Глутатионпероксидаза
Семейство ферментов, защищающих организм от окислительных повреждений
Глутатионпероксидаза
Кристаллографическая структура бычьей глутатионпероксидазы 1. [1]
Идентификаторы
Номер ЕС1.11.1.9
Номер CAS9013-66-5
Базы данных
ИнтЭнзIntEnz вид
БРЕНДАзапись BRENDA
ExPASyNiceZyme вид
КЕГГзапись KEGG
МетаЦикметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDBRCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmiGO / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки
Глутатионпероксидаза
Идентификаторы
СимволGSHPx
ПфамПФ00255
ИнтерПроIPR000889
ПРОСИТPDOC00396
СКОП21gp1 / SCOPe / SUPFAM
Доступные структуры белков:
Пфам  структуры / ECOD  
ПДБRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumрезюме структуры
ПДБ2ф8а Б:14-128 1гп1 А:19-133

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 им спиртов и восстановлении свободной перекиси водорода до воды. [3]

Изоферменты

Несколько изоферментов кодируются различными генами , которые различаются по клеточному расположению и субстратной специфичности. Глутатионпероксидаза 1 (GPx1) является наиболее распространенной версией, обнаруженной в цитоплазме почти всех тканей млекопитающих, предпочтительным субстратом которой является перекись водорода. Глутатионпероксидаза 4 (GPx4) имеет высокое предпочтение к гидроперекисям липидов; она экспрессируется почти в каждой клетке млекопитающих, хотя и в гораздо более низких уровнях. Глутатионпероксидаза 2 является кишечным и внеклеточным ферментом, в то время как глутатионпероксидаза 3 является внеклеточным, особенно распространенным в плазме. [4] На данный момент у людей идентифицировано восемь различных изоформ глутатионпероксидазы (GPx1-8).

ГенЛокусФермент
GPX1Хр. 3 стр. 21.3глутатионпероксидаза 1
GPX2Хр. 14 q24.1глутатионпероксидаза 2 (желудочно-кишечный тракт)
GPX3Хр. 5 q23глутатионпероксидаза 3 (плазма)
GPX4Хр. 19 стр. 13.3глутатионпероксидаза 4 (фосфолипидгидропероксидаза)
GPX5Хр. 6 стр. 21.32глутатионпероксидаза 5 (белок, связанный с андрогенами придатка яичка)
GPX6Хр. 6 стр. 21глутатионпероксидаза 6 (обонятельная)
GPX7Хр. 1 стр. 32глутатионпероксидаза 7
GPX8Хр. 5 q11.2глутатионпероксидаза 8 (предполагаемая)

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 преобразуется обратно в селенол с помощью двухэтапного процесса, который начинается с реакции с GSH с образованием GS-SeR и воды . Вторая молекула GSH восстанавливает промежуточное соединение GS-SeR обратно в селенол, высвобождая GS-SG в качестве побочного продукта. Упрощенное представление показано ниже: [5]

RSeH + H2O2 → RSeOH + H2O
RSeOH + GSH → GS-SeR + H2O
GS-SeR + GSH → GS-SG + RSeH

Затем глутатионредуктаза восстанавливает окисленный глутатион, завершая цикл:

GS–SG + НАДФН + H + → 2 GSH + НАДФ + .

Структура

Было показано, что GPx1 , GPx2 , GPx3 и GPx4 млекопитающих являются селенсодержащими ферментами, тогда как GPx6 является селенопротеином 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 , ее антиоксидантная защитная система сама по себе в значительной степени зависит от присутствия селена .

Модели животных

Мыши, генетически модифицированные для отсутствия глутатионпероксидазы 1 (мыши Gpx1 −/− ), являются в целом нормальными фенотипически и имеют нормальную продолжительность жизни, что указывает на то, что этот фермент не является критическим для жизни. Однако у мышей Gpx1 −/− развивается катаракта в раннем возрасте и наблюдаются дефекты пролиферации мышечных сателлитных клеток. [4] У мышей Gpx1 −/− пороги слуховой реакции ствола мозга (ABR) были на 16 дБ выше, чем у контрольных мышей. После воздействия шума в 110 дБ в течение одного часа у мышей Gpx1 −/− наблюдалась потеря слуха, вызванная шумом, на 15 дБ больше, чем у контрольных мышей. [6] "

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

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

Фермент эритроцитов быка имеет молекулярную массу 84 кДа .

