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Glutatión peroxidasa

La glutatión peroxidasa ( GPx ) ( EC 1.11.1.9) es el nombre general de una familia de enzimas con actividad peroxidasa cuya principal función biológica es proteger al organismo del daño oxidativo. [2] La función bioquímica de la glutatión peroxidasa es reducir los hidroperóxidos lipídicos a sus alcoholes correspondientes y reducir el peróxido de hidrógeno libre a agua. [3]

Isoenzimas

Varias isoenzimas están codificadas por diferentes genes , que varían en la ubicación celular y la especificidad del sustrato. La glutatión peroxidasa 1 (GPx1) es la versión más abundante, que se encuentra en el citoplasma de casi todos los tejidos de mamíferos, cuyo sustrato preferido es el peróxido de hidrógeno. La glutatión peroxidasa 4 (GPx4) tiene una alta preferencia por los hidroperóxidos lipídicos; se expresa en casi todas las células de mamíferos, aunque en niveles mucho más bajos. La glutatión peroxidasa 2 es una enzima intestinal y extracelular, mientras que la glutatión peroxidasa 3 es extracelular, especialmente abundante en el plasma. [4] Hasta ahora, se han identificado ocho isoformas diferentes de glutatión peroxidasa (GPx1-8) en humanos.

Reacción

La principal reacción que cataliza la glutatión peroxidasa es:

2GSH + H 2 O 2 → GS – SG + 2H 2 O

donde GSH representa glutatión monomérico reducido y GS–SG representa disulfuro de glutatión . El mecanismo implica la oxidación del selenol de un residuo de selenocisteína por peróxido de hidrógeno. Este proceso da el derivado con un grupo de ácido selenénico (RSeOH). El ácido selenénico luego se convierte nuevamente en selenol mediante un proceso de dos pasos que comienza con la reacción con GSH para formar el GS-SeR y agua . Una segunda molécula de GSH reduce el intermediario GS-SeR nuevamente al selenol, liberando GS-SG como subproducto. A continuación se muestra una representación simplificada: [5]

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

Luego, la glutatión reductasa reduce el glutatión oxidado para completar el ciclo:

GS–SG+ NADPH +H + → 2 GSH+NADP + .

Estructura

Se ha demostrado que GPx1 , GPx2 , GPx3 y GPx4 de mamíferos son enzimas que contienen selenio , mientras que GPx6 es una selenoproteína en humanos con homólogos que contienen cisteína en roedores . GPx1, GPx2 y GPx3 son proteínas homotetraméricas, mientras que GPx4 tiene una estructura monomérica. Como la integridad de las membranas celulares y subcelulares depende en gran medida de la glutatión peroxidasa, su propio sistema de protección antioxidante depende en gran medida de la presencia de selenio .

Modelos animales

Los ratones modificados genéticamente para carecer de glutatión peroxidasa 1 (ratones Gpx1 −/− ) son fenotípicamente normales y tienen una esperanza de vida normal, lo que indica que esta enzima no es crítica para la vida. Sin embargo, los ratones Gpx1 −/− desarrollan cataratas a una edad temprana y presentan defectos en la proliferación de células satélite musculares. [4] Los ratones Gpx1 −/− mostraron umbrales de respuesta auditiva del tronco encefálico (ABR) hasta 16 dB más altos que los ratones de control. Después de una exposición a ruido de 110 dB durante una hora, los ratones Gpx1 −/− tuvieron una pérdida auditiva inducida por ruido hasta 15 dB mayor en comparación con los ratones de control. [6] "

Los ratones con knock-outs para GPX3 (GPX3 −/− ) o GPX2 (GPX2 −/− ) también se desarrollan normalmente [7] [8]

Sin embargo, los ratones deficientes en glutatión peroxidasa 4 mueren durante el desarrollo embrionario temprano. [4] Sin embargo, algunas evidencias indican que niveles reducidos de glutatión peroxidasa 4 pueden aumentar la expectativa de vida en ratones. [9]

La enzima del eritrocito bovino tiene un peso molecular de 84 kDa .

