Glutation i dysmutaza ponadtlenkowa: dlaczego potrzebujemy siarki i mikropierwiastków?

5 czerwca 2014
354 Wyświetleń

zdrowie-31Stres oksydacyjny powstaje w tkankach organizmu z różnych powodów, do dobrze udokumentowanych należą: palenie papierosów, ekspozycja na promieniowanie UV, stany zapalne, a także nadmierny wysiłek fizyczny. Zdrowy organizm skutecznie broni się przed jego skutkami, a w skład bariery antyoksydacyjnej wchodzą antyoksydanty enzymatyczne (dysmutaza ponadtlenkowa, peroksydaza glutationowa, transferaza glutationowa, katalaza) oraz związki o małej cząsteczce (glutation, witaminy A, C, E, polifenole, tokoferole, karotenoidy). Utrzymywanie sprawnie działającego systemu antyoksydacyjnego wymaga dostarczania jego składników z dietą, dlatego wszystkie zalecenia zaczynają się od standardowego: „będziesz jadł 5 razy dziennie owoce i warzywa”. To konieczne, ale niewystarczające. Potrzebujemy też tłuszczu i węglowodanów (zwłaszcza w zimnym klimacie) oraz białka. Warto zwrócić uwagę na to, czy mamy wystarczające spożycie aminokwasów zawierających siarkę (cysteiny, metioniny) oraz niektórych mikropierwiastków (selenu, cynku, miedzi i manganu).

Glutation: przeciwko wolnym rodnikom i toksynom

Glutation (GSH) jest tripeptydem, to glutamylocysteinyloglicyna. Ma nietypowe wiązanie peptydowe pomiędzy gamma-karboksylową grupą glutaminianu a grupą aminową cysteiny, co chroni go przed rozkładem (proteolizą) przez enzymy wewnątrz komórki. Jest mało danych o zawartości glutationu w składnikach diety człowieka, a potrzebujemy go dziennie ok. 150 mg. Wiadomo, że najwięcej GSH jest w świeżym mięsie. Jest też w orzechach, niektórych owocach (awokado), mają go liście szpinaku i szparagi. Niestety, przetworzona żywność zawiera go znacznie mniej, bo rozkłada się w wysokiej temperaturze podczas gotowania. Glutation jest wchłaniany w przewodzie pokarmowym, z krwią jest rozprowadzany do wszystkich tkanek i komórek. Jest w osoczu, limfie i w moczu. Aż 90% glutationu wewnątrzkomórkowego jest w cytozolu (10% w mitochondriach), ale 98% stanowi forma zredukowana, czyli GSH. Większość potrzebnego glutationu jest syntetyzowana w wątrobie, dlatego nie został uznany za witaminę. Do jego syntezy potrzebna jest seryna oraz cysteina (powstaje z metioniny), ale to właśnie cysteina jest aminokwasem limitującym jego biosyntezę.

Jak działa glutation?

W stresie oksydacyjnym wolne rodniki i inne reaktywne formy tlenu powodują utlenienie lipidów i białek. Działanie glutationu polega na przeciwdziałaniu procesom utleniania grup SH białek, a produktem reakcji jest utleniony glutation (GSSG). W stresie oksydacyjnym powstaje nadmiar GSSG, który musi być efektywnie usuwany na zewnątrz komórki (aktywny transport).Glutation tworzy połączenia (S-koniugaty) z różnymi związkami, które są szkodliwe dla komórki. Reakcje te służą detoksykacji ksenobiotyków (np. leków), a także usunięciu niepotrzebnych związków endogennych (leukotrieny, steroidy). Bez glutationu nie działałby system odtruwania organizmu!

Pokazano, że obniżenie poziomu GSH następuje w wielu stanach patologicznych. Biomarkerem jest stosunek GSH/GSSG, który maleje w chorobie alkoholowej z marskością wątroby, w chorobie Alzheimera i Parkinsona, cukrzycy, infekcjach wirusowych i bakteryjnych. Przesunięcie równowagi prooksydacyjno-antyoksydacyjnej w stronę oksydacji następuje też w procesach fizjologicznego starzenia się.

W tej sytuacji logiczne wydawało się zastosowanie glutationu w terapii i podawanie go np. jako suplementu diety. Jednak może się on rozkładać w przewodzie pokarmowym, źle się wchłania i trudno jego wchłanianie poprawić. Dlatego lepiej podawać aminokwas potrzebny do jego syntezy: cysteinę. Badania pokazały, że nie był to dobry pomysł, bo czysta cysteina w dużych dawkach szybko ulegała utlenianiu do toksycznej cystyny. Rozwiązaniem okazała się N-acetylocysteina i inne prekursory cysteiny: metionina, S-adenozylometionina oraz estry mono- i dietylowe glutationu, które dobrze się wchłaniają i prowadzą do wzrostu wewnątrzkomórkowego poziomu GSH.

