El glutatió és una molècula que està present en tots els teixits dels mamífers. El seu grup sulfhidril (-SH) no proteic el converteix en el pèptid més abundant per defensar la cèl·lula de l'estrès oxidatiu. El glutatió té diverses funcions, ja que és un determinant clau de la senyalització redox i regula processos com la proliferació cel·lular, l'apoptosi i la fibrogènesi hepàtica. Altrament, s'ha descrit el seu rol en la desintoxicació de xenobiòtics i la resposta immunitària.
Història El glutatió és una molècula antioxidant que va ser descoberta l'any 1888 pel científic francès Joseph de Rey-Pailhade. En el seu estudi rutinari dels llevats, de Rey-Pailhade va denotar que, en presència de sofre, un compost propi del cultiu formava sulfur d'hidrogen de manera espontània. L'investigador va provar d'acotar l'origen del compost i, per mitjà de nous experiments, va descobrir que el sulfur d'hidrogen també apareixia en altres medis, com el teixit muscular i la sang. En conseqüència, Joseph de Rey-Pailhade va batejar el compost amb el nom philothione ("amant del sofre" en grec).
La investigació d'aquest compost no es va recuperar fins a l'any 1921, quan l'equip britànic de Frederick Gowland Hopkings va concloure que es tractava d'un dipèptid constituït pels aminoàcids cisteïna i glutamat, i li va posar el nom de glutatió. El punt de partida de la recerca durant els següents anys es va basar en l'intent de cristal·litzar glutatió pur. Malgrat que algunes investigacions apuntaven que l'estructura del glutatió era γ-glutamilcisteïna, els mètodes per aïllar glutatió van aportar noves teories. L'any 1927, per exemple, l'equip de Hunter i Eagles va aconseguir obtenir fraccions de glutatió derivades de llevats, sang i teixit hepàtic que confirmaven la presència d'un tercer aminoàcid. Amb l'objectiu de corregir la seva investigació, Hopkings va reprendre el projecte i va confirmar que el glutatió no podia estar format exclusivament per cisteïna i glutamat. Altres grups de treball, com el de Kendall, Mckenzie i Mason, van ratificar l'expressió de glicina. De totes maneres, es van requerir diversos experiments addicionals per poder determinar l'estructura definitiva del glutatió.
Quant a les funcions del glutatió, aquestes no es van començar a investigar fins a la dècada de 1980, després que la revista britànica Nature publiqués un article anomenat «Lest I Forget Thee, Glutathione...» l'any 1969. La major contribució correspon a l'equip de treball de Meister, que va establir el paper antioxidant i la rellevància biològica del glutatió.
Estructura El glutatió és un tripèptid hidrosoluble compost per tres aminoàcids: àcid glutàmic, cisteïna i glicina. Els aminoàcids L-cisteïna i L-glicina s'uneixen mitjançant un enllaç peptídic entre el grup carboxil de la cisteïna (-COOH) i el grup amino (-NH₂) de la glicina. El residu de l'àcid glutàmic conté un grup γ-carboxil (γ-COOH) que permet realitzar un enllaç amb el grup amino (-NH₂) de la cisteïna. Aquest enllaç atorga funcionalitat biològica al glutatió perquè el protegeix de l'acció de proteases. En definitiva, l'estructura química del glutatió es pot definir segons la forma L-γ-glutamil-L-cisteinil-glicina.
El glutatió pot trobar-se lliure o associat a altres proteïnes. La molècula lliure de glutatió varia entre una forma tiol o reduïda (GSH) i una forma disuflur o oxidada (GSSG). De cada 100 molècules de glutatió, només 2 pertanyen a la forma GSSG. La cisteïna del GSH conté un grup sulfhidril (-SH) amb poder reductor que permet realitzar un pont disulfur amb una altra molècula de GSH amb la consegüent formació de GSSG. L'enzim glutatió reductasa cataliza la reducció del GSSG a GSH amb la participació d'una molècula de FADH₂ i d'un grup prostètic NAD. Al seu torn, l'enzim glutatió peroxidasa aprofita el GSH per reduir peròxid d'hidrogen (H₂O₂) i lipoperòxids (L-OOH), espècies reactives de l'oxigen que són tòxiques per les cèl·lules.