Открытие

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

Методы определения активности глутатионпероксидазы

Активность глутатионпероксидазы измеряется спектрофотометрически с использованием нескольких методов. 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 основе этого было разработано несколько процедур для измерения активности глутатионпероксидазы с использованием различных гидропероксидов в качестве субстратов для восстановления, например, гидропероксида кумола, [12] трет-бутилгидропероксида [13] и перекиси водорода. [14]

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

Клиническое значение

Было показано, что низкие уровни глутатионпероксидазы, измеренные в сыворотке, могут быть фактором, способствующим витилиго . [17] Более низкие уровни глутатионапероксида в плазме также наблюдались у пациентов с диабетом 2 типа с макроальбуминурией , и это коррелировало со стадией диабетической нефропатии . [ необходима ссылка ] В одном исследовании активность глутатионпероксидазы вместе 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 была намного ниже у пациентов с рецидивирующе-ремиттирующим рассеянным склерозом . [19] Одно исследование предположило, что полиморфизмы глутатионпероксидазы и супероксиддисмутазы играют роль в развитии целиакии . [20]

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

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ PDB : 1GP1 ​; Epp O, Ladenstein R, Wendel A (июнь 1983). «Уточненная структура селенофермента глутатионпероксидазы при разрешении 0,2 нм». European Journal of Biochemistry . 133 (1): 51–69. doi :10.1111/j.1432-1033.1983.tb07429.x. PMID  6852035.
  2. ^ Muthukumar K, Nachiappan V (декабрь 2010 г.). «Окислительный стресс, вызванный кадмием, в Saccharomyces cerevisiae». Indian Journal of Biochemistry & Biophysics . 47 (6): 383–7. PMID  21355423.
  3. ^ Muthukumar K, Rajakumar S, Sarkar MN, Nachiappan V (май 2011 г.). «Glutathione peroxidase3 of Saccharomyces cerevisiae защищает фосфолипиды во время окислительного стресса, вызванного кадмием». Antonie van Leeuwenhoek . 99 (4): 761–71. doi :10.1007/s10482-011-9550-9. PMID  21229313. S2CID  21850794.
  4. ^ abc Muller FL, Lustgarten MS, Jang Y, Richardson A, Van Remmen H (август 2007 г.). «Тенденции в теориях окислительного старения». Free Radical Biology & Medicine . 43 (4): 477–503. doi :10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.034. PMID  17640558.
  5. ^ Бхабак КП, Мугеш Г (ноябрь 2010 г.). «Функциональные имитаторы глутатионпероксидазы: биоинспирированные синтетические антиоксиданты». Accounts of Chemical Research . 43 (11): 1408–19. doi :10.1021/ar100059g. PMID  20690615.
  6. ^ Ohlemiller KK, McFadden SL, Ding DL, Lear PM, Ho YS (ноябрь 2000 г.). «Целевая мутация гена клеточной глутатионпероксидазы (Gpx1) увеличивает вызванную шумом потерю слуха у мышей». Журнал Ассоциации исследований в области отоларингологии . 1 (3): 243–54. doi :10.1007/s101620010043. PMC 2504546. PMID  11545230 . 
  7. ^ Esworthy RS, Aranda R, Martín MG, Doroshow JH, Binder SW, Chu FF (сентябрь 2001 г.). «У мышей с комбинированным нарушением генов Gpx1 и Gpx2 есть колит». American Journal of Physiology. Gastrointestinal and Liver Physiology . 281 (3): G848-55. doi :10.1152/ajpgi.2001.281.3.G848. PMID  11518697. S2CID  21615743.
  8. ^ Olson GE, Whitin JC, Hill KE, Winfrey VP, Motley AK, Austin LM и др. (май 2010 г.). «Внеклеточная глутатионпероксидаза (Gpx3) специфически связывается с базальными мембранами клеток почечных канальцев коркового вещества мыши». American Journal of Physiology. Renal Physiology . 298 (5): F1244-53. doi :10.1152/ajprenal.00662.2009. PMC 2867408 . PMID  20015939. 
