Каков механизм, с помощью которого антиоксидант глутатион поддерживает здоровье митохондрий?

Глутатион представляет собой трипептид, содержащий гамма-амидные связи и тиоловые группы, состоящий из глутаминовой кислоты, цистеина и глицина, присутствующий практически в каждой клетке организма. Натуральный глутатион представляет собой белок с антиоксидантным действием, который может эффективно противостоять негативному влиянию окислительных процессов на здоровье человека, питать такие органы, как печень и почки, помогать устранять свободные радикалы в организме и способствовать укреплению иммунной системы.

1: Каковы ежедневные проявления глутатиона?

Глутатион широко представлен в животных и растениях и играет важную роль в живых организмах. Его содержание высоко в хлебных дрожжах, зародышах пшеницы и печени животных, достигая 100-1000 мг/100 г. Он присутствует в крови человека в количестве 26-34 мг/100 г, в куриной крови в количестве 58-73 мг/100 г, в свиной крови в количестве 10-15 мг/100 г. Его содержание также высоко в томатах, ананасах и огурцах (12-33 мг/100 г), тогда как его низко в сладком картофеле, ростках маша, луке и грибах (0.06-0.7 мг/100 г). И глутатион, с которым мы сталкиваемся, в основном существует в двух формах: восстановленная форма (G-SH) и окисленная форма (GSSG), причем восстановленная форма составляет подавляющее большинство глутатиона, синтезируемого во внутренних биологических условиях. Глутатионредуктаза может катализировать взаимопревращение между двумя типами, а ее кофермент может также обеспечивать НАДФН для пентозофосфатного обходного метаболизма. Поскольку тиоловая группа цистеина является активной группой глутатиона (поэтому глутатион часто сокращенно обозначается как G-SH), он легко связывается с некоторыми лекарственными средствами (такими как ацетаминофен), токсинами (такими как свободные радикалы, йодуксусная кислота), тяжелыми металлами и т. д. и оказывает интегративное детоксикационное действие. Таким образом, глутатион (особенно глутатион в клетках печени) может участвовать в преобразовании веществ, тем самым преобразуя вредные токсины в организме в безвредные вещества и выводя их из организма.

2: Как антиоксидант глутатион поддерживает здоровье митохондрий?

Несколько механизмов восприятия питания, обнаруженных до сих пор, оказали глубокое влияние на здоровье человека. Ярким примером является открытие механизма восприятия питания холестерином, что привело к разработке статинов, спасающих жизни.

В центре внимания этих открытий находится то, как вся клетка обнаруживает питательные вещества. Однако каждая человеческая клетка имеет независимые, заключенные в мембрану органеллы, которым также требуется топливо для выполнения важных функций. Так есть ли у них также свои собственные сенсоры питания?

В новом исследовании исследователи из Лаборатории регуляции метаболизма и генетики Рокфеллеровского университета в США впервые обнаружили в клетках энергетическую фабрику митохондрии. Этот пищевой сенсор является частью белка, который выполняет три функции: распознавание, регулирование и транспортировку антиоксиданта глутатиона внутрь митохондрий, где глутатион играет важную роль в ингибировании окислительных реакций и поддержании надлежащего уровня железа. Этот антиоксидант особенно распространен в митохондриях, и исследователи предполагают, что его функция неотделима от него. Это связано с тем, что как основная дыхательная система клеток митохондрии вырабатывают энергию. Но митохондрии также могут быть источником большого количества окислительного стресса, который связан с раком, диабетом, метаболическими нарушениями, заболеваниями сердца и легких и т. д. Если уровень глутатиона в митохондриях не поддерживается в точности, все системы будут работать со сбоями. Однако то, как глутатион попадает в митохондрии, всегда было неизвестно, пока в 2021 году новая исследовательская группа не обнаружила транспортный белок SLC25A39, который может транспортировать глутатион. Похоже, он способен регулировать содержание глутатиона. Процесс циркуляции примерно следующий: когда содержание этого антиоксиданта низкое, содержание SLC25A39 будет увеличиваться, в то время как когда содержание этого антиоксиданта высокое, его уровень транспортировки будет уменьшаться. Эти результаты исследования также убедительно свидетельствуют о том, что митохондрии имеют способ обнаруживать и регулировать уровни этих колебаний, что означает, что митохондрии каким-то образом вычисляют, сколько у них глутатиона, и регулируют количество этого антиоксиданта, поступающего в организм, на основе этого количества.

3: Как отрегулировать и изменить количество глутатиона, поступающего в организм?

Чтобы понять, как митохондрии достигают этого, исследовательская группа объединила биохимические исследования, вычислительные методы и скрининг генов и обнаружила, что «SLC25A39 является как сенсором, так и транспортером». Исследователи обнаружили уникальную дополнительную петлю в глутатионе при сравнении структуры SLC25A39 со структурами других транспортеров семейства SLC в базе данных структур белков AlphaFold. Когда они удалили кольцо из этого белка с помощью молекулярного ножа, транспортная способность белка осталась неизменной, но он потерял способность ощущать глутатион. Исследователи говорят, что когда мы обнаружили это интересное кольцо, мы предположили, что это два полностью независимых домена, один из которых ощущает глутатион, а другой транспортирует глутатион. Кроме того, это новое исследование также подтверждает теорию о том, что глутатион является «шапероном» железа.

4：Почему глутатион называют «молекулярным партнером» железа?

Мы знаем, что железо является наиболее распространенным и почти необходимым для всех клеточных функций, но оно также является высокоокислительным; если нет защиты от глутатиона, это вызовет окислительный стресс в клетках, вызывая повреждения. «В ходе эксперимента было подтверждено, что SLC25A39 имеет уникальные особенности железа на своей поверхности как часть механизма восприятия глутатиона. Очень важно поддерживать соотношение глутатиона и железа, потому что если глутатион слишком низок, железо становится очень активным, в то время как если глутатион слишком высок, железо не может функционировать эффективно».

Исследователи говорят, что поскольку люди пытались изменить общий уровень глутатиона, но часто беспокоились о его побочных эффектах, теперь у нас есть способ изменить уровень глутатиона в митохондриях, не затрагивая другие части клетки. Эта целевая терапия через специальные транспортные белки может позволить нам увидеть больше результатов трансформации.