Per tant, l'estructura química del glutatió permet la constitució d'un sistema GSH/GSSG que combat l'estrés oxidatiu i assegura el manteniment de l'homeòstasi cel·lular. Mentre que el GSH és la forma activa de la molècula i assoleix concentracions mil·limolars en el medi intracel·lular, la concentració extracel·lular no sobrepassa l'ordre mil·limolar. El GSH, però, és present en totes les cèl·lules i abunda en teixit hepàtic.
Funcions El glutatió té diverses funcions a les cèl·lules:
És una forma de reserva de cisteïna. Emmagatzema i transporta òxid nítric. Participa en el metabolisme d'estrògens, leucotriens i prostaglandines. També en la reducció de ribonucleòtids a desoxiribonucleòtids i participa en la maduració de clústers de ferro-sofre en diverses proteïnes. A més, l'enzim glutatió-transferasa participa en la isomerització d'esteroides. Està implicat en el funcionament de determinats factors de transcripció (en concret, aquells implicats en la senyalització redox). Està involucrat en la detoxificació de molts compostos endògens i xenobiòtics. El glutatió actua com a cofactor en el sistema d'eliminació del metilglioxal, que consisteix en dos enzims anomenats glioxalases. El primer enzim en aquesta via, la glioxalasa I, catalitza la isomerització dels adductes hemiacetals, que són formats en una reacció espontània entre un glutatió i aldehids, com el metilglioxal: glutatió + metilglioxal ←→ adducte hemiacetal adducte hemiacetal + glioxalasa I ←→ S-lactoilglutatió El segon enzim, la glioxalasa II, catalitza la hidròlisi del producte de la reacció anterior, el S-lactoilglutatió: S-lactoil-GSH + H₂O → D-Àcid làctic + GSH El GSH també pot estar implicat en la detoxificació de formaldehid produït de forma endògena. Per exemple, alguns llevats produeixen formaldehid com a part del catabolisme del metanol. La reacció química és catalitzada per la formaldehid deshidrogenasa, que utilitza GSH com a co-substrat. formaldehid + GSH + NAD+ → S-formilglutatió + NADH + H+ Actua com a antioxidant, ja sigui directament interaccionant amb espècies reactives d'oxigen/nitrogen (ROS i RNS) i electròfils, o funcionant com a cofactor per a diferents enzims. És la principal molècula endògena antioxidant. Les formes reduïdes i oxidades del glutatió (GSH i GSSG) actuen conjuntament amb altres compostos redox (per exemple, NAD(P)H) per a regular i mantenir l'estat redox de la cèl·lula. El NADPH, gràcies a la glutatió reductasa, es converteix en NADP+ i redueix el glutatió. D'aquesta manera, la forma reduïda del glutatió, amb l'ajut de la glutatió peroxidasa, passa a la forma oxidada i el peròxid d'hidrogen (que és tòxic per la cèl·lula), el redueix i es converteix en aigua i, en conseqüència, l'estrès oxidatiu de la cèl·lula disminueix. El sistema GSH intestinal forma una barrera antitòxica per la mucosa, pretegeix les membranes cel·lulars i té un paper important en el manteniment normal de la funció immune.
