Glutationa S-transferāze: detoksikācijas ferments

Cilvēkam zināmās glutationa S-transferāzes iedala citoplazmas, mitohondriju un membrānas grupās. Citoplazmas fermenti ir visvairāk pētītie, un tieši tie nodrošina lielāko daļu zāļu konjugācijas. Membrānas grupa ir atšķirīga: daļa tās pārstāvju vispār nenodarbojas ar detoksikāciju, bet ražo iekaisuma mediatorus.

Tabulā apkopotas biežāk pieminētās klases un to raksturīgie uzdevumi.

Ferments darbojas kā divvietīgs turētājs. Vienā kabatā tas cieši piesaista glutationu un padara tā sēra atomu ķīmiski aktīvāku, otrā kabatā, kuras forma ir daudz brīvāka, tas ietilpina svešo molekulu. Tieši otrās kabatas nenoteiktā forma ir iemesls, kāpēc viens un tas pats ferments spēj strādāt ar ļoti dažādām vielām.

Pēc konjugācijas molekula netiek izvadīta uzreiz. Aknu šūna to izsūknē ar īpašiem transportolbaltumiem žultī vai asinīs, un nierēs vai žultsceļos tai pakāpeniski tiek nogriezta glutationa daļa, līdz paliek tā saucamā merkaptūrskābes forma, kas iziet ar urīnu.

1. Pirmās fāzes ferments rada ķīmiski aktīvu starpproduktu.
2. Glutationa S-transferāze saista glutationu un šo starpproduktu.
3. Glutationa sēra atoms pievienojas molekulas elektrofilajai vietai.
4. Veidojas ūdenī šķīstošs konjugāts, kas vairs nav reaģētspējīgs.
5. Transportolbaltumvielas izvada konjugātu no šūnas.
6. Nierēs vai zarnās konjugāts tiek pārveidots merkaptūrskābē un izvadīts.

Šai saimei ir arī uzdevumi, kas ar svešvielām nav saistīti. Vēsturiski daļa šo olbaltumvielu tika atklāta kā ligandīni, tas ir, molekulas, kas aknu šūnā vienkārši piesaista un pārnēsā bilirubīnu, hēmu, žultsskābes un steroīdus, neveicot ar tiem nekādu ķīmisku reakciju. Šī transporta loma šūnā ir tikpat svarīga kā katalītiskā.

Vairākas klases piedalās arī pašu organisma vielu ražošanā. Membrānas grupas fermenti sintezē leikotriēnu, kas sašaurina bronhus, un prostaglandīnus, kas uztur iekaisuma reakciju. Zeta klases ferments ir viens no posmiem tirozīna noārdīšanā, un tā trūkums rada iedzimtu vielmaiņas slimību.

Visbeidzot, pi klases ferments spēj piesaistīties signālu olbaltumvielai, kas vada šūnas pašnāvības programmu, un to bremzēt. Tādējādi šis ferments netieši lemj, vai bojāta šūna aizies bojā vai izdzīvos, un tas ir viens no iemesliem, kāpēc tā pārprodukcija audzējos ir nelabvēlīga zīme.

• Zāļu un vides ķimikāliju konjugācija ar glutationu.
• Lipīdu peroksidācijas produktu, piemēram, aldehīdu, neitralizēšana.
• Bilirubīna un žultsskābju pārnese aknu šūnā bez ķīmiskas reakcijas.
• Leikotriēnu un prostaglandīnu sintēze membrānā.
• Šūnas bojāejas signālu regulēšana.

Parastās devās lielākā daļa paracetamola aknās tiek saistīta ar glikuronskābi vai sulfātu un izvadīta bez problēmām. Neliela daļa nonāk citohroma P450 ceļā, kur rodas ķīmiski agresīvs starpprodukts, ko sauc par NAPQI. Glutationa S-transferāze to nekavējoties saista ar glutationu, un aknām nekas nenotiek.

Pārdozēšanas gadījumā glikuronizācijas un sulfatācijas ceļi piesātinās, tāpēc aizvien lielāka paracetamola daļa iet pa oksidatīvo ceļu. Glutationa krājumi izsīkst, NAPQI sāk tieši piesaistīties aknu šūnu olbaltumvielām, un attīstās aknu centrālo daivas daļu nekroze. Tāpēc smaga aknu mazspēja pēc paracetamola pārdozēšanas var sākties ar dienas vai divu aizkavi, kad pacientam vēl šķiet, ka viss ir kārtībā.

Pretlīdzeklis ir acetilcisteīns, kas piegādā cisteīnu glutationa atjaunošanai. Tieši tāpēc tā ievadīšana ir efektīva agrīni un daudz mazāk efektīva vēlu. Aizdomu gadījumā par pārdozēšanu, arī tad, ja cilvēks jūtas labi, nekavējoties jāsazinās ar ārstu vai saindēšanās informācijas centru, un jautājums nav atliekams uz nākamo dienu.