W sytuacji niedoboru GSH w komórkach, podawanie takich ‘farmakologicznych’ prekursorów może przeciwdziałać skutkom stresu oksydacyjnego i wspierać terapię. Entuzjaści nutraceutyków uważają, że zmiana diety i suplementacja pozwoli wpływać na poziom GSH, co może nie tylko wspomagać terapię, ale też być ważnym narzędziem w profilaktyce.

Czy pomoże też przeciwdziałać procesom starzenia się?

Interesujące badania opublikowano w 2011 r. w American Journal of Clinical Nutrition. Kilku młodym i starszym osobom podano dożylnie znaczoną izotopowo glukozę, mierząc parametry stresu oksydacyjnego. Badanie powtórzono po 2 tygodniach, w czasie których podawano im cysteinę i glicynę (składniki glutationu). Starsi ludzie mieli znacznie niższy poziom glicyny i cysteiny w czerwonych krwinkach, a także niższy poziom glutationu (1.12 ± 0.18 w porównaniu do 2.08 ± 0.12 mmol/L), wyższy poziom stresu oksydacyjnego (346 ± 20 w porównaniu do (304 ± 16 jednostek) oraz więcej F(2)-izoprostanów w plazmie krwi. Suplementacja cysteiną i glicyną spowodowała u starszych pacjentów wzrost stężenia glutationu o 94.6%, obniżenie parametrów stresu oksydacyjnego i poziomu F(2)-izoprostanów. Parametry zmierzone u starszych stały się podobne do wartości dla młodych uczestników badania. Niedobór glutationu u seniorów wynika z mniej efektywnej jego syntezy w organizmie, a suplementacja glicyny i cysteiny wspomagała jego biosyntezę. Wzrost stężenia glutationu prowadził do obniżenia biomarkerów stresu oksydacyjnego. Autorzy badań sugerują, że może to być praktyczny i efektywny sposób, aby zmniejszyć stres oksydacyjny związany ze starzeniem się organizmu.  

Enzymy przeciwko wolnym rodnikom: dysmutaza ponadtlenkowa

Ochrona przed reaktywnymi formami tlenu to zadanie dysmutazy ponadtlenkowej; po angielsku superoxide dismutase, stąd popularny skrót: SOD używany w biochemii. W żywych organizmach występują enzymy zawierające miedź i cynk, czyli Cu,ZnSOD, mangan MnSOD lub żelazo FeSOD, a także nikiel NiSOD. U człowieka znaleziono trzy formy SOD: w cytoplazmie komórek jest SOD1 (Cu,ZnSOD w postaci dimeru), w mitochondriach SOD2 (MnSOD), a na zewnątrz komórek jest SOD3 (Cu, ZnSOD, ale tetrametr). Interesujące, że u człowieka SOD1 występuje w dwóch formach, 1-2% ludzi w krajach skandynawskich i w USA ma inną formę alleliczną niż reszta populacji. Przypuszcza się, że nosicielami tego genu byli wikingowie. Różnice genetyczne nie są związane z jakimiś chorobami, ale mutacje SOD1 mogą powodować choroby neurodegeneracyjne (np. amyotrophic lateral sclerosis, ALS).

Co wiemy o roli SOD?

SOD katalizują reakcję rodników ponadtlenkowych, w której tworzy się nadtlenek wodoru (woda utleniona). Jego dalszą redukcją zajmują się peroksydazy (np. glutationowa) i reduktazy. Stan naszej ‘bariery antyoksydacyjnej’ zależy więc od współpracy kilku enzymów.

SOD po raz pierwszy wydzielono z erytrocytów wołowych i do tej pory jest to często wykorzystywane jej źródło. Wyizolowany z erytrocytów enzym Cu,ZnSOD ma niebieski kolor dzięki obecności jonów miedzi; jest dość trwały, bo wytrzymuje ogrzewanie w temperaturze 70oC i podwyższone pH, a więc warunki, w których większość białek ulega denaturacji. Enzym MnSOD o ciemnoczerwonym kolorze znaleziono w E. coli, kurczakach i szczurach, natomiast najstarszy ewolucyjnie jest żółty enzym FeSOD z bakterii (powstał, gdy atmosfera Ziemi zawierała mało tlenu). Obecnie, gen kodujący SOD został wszczepiony drożdżom i bakteriom, które mogą produkować dysmutazę w dużych ilościach. Komercyjna produkcja umożliwia jej zastosowania w celach leczniczych, ale na obecnym etapie wiedzy, przede wszystkim w celach badawczych.

