s. 139-148.
·
Maddipati, K. R.,
Gasparski, C., Marnett, L. J.: Characterization of the hydroperoxide-reducing
activity of human plasma. Arch. Biochem. Biophys., 254, 1987, s. 9-17.
·
Michiels, C., Raes, M., Toussaint, O., Remack, J.:
Importance of Se-glutathione peroxidase, catalase and Cu/Zn-SOD for cell
survival against oxidative stress. Free Radic. Biol. Med., 17, 1994 s. 235-248.
·
Porstmann, T.,
Wietscke, R., Cobet, G., Stamminger, G., Bollmann, R., Rogalski, V.,
Pas, P.: Cu/Zn superoxide dismutase quantification from fetal erythrocytes - an
efficient confirmatory test for Down¢s syndrome after maternal serum screening and
sonographic investigations. Prenat. Diag., 11, 1991, s. 295-303.
·
Racek, J., Eiselt, J.,
Holeček, V., Krejčová, I.: Extra- and
intracellular antioxidative defence in patients under regular dialysis
treatment. XVI. International Congress of Clinical Chemistry, London (UK), 7. –
12. 7. 1996.
·
Racek,
J., Kučera, M., Holeček, V., Trefil, L., Pašek, Z.: Vliv suplementace vitaminy
a stopovými prvky na ukazatele antioxidační ochrany u nemocných
s revmatickými chorobami. Klin. Biochem. Metab., 7, 1999, č. 4, s.
239-242.
·
Roth, E., Torok, B.,
Kelemen, D., Pollak, S.: Free radical mediated injuries after coronary artery
occlusion. Basic Res. Cardiol., 84, 1989, č. 4, 388-395.
·
Schneeberger, H.,
Schleibner, S., Schilling, M., Illner, W. D., Abendroth, D., Hancke, E.,
Janicke, U., Land, W.: Prevention of acute renal failure after kidney
transplantation by treatment with rh-SOD: interim analysis of a double-blind
placebo-controlled trial. Transplant. Proc., 22, 1990, č. 5, s. 2224-2225.
·
Speat, N., Aust, S. D.:
Effects of glutathione on Fenton reagent-dependent radical production and DNA
oxidation. Arch. Biochem. Biophys., 324, 1995, č. 1, s. 111-116.
·
Steinerová, A., Racek,
J., Holeček, V.: Účinek podávání
fenofibratu (Lipanthyl 100) a alfa-tokoferolu (vitamin E) na hladinu
lipidů a aktivitu superoxiddismutasy. Klin. Biochem. Metab., 3, 1995, č. 2, s.
106-108.
·
Štípek, S.:
Antioxidanty a volné radikály ve zdraví a nemoci. Grada-Avicenum, Praha, 2000,
ISBN 80-7169-704-4.
·
Thomas, S. R., Neuzil,
J., Mohr, D., Stocker, R.: Coantioxidants make alpha-tocopherol an efficient
antioxidant for low density lipoprotein. Am. J. Clin. Nutr., 62, 1995, Suppl.
6, s. 1357S-1364S.
·
Thome, J., Foley, P.,
Gsell, W., Davids, E., Wodarz, N., Wiesbeck, G. A., Böning, J., Riederer, P.: Increased concentrations of manganese
superoxide dismutase in serum of alcohol-dependent patients. Alcohol
Alcoholism, 32, 1997, č, 1, s. 65-69.
·
Ursini, F., Maiorino,
M., Valenta, M., Ferri, L., Gregolin, C.: Purification from pig liver of a
protein which protects liposomes and biomembranes from peroxidative degradation
and exhibits glutathione peroxidase activity on phosphatidylcholine
hydroperoxides. Biochim. Biophys. Acta, 710, 1982, s. 197-211.
·
van Loon, A. P. G. M.,
Pesold-Hurt, B., Schatz, G.: A yeast mutant lacking mitochondrial
manganese-superoxide dismutase is hypersensitive to oxygen. Proc. Natl. Acad.
Sci. USA, 83, 1986, s. 3820-3824.
·
Weinstein, T., Chagnac,
A., Korzets, A., Boaz, M., Ori, Y., Herman, M., Malachi, T., Gafter, U.:
Haemolysis in haemodialysis patients: evidence for impaired defence mechanisms
against oxidative stress. Nephrol. Dial. Transplant., 15, 2000, č. 6, s.
883-887.
Další
informace:
Jaroslav Racek