Глутатионпероксидазы (ГП, англ. Glutathione peroxidase, PDB 1GP1, (КФ 1.11.1.9 Архивная копия от 26 мая 2011 на Wayback Machine) — семейство ферментов, защищающих организм от окислительного повреждения. Глутатионпероксидазы катализируют восстановление гидроперекисей липидов в соответствующие спирты и восстановление пероксида водорода до воды. Известно несколько генов, кодирующих разные формы глутатионпероксидаз, отличающиеся по локализации в организме. У млекопитающих и человека значительная часть ферментов данного семейства представляет собой селеносодержащие тетрамерные белки и гликопротеины, существуют также мономерные и неселеновые формы[1].
Изоферменты
Существует несколько изоферментов, которые кодируются разными генами. Изоферменты отличаются по локализации в клетке и субстратной специфичности. У человека различают 8 форм GPx, 5 из которых являются селензависимыми (селен входит в состав активного центра)[1]. Глутатионпероксидаза 1 (GPx1) - тетрамерная форма, является наиболее распространенной формой фермента, и обнаружена в цитоплазме практически всех тканей млекопитающих, субстратом GPx1 является как пероксид водорода, так и многие органические гидропероксиды. Глутатионпероксидаза 2 (GPx2) - также тетрамерный фермент, экспрессируется в кишечнике. Наибольшие концентрации этого фермента найдены у основания крипт кишечника. В эмбриогенезе экспрессия гена, кодирующего GPx2, преобладает в быстрорастущих тканях[1]. GPx3 является внеклеточным тетрамерным ферментом и в основном встречается в плазме.[2] Секретируется в плазму крови в основном почками[1]. Глутатионпероксидаза 4 (GPx4) - мономерный изофермент, имеет большое значение в метаболизме гидропероксидов липидов; GPx4 также экспрессируется практически во всех клетках млекопитающих на более низких уровнях. Существует в виде трех форм, синтезирующихся с одного и того же гена (цитозольная, митохондриальная формы и GPx4 ядер клеток спермы)[1]. GPx5 - тетрамерная неселеновая GPx, специфичная для придатков семенников (образуется в эпителии головки придатка семенника)[1]. GPx6 - тетрамер, селенопротеин у человека и неселеновый фермент у грызунов, экспрессия гена этого фермента выявлена в эмбрионах мышей и в боуменовых железах под обонятельным эпителием[1].
Глутатионпероксидаза, выделенная из эритроцитов быка, имеет молекулярную массу около 84 кДа.
Реакция
Примером реакции, катализируемой ферментом глутатионпероксидазой, является реакция:
2GSH + H2O2 → GS-SG + 2H2O.
где GSH обозначает восстановленный глутатион, а GS-SG — дисульфид глутатиона.
Фермент глутатионредуктаза далее восстанавливает окисленный глутатион и завершает цикл:
GS-SG + NADPH + H+ → 2 GSH + NADP+.
Структура
Обнаружено, что у млекопитающих GPx1, GPx2, GPx3 и GPx4 являются селеносодержащими ферментами, тогда как GPx6 — селенопротеин человека с цистеин-содержащими гомологами у грызунов. GPx1, GPx2 и GPx3 являются гомотетрамерными белками, тогда как GPx4 и GPx7 имеют мономерную структуру[1]. Целостность клеточных и внутриклеточных мембран сильно зависит от глутатионпероксидазы. Антиоксидантные функции селенсодержащих форм глутатионпероксидазы сильно увеличены за счет наличия селена[3].
Механизм реакции
В активном центре фермента находится остаток аминокислоты селеноцистеина. Атом селена находится в степени окисления −1 и окисляется гидропероксидом до SeOH. Далее SeOH соединяется с молекулой глутатиона (GSH), образуя Se-SG и далее соединяется с другой молекулой глутатиона. При этом регенерируется Se− и образуется побочный продукт GS-SG.
Методы определения активности глутатионпероксидазы
Активность глутатионпероксидазы измеряют спектрофотометрически несколькими методами. Широко используется реакционная смесь, в которую добавляют глутатионредуктазу с последующим измерением конверсии NADPH в NADP[4]. Другой подход — измерение остаточного восстановленного глутатиона (GSH) в реакции с реактивом Эллмана. На основе этого существует несколько методов определения глутатионпероксидазной активности, в каждом из которых применяются разные гидропероксиды в качестве восстанавливаемого субстрата, например, гидропероксид кумола[5], трет-бутилгидропероксид[6] и пероксид водорода[7].