Który z enzymów SOD1, SOD2 czy SOD3 jest nam bardziej potrzebny?

Prawdopodobnie wszystkie trzy, ale trudno to ustalić w badaniach na ludziach. Ich fizjologiczną rolę lepiej widać w badaniach na zwierzętach. Muszki Drosophila pozbawione SOD1 padają natychmiast, ale nicieniom C. elegans raczej ten brak nie szkodzi, co wydaje się oczywiste, ponieważ żyją w glebie z małym dostępem tlenu. Poziom dysmutaz jest więc związany ze środowiskiem, w jakim żyje dany organizm i jego aktywnością, stylem życia. Myszy bez SOD2 zdychają po paru dniach, u myszy bez SOD1 rozwijają się patologiczne zmiany, takie jak rak wątroby, podczas gdy te bez SOD3 żyją raczej normalnie. Jednak poziom SOD3 ma wpływ na rozwój nadciśnienia tętniczego, a zmniejszona aktywność tego enzymu występuje w ostrych stanach zapalnych, w chorobach płuc.

Oddychanie komórkowe odbywa się w mitochondriach, które są ‘fabryką energii’. Wydaje się, że najważniejszym enzymem powinna być dysmutaza MnSOD. Jej poziom i aktywność zmienia się silnie w chorobach zapoczątkowanych przez stres oksydacyjny, w ostrych i przewlekłych stanach zapalnych. Jednak podawanie naturalnego enzymu MnSOD w celach leczniczych napotyka wiele trudności (sposób podania, biodostępność, stabilność i czystość preparatu), dlatego podjęto próby zastosowania podobnych związków kompleksowych (np. typu porfiryn) o niskiej masie cząsteczkowej, ale posiadających jony manganu w centrum koordynacyjnym.

W badaniach klinicznych podawano SOD w zastrzykach. W jednym z takich badań SOD (wołową) wstrzykiwano bezpośrednio w staw kolanowy objęty stanem zapalnym. Oceniono, że prawdopodobnie zastrzyki są skuteczne w przypadku reumatoidalnego zapalenia stawów, zapalenia nerek oraz problemów z oddychaniem u wcześniaków, którym podawano tlen. Taka terapia może też działać korzystnie, zmniejszając uszkodzenia mięśnia sercowego po zawale. Nie ma wystarczających dowodów, że pomaga w leczeniu sportowych kontuzji, leczeniu ran, przy nowotworach, po radioterapii czy transplantacji. Podawanie SOD w formie dożylnej, w klinikach uznano za bezpieczne.

SOD jest używana w produktach kosmetycznych, reklamowanych jako ochrona skóry przed uszkodzeniami przez wolne rodniki powstające pod wpływem UV. Jest mało prawdopodobne, że dysmutaza wchłonie się, docierając do skóry właściwej. Jej ochronne działanie może mieć znaczenie dla naskórka, ale potrzebne są potwierdzające ten efekt badania testowe dobrej jakości (randomizacja, placebo).

Nie ma żadnych dowodów na to, że któraś z dysmutaz ponadtlenkowych, które są dużymi białkami (np. SOD1 ma masę cząsteczkową 32500) wchłania się po podaniu doustnym. Niektóre z oferowanych produktów mogą zawierać zanieczyszczone białka ze zwierząt, dlatego bezpieczniejszym źródłem SOD są rośliny. Częstym źródłem dysmutazy nadtlenkowej (SOD) w suplementach diety jest ekstrakt z melona. Dysmutaza jest składnikiem suplementów w ilościach od 15 µg (?) do 250 mg/kapsułkę.

Jakie zalety może mieć taki suplement?

Prawdopodobnie rozłoży się w kwaśnym środowisku żołądka, dostarczając składników białka i mikropierwiastków potrzebnych do syntezy tego enzymu w organizmie. Właśnie niedobór miedzi, cynku, manganu będących w centrum koordynacyjnym może być przyczyną zmniejszonego stężenia SOD. Pomimo urozmaiconej diety, w organizmie mogą pojawiać się okresowe niedobory składników mineralnych, które mogą być objawem złego wchłaniania, zaburzeń hormonalnych, neurologicznych czy kardiologicznych. Niedobory występują często przy dietach odchudzających. Badania sposobu odżywiania różnych grup ludności w Polsce pokazały, że duża część populacji (40-50%) ma niedobór cynku, miedzi, a również magnezu i wapnia. W tej sytuacji bardziej racjonalne jest zastosowanie dobrze wchłanianych związków cynku i miedzi (np. w postaci chelatów) jako suplementów diety.

Naturalnym źródłem dysmutazy ponadtlenkowej są warzywa kapustne: kapusta, brukselka, brokuły i inne ciemnozielone warzywa, których w naszej diecie jest za mało. Do syntezy SOD w organizmie potrzebna jest też witamina C. Smaczniejszym i tańszym źródłem SOD niż kapsułki jest sam melon!