Vairāki šīs saimes gēni ir plaši mainīgi. Diviem no tiem, mu un teta klases pārstāvjiem, ievērojamai daļai cilvēku gēns vispār nav, un šāds cilvēks konkrētās vielas apstrādā citādi nekā tas, kuram gēns ir. Šīs atšķirības pētītas saistībā ar smēķēšanas radīto vēža risku, arodslimībām un zāļu panesamību, taču katra atsevišķā varianta ietekme parasti ir neliela un atkarīga no vides.

Onkoloģijā svarīgs ir pretējs novērojums: daži audzēji ražo pi klases fermentu pārmērīgi daudz un tādējādi paši neitralizē ķīmijterapijas līdzekļus, pirms tie paspēj nodarīt kaitējumu. Šī ir viena no zāļu rezistences formām, un tā ir pētījumu objekts jaunu ārstēšanas stratēģiju izstrādē.

Ar šiem jautājumiem klīnikā saskaras klīniskais farmakologs, toksikologs, hepatologs un onkologs, bet iedzimtu vielmaiņas traucējumu gadījumā medicīnas ģenētiķis. Ģenētiskās izmeklēšanas rezultātus nedrīkst tulkot patstāvīgi, jo viena gēna variants pats par sevi diagnozi nenosaka.

Klīniskajā praksē pašu fermenta aktivitāti nemēra. Netieši tā stāvokli vērtē pēc aknu darbības rādītājiem, glutationa līmeņa pētnieciskos apstākļos un pēc zāļu metabolītu attiecības urīnā. Dažās valstīs alfa klases fermenta noteikšanu asinīs izmanto kā agrīnu aknu šūnu bojājuma rādītāju, jo tas atbrīvojas ātrāk nekā ierastie fermenti.

Ārpus medicīnas šis ferments ir ikdienas rīks laboratorijās. Zinātnieki bieži pievieno pētāmajai olbaltumvielai glutationa S-transferāzes daļu kā piesaistes birku, jo tā ļauj olbaltumvielu viegli notvert uz glutationu saturošām lodītēm. Ja tekstā redzams apzīmējums GST birka, runa ir par šo laboratorijas paņēmienu, nevis par cilvēka detoksikāciju.

• Aknu fermentu un bilirubīna analīzes kā netiešs rādītājs.
• Alfa klases fermenta noteikšana kā agrīns aknu bojājuma marķieris.
• Gēnu variantu noteikšana pētniecībā un arodmedicīnā.
• Audzēja audu imūnhistoķīmija pi klases fermenta noteikšanai.
• GST birkas izmantošana olbaltumvielu attīrīšanā laboratorijā.

Visbiežāk to jauc ar pašu glutationu. Glutations ir viela, ferments ir tas, kas šo vielu pievieno citai molekulai. Uztura bagātinātājs ar glutationu tāpēc nav ferments un nevar aizstāt tā darbību.

Otrs sajaukums ir ar glutationa peroksidāzi. Tā izmanto glutationu, lai sašķeltu ūdeņraža peroksīdu un lipīdu peroksīdus, un tās aktīvajā centrā ir selēns. Glutationa S-transferāze turpretī glutationu piesien pie svešas molekulas un selēnu nesatur, lai gan dažas klases arī spēj darboties ar peroksīdiem.

Trešais sajaukums ir starp pirmās un otrās fāzes fermentiem. Citohroms P450 vielu pārveido un bieži padara bīstamāku, glutationa S-transferāze parasti to padara drošāku. Vārds parasti šeit ir svarīgs, jo ir izņēmumi.

Pieņēmums, ka glutationa pievienošana vienmēr ir attīrīšana, ir nepareizs. Vairākiem nelieliem halogenētiem savienojumiem, kas izmantoti rūpniecībā un šķīdinātājos, notiek pretējais: pēc glutationa pievienošanas veidojas nestabils starpprodukts, kas ir daudz reaģētspējīgāks par sākotnējo vielu un spēj bojāt DNS. Tieši teta klases ferments ir tas, kas šo pārvērtību veic.

No tā izriet negaidīts secinājums. Cilvēks, kuram šī gēna nav, konkrētā ķīmiskā savienojuma ietekmē var būt labāk aizsargāts nekā tas, kuram ferments strādā labi. Tāpēc arodveselībā nav iespējams vienkārši pateikt, ka spēcīgāka detoksikācija ir labāka; atbilde ir atkarīga no tā, ar kādu vielu cilvēks saskaras.