Descubrimiento

La glutatión peroxidasa fue descubierta en 1957 por Gordon C. Mills. [10]

Métodos para determinar la actividad de la glutatión peroxidasa

La actividad de la glutatión peroxidasa se mide espectrofotométricamente utilizando varios métodos. Un ensayo directo que vincula la reacción de la peroxidasa con la glutatión reductasa con la medición de la conversión de NADPH a NADP es ampliamente utilizado. [11] El otro enfoque es medir el GSH residual en la reacción con el reactivo de Ellman . Con base en esto, se desarrollaron varios procedimientos para medir la actividad de la glutatión peroxidasa utilizando varios hidroperóxidos como sustratos para la reducción, por ejemplo, hidroperóxido de cumeno, [12] hidroperóxido de terc-butilo [13] y peróxido de hidrógeno. [14]

Los otros métodos incluyen el uso del reactivo CUPRAC con detección espectrofotométrica del producto de reacción [15] o el o -ftalaldehído como reactivo fluorescente. [16]

Importancia clínica

Se ha demostrado que los niveles bajos de glutatión peroxidasa medidos en el suero pueden ser un factor que contribuye al vitíligo . [17] También se observaron niveles más bajos de peróxido de glutatión en plasma en pacientes con diabetes tipo 2 con macroalbuminuria y esto se correlacionó con la etapa de la nefropatía diabética . [ cita requerida ] En un estudio, la actividad de la glutatión peroxidasa junto con otras enzimas antioxidantes como la superóxido dismutasa y la catalasa no se asoció con el riesgo de enfermedad cardíaca coronaria en mujeres. [18] Se encontró que la actividad de la glutatión peroxidasa era mucho menor en pacientes con esclerosis múltiple recurrente-remitente . [19] Un estudio ha sugerido que los polimorfismos de glutatión peroxidasa y superóxido dismutasa juegan un papel en el desarrollo de la enfermedad celíaca . [20]

Se ha informado que la actividad de esta enzima disminuye en caso de deficiencia de cobre en el hígado y el plasma. [21]

Véase también

Referencias

  1. ^ PDB : 1GP1 ​; Epp O, Ladenstein R, Wendel A (junio de 1983). "La estructura refinada de la selenoenzima glutatión peroxidasa a una resolución de 0,2 nm". Revista Europea de Bioquímica . 133 (1): 51–69. doi :10.1111/j.1432-1033.1983.tb07429.x. PMID  6852035.
  2. ^ Muthukumar K, Nachiappan V (diciembre de 2010). "Estrés oxidativo inducido por cadmio en Saccharomyces cerevisiae". Revista india de bioquímica y biofísica . 47 (6): 383–7. PMID  21355423.
  3. ^ Muthukumar K, Rajakumar S, Sarkar MN, Nachiappan V (mayo de 2011). "La glutatión peroxidasa 3 de Saccharomyces cerevisiae protege los fosfolípidos durante el estrés oxidativo inducido por cadmio". 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 (agosto de 2007). "Tendencias en las teorías del envejecimiento oxidativo". Free Radical Biology & Medicine . 43 (4): 477–503. doi :10.1016/j.freeradbiomed.2007.03.034. PMID  17640558.
  5. ^ Bhabak KP, Mugesh G (noviembre de 2010). "Imitaciones funcionales de la glutatión peroxidasa: antioxidantes sintéticos bioinspirados". 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 (noviembre de 2000). "La mutación dirigida del gen de la glutatión peroxidasa celular (Gpx1) aumenta la pérdida de audición inducida por ruido en ratones". Revista de la Asociación para la Investigación en Otorrinolaringología . 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 (septiembre de 2001). "Los ratones con alteración combinada de los genes Gpx1 y Gpx2 tienen colitis". American Journal of Physiology. Fisiología gastrointestinal y hepática . 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, et al. (mayo de 2010). "La glutatión peroxidasa extracelular (Gpx3) se une específicamente a las membranas basales de las células del túbulo de la corteza renal del ratón". Revista estadounidense de fisiología. Fisiología renal . 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, et al. (septiembre de 2007). "La reducción de la glutatión peroxidasa 4 aumenta la esperanza de vida a través de una mayor sensibilidad a la apoptosis". The Journals of Gerontology. Serie A, Ciencias biológicas y ciencias médicas . 62 (9): 932–42. doi : 10.1093/gerona/62.9.932 . PMID  17895430.
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  12. ^ Zakowski JJ, Tappel AL (septiembre de 1978). "Un sistema semiautomatizado para la medición de glutatión en el ensayo de glutatión peroxidasa". Analytical Biochemistry . 89 (2): 430–6. doi :10.1016/0003-2697(78)90372-X. PMID  727443.
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