  9. ^ Ran Q, Liang H, Ikeno Y, Qi W, Prolla TA, Roberts LJ и др. (сентябрь 2007 г.). «Снижение уровня глутатионпероксидазы 4 увеличивает продолжительность жизни за счет повышения чувствительности к апоптозу». Журналы геронтологии. Серия A, Биологические науки и медицинские науки . 62 (9): 932–42. doi : 10.1093/gerona/62.9.932 . PMID  17895430.
  10. ^ Mills GC (ноябрь 1957 г.). «Катаболизм гемоглобина. I. Глутатионпероксидаза, фермент эритроцитов, защищающий гемоглобин от окислительного распада». Журнал биологической химии . 229 (1): 189–97. doi : 10.1016/S0021-9258(18)70608-X . PMID  13491573.
  11. ^ Paglia DE, Valentine WN (июль 1967). «Исследования количественной и качественной характеристики глутатионпероксидазы эритроцитов». Журнал лабораторной и клинической медицины . 70 (1): 158–69. PMID  6066618.
  12. ^ Zakowski JJ, Tappel AL (сентябрь 1978 г.). «Полуавтоматическая система для измерения глутатиона в анализе глутатионпероксидазы». Аналитическая биохимия . 89 (2): 430–6. doi :10.1016/0003-2697(78)90372-X. PMID  727443.
  13. ^ Моина В.М. (1986). "[Простой и специфический метод определения активности глутатионпероксидазы в эритроцитах]". Лабораторное дело . 12 (12): 724–7. PMID  2434712.
  14. ^ Разыграев АВ, Юшина АД, Титович IA (август 2018). «Исправление к: Метод измерения активности глутатионпероксидазы в мозге мышей: применение в фармакологическом эксперименте». Бюллетень экспериментальной биологии и медицины . 165 (4): 589–592. doi :10.1007/s10517-018-4219-2. PMID  30121905. S2CID  52038817.
  15. ^ Ахмед, AY; Ауда, SA; Хадван, MH (2021). «Проверенный метод оценки активности фермента глутатионпероксидазы». Chemical Papers . 75 (12): 6625–6637. doi :10.1007/s11696-021-01826-1. ISSN  2585-7290. S2CID  236219189.
  16. ^ Рамос Мартинес, JI; Лоней, Ж.-М.; Дре, К. (1979). «Чувствительный флуориметрический микроанализ для определения активности глутатионпероксидазы. Применение к тромбоцитам крови человека». Аналитическая биохимия . 98 (1): 154–159. doi :10.1016/0003-2697(79)90720-6. ISSN  0003-2697.
  17. ^ Zedan H, Abdel-Motaleb AA, Kassem NM, Hafeez HA, Hussein MR (март 2015 г.). «Низкие уровни активности глутатионпероксидазы у пациентов с витилиго». Журнал кожной медицины и хирургии . 19 (2): 144–8. doi :10.2310/7750.2014.14076. PMID  25775636. S2CID  32708904.
  18. ^ Yang S, Jensen MK, Rimm EB, Willett W, Wu T (ноябрь 2014 г.). «Эритроцитарная супероксиддисмутаза, глутатионпероксидаза и активность каталазы и риск ишемической болезни сердца у здоровых женщин в целом: перспективное исследование». American Journal of Epidemiology . 180 (9): 901–8. doi :10.1093/aje/kwu195. PMC 4207716 . PMID  25156995. 
  19. ^ Socha K, Kochanowicz J, Karpińska E, Soroczyńska J, Jakoniuk M, Mariak Z, Borawska MH (июнь 2014 г.). «Пищевые привычки и селен, глутатионпероксидаза и общий антиоксидантный статус в сыворотке пациентов с рецидивирующе-ремиттирующим рассеянным склерозом». Nutrition Journal . 13 : 62. doi : 10.1186/1475-2891-13-62 . PMC 4080729. PMID  24943732 . 
  20. ^ Katar M, Ozugurlu AF, Ozyurt H, Benli I (февраль 2014 г.). «Оценка полиморфизмов ферментов глутатионпероксидазы и супероксиддисмутазы у пациентов с целиакией». Genetics and Molecular Research . 13 (1): 1030–7. doi : 10.4238/2014.February.20.4 . PMID  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. 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Глутатионпероксидаза&oldid=1231341384"