Od Redakcji:

Warto dodać do powyższych informacji, że glutation pełni też niezwykle doniosłą rolę w mechanizmach rozwoju masy mięśniowej. Białka mięśniowe są bowiem niszczone przez wolne rodniki, powstające lawinowo podczas ciężkiego treningu. Uszkodzone białka zostają wtedy strawione przez enzymy proteolityczne, co nazywamy katabolizmem i co utrudnia rozwój masy mięśniowej, jeżeli utrzymuje się niezasadnie długo po zakończeniu wysiłku. Glutation eliminuje wolne rodniki i ochrania białka, co nie jest może jeszcze ewenementem, gdyż podobnie działa wiele innych antyoksydantów.

Ale tylko jedyny glutation posiada unikalną cechę – ‘naprawia’ białka mięśniowe, uszkodzone wolnymi rodnikami!


Glutation bierze również udział w samym anabolizmie białek, gdzie pozostaje niezbędny do tworzenia tzw. mostków disulfidowych. Są to szczególne połączenia pomiędzy aminokwasami, tworzone przez atomy siarki, służące kształtowaniu odpowiedniej struktury i funkcji białek. To one właśnie odpowiadają za kształt ‘sprężynki’ białek kurczliwych, czyli za ich zdolność do generowania impulsów siłowych. Jednak atomy siarki muszą łączyć się tylko w tych miejscach, w których tego potrzeba. Tam, gdzie atomy siarki nie powinny tworzyć mostków, zabezpieczane są poprzez wiązanie atomów wodoru i tworzenie grup tiolowych – SH. Problem w tym, że wodór często odrywa się od siarki, a wtedy ta tworzy niechciane połączenia, zaś białko traci swoje cechy funkcjonalne. Ponieważ takie same grupy tiolowe posiada glutation, kiedy siarka białka traci swój wodór, ten natychmiast oddaje jej swój – ze swojej grupy tiolowej. Ponieważ grupy tiolowe glutationu pozostają w równowadze z grupami tiolowymi białek, dlatego masa mięśniowa może być tylko na tyle wysoka, na ile pozwolą na to zasoby glutationu, zgromadzone w komórkach mięśniowych.

Istnieje również pozytywna korelacja pomiędzy glutationem a anabolicznym testosteronem. Glutation katalizuje wiązanie kortyzolu z białkami krwi, co pozbawia ten hormon aktywności. A kortyzol to przeciwnik testosteronu, który hamuje anabolizm w tkance mięśniowej oraz blokuje gonadotropiny, pobudzające jądra do produkcji testosteronu. Glutation pozostaje jednocześnie niezbędny przy produkcji testosteronu w jądrach, ale szczegóły tego zjawiska nie doczekały się jeszcze pełnego wyjaśnienia.

Podanie testosteronu powoduje wyraźny spadek poziomu glutationu w proporcji do masy białek. Testosteron silnie stymuluje syntezę białek, zaś organizm nie nadąża wtedy z produkcją glutationu, biorącego udział w tej syntezie i w ochronie białek już wytworzonych. Podanie testosteronu prowadzi też do wzrostu poziomu transferazy glutationowej, katalizującej sprzęganie glutationu ze szkodliwymi produktami przemiany materii w wątrobie. Wzrost ten powodowany jest nadmiarem metabolitów egzogennego testosteronu, intensywnie przetwarzanego przez wątrobę. Wprawdzie efekt ten ochrania wątrobę (testosteron i jego pochodne podawane jako leki anaboliczne, uszkadzają ten narząd), ale jednocześnie wyczerpuje zasoby glutationu.

Jeżeli stosujemy więc testosteron lub jego pochodne, musimy jednocześnie zadbać o odpowiedni poziom glutationu, co pozwoli na uzyskanie silniejszego, anabolicznego efektu działania określonej dawki danego sterydu anabolicznego, jak również ochroni wątrobę przed niepożądanymi skutkami jego działania.

W badaniach dowiedziono, że podawanie prekursorów – czy to glutaminy, czy cysteiny, czy cysteiny z glicyną – prowadzi do wzrostu poziomu glutationu . Glutaminę nabędziemy bez problemu w każdym sklepie z odżywkami dla sportowców, gdyż jest to jeden z najpopularniejszych suplementów sportowych. Najbogatszym źródłem pokarmowym cysteiny (i bogatym – glicyny) jest z kolei inny, popularny suplement sportowy – białko serwatkowe , które również wielokrotnie wykorzystywano w badaniach jako stymulator syntezy glutationu.

Prof. dr Iwona Wawer