Тиоловая специфичность
Строгая зависимость функционирования глутатионпероксидаз от GSH характерна не для всех изоферментов этого семейства. GPx1 довольно строго специфична к GSH, хотя может использовать гамма-глутамилцистеин вместо GSH в качестве тиолового косубстрата[1]. Получены свидетельства того, что GPx3 способна использовать восстановленный гомоцистеин вместо GSH[8]. Также GPx3 хорошо реагирует с цистеином, тиоредоксином и глутаредоксином вместо GSH[1].
Нокауты генов
Мыши, нокаутные по гену Gpx1 глутатитонпероксидазы имеют нормальный фенотип, нормальную продолжительность жизни. Эти данные указывают на то, что данный фермент не является критичным для жизнедеятельности. Однако, у мышей, нокаутных по двум копиям гена, преждевременно развивается катаракта и наблюдаются дефекты в пролиферации вспомогательных мышечных клеток.[2] Однако, мыши нокаутные по гену GPX4 глутатионпероксидазы 4, погибают в течение раннего эмбрионального развития.[2] Существуют данные, свидетельствующие о том, что пониженный уровень глутатионпероксидазы 4 может повышать продолжительность жизни у мышей.[9]
Данные о нокаутах других генов, кодирующих глутатионпероксидазы, отсутствуют.
Открытие
Глутатионпероксидаза была открыта в 1957 году Гордоном Миллсом.[10]
Примечания
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Разыграев А.В., Матросова М.О., Титович И.А. Роль глутатионпероксидаз в ткани эндометрия: факты, гипотезы, перспективы изучения // Журнал акушерства и женских болезней. — 2017. — Т. 66, № 2. — С. 104—111. Архивировано 9 декабря 2018 года.
- ↑ 1 2 3 Muller F.L., Lustgarten M.S., Jang Y., Richardson A., Van Remmen H. Trends in oxidative aging theories (англ.) // Free Radical Biology and Medicine[англ.] : journal. — 2007. — August (vol. 43, no. 4). — P. 477—503. — doi:10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.034. — PMID 17640558.
- ↑ Regina Brigelius-Flohé, Leopold Flohé. Selenoproteins of the Glutathione Peroxidase Family (англ.) // Selenium. — Springer, New York, NY, 2011. — P. 167—180. — ISBN 9781461410249, 9781461410256. — doi:10.1007/978-1-4614-1025-6_13. Архивировано 9 декабря 2018 года.
- ↑ D. E. Paglia, W. N. Valentine. Studies on the quantitative and qualitative characterization of erythrocyte glutathione peroxidase // The Journal of Laboratory and Clinical Medicine. — 1967-07. — Т. 70, вып. 1. — С. 158–169. — ISSN 0022-2143. Архивировано 11 декабря 2021 года.
- ↑ Jack J. Zakowski, Al L. Tappel. A semiautomated system for measurement of glutathione in the assay of glutathione peroxidase (англ.) // Analytical Biochemistry. — 1978-09-01. — Vol. 89, iss. 2. — P. 430–436. — ISSN 0003-2697. — doi:10.1016/0003-2697(78)90372-X.
- ↑ V. M. Moin. [A simple and specific method for determining glutathione peroxidase activity in erythrocytes] // Laboratornoe Delo. — 1986. — Вып. 12. — С. 724–727. — ISSN 0023-6748. Архивировано 11 декабря 2021 года.
- ↑ А.В.Разыграев, А.Д.Юшина, И.А.Титович. Методика определения активности глутатионпероксидазы мозга мышей и ее применение в фармакологическом эксперименте // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. — 2018. — Т. 165, № 2. — С. 261-267. Архивировано 11 декабря 2021 года.
- ↑ Разыграев А.В., Таборская К.И., Петросян М.А., Тумасова Ж.Н. Тиолпероксидазные активности плазмы крови крыс, определяемые с использованием пероксида водорода и 5,5`-дитиобис(2-нитробензойной кислоты) // Биомедицинская химия. — 2016. — Т. 62, № 4. — С. 431—438. — ISSN 10.18097/PBMC20166204431. Архивировано 9 декабря 2018 года.
- ↑ Ran Q., Liang H., Ikeno Y., et al. Reduction in glutathione peroxidase 4 increases life span through increased sensitivity to apoptosis (англ.) // The Journals of Gerontology : journal. — 2007. — Vol. 62, no. 9. — P. 932—942. — PMID 17895430.
- ↑ MILLS G.C. Hemoglobin catabolism. I. Glutathione peroxidase, an erythrocyte enzyme which protects hemoglobin from oxidative breakdown (англ.) // Journal of Biological Chemistry : journal. — 1957. — November (vol. 229, no. 1). — P. 189—197. — PMID 13491573. Архивировано 30 мая 2020 года.
См. также