Biosíntesi La biosíntesi del glutatió (GSH) té lloc al citosol cel·lular a partir dels seus aminoàcids precursors: glicina, cisteïna i àcid glutàmic (glutamat). A part de ser sintetitzat en organismes eucariotes, la ruta de biosíntesi del glutatió es pot localitzar en alguns bacteris (cianobacteris i proteobacteris). miniatura|239x239px|Biosíntesi del glutatió La síntesi del glutatió es produeix a partir de dues reaccions enzimàtiques consecutives que requereixen l'energia de l'ATP (trifosfat d'adenosina). Els enzims que intervenen en les reaccions són el glutamat-cisteïna ligasa (GCL) i el glutatió sintetasa (GS). En una primera reacció, l'enzim glutamat-cisteïna ligasa utilitza els aminoàcids glutamat i cisteïna com a substrats i forma el dipèptid γ-L-glutamil-L-cisteïna, el qual, en una segona reacció catalitzada per l'enzim glutatió sintetasa, és combinat amb glicina, formant-se el GSH. Esquemàticament:
L-glutamat + L-cisteïna + ATP —> γ-L-glutamil-L-cisteïna + ADP + Pi γ-L-glutamil-L-cisteína + glicina + ATP —> GSH + ADP + Pi
En condicions fisiològiques normals, els factors clau que fan possible la síntesi del glutatió són l'activitat de l'enzim GCL i la disponibilitat del substrat cisteïna. L'aminoàcid cisteïna és considerat com el factor limitant de la primera reacció de síntesi degut a què és un aminoàcid no essencial; dit d'una altra manera, l'organisme no el pot sintetitzar i l'ha d'obtenir a través de la dieta. El grup tiol (SH) de la cisteïna destaca perquè serveix de donador d'electrons i és el responsable de l'activitat biològica del glutatió.
L'enzim GCL és un heterodímer format per una subunitat pesada o catalítica (GCLC) i una subunitat lleugera o moduladora (GCLM). La subunitat catalítica conté el centre actiu. En aquest ocorr la unió del grup amino de la cisteïna i el grup γ-carboxil de glutamat (localitzat a la cadena radical). La subunitat moduladora no presenta activitat enzimàtica però té una important funció reguladora degut a què augmenta l'eficiència catalítica de GCLC. Aquesta subunitat disminueix el valor Km pel glutamat i augmenta el valor Ki pel GSH. L'enzim GS està format per dues subunitats idèntiques (homodímer). Aquest enzim no està regulat pels nivells intracel·lulars de GSH. Llavors, l'enzim GCL és considerat el limitant de la velocitat de la reacció ja que la sobreexpressió de GS no augmenta els nivells de GSH tant com la sobreexpressió de GCL. L'estrès oxidatiu indueix l'expressió d'enzims sintètics GSH.
Totes les cèl·lules de l'organisme tenen glutatió, però la seva síntesi en el fetge és essencial. En estudis de laboratori s'ha observat com els ratolins que no disposen de glutatió en el fetge a causa de la pèrdua genètica induïda de l'enzim GCLC, moren després de poc temps de néixer.
La desregulació de la síntesi del glutatió és reconeguda com a factor contributiu a la patogènesi de moltes condicions patològiques, com ara la diabetis mellitus, la fibrosi pulmonar, lesions hepàtiques colestàtiques, l'endotoxèmia i cèl·lules tumorals resistents als fàrmacs.
Malalties associades amb el glutatió Per les múltiples funcions que té el glutatió en la cèl·lula, s'ha la pogut relacionar en diferents articles mèdics amb malalties neurodegeneratives, el càncer, la diabetis i algunes malalties respiratòries cròniques, entre d'altres
Malaltia d'Alzheimer L'Alzheimer és una malaltia crònica que es caracteritza per l'acumulació en el cervell de pèptids β-amiloides i embolics neurofibril·lars, que provoquen que la malaltia empitjori amb el pas del temps fins a arribar a la demència. En estudis recents, s'ha detectat una activitat relativament baixa del glutatió en el cervell dels paciente que pateixen aquesta malaltia neurodegenerativa. Així doncs, és comprensible concluir que algun enzim encarregat de la biosíntesi del glutatió, que són el GCL i el GS, es troben relacionats amb l'origen o l'evolució de la malaltia.
En conseqüèncuia dels nivells baixos de glutatió, es genera un estrés oxidatiu en el citosol de la cèl·lula i, per tant, es trenca l'homeòstasi, ja que una de les funcions principals d'aquest tripèptid és actuar com a antiooxidant. Aquesta oxidació anòmala pot tenir un paper fonamental perquè podria estar directament relacionada amb la mort neuronal que provoca que la malaltia d'Alzheimer progressi. D'aquesta manera, si es pogués augmentar la concentració de glutatió a la cèl·lula en els pacients d'aquesta malaltia, es podria evitar l'oxidació que afavoreix l'aparició dels β-amiloides.
Càncer