谷胱甘肽过氧化物酶的作用

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简介:

谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)是机体内广泛存在的一种重要的过氧化物分解酶。硒是GSH-Px酶系的组成成分,它能催化GSH变为GSSG,使有毒的过氧化物还原成无毒的羟基化合物,同时促进H2O2的分解,从而保护细胞膜的结构及功能不受过氧化物的干扰及损害。GSH-Px的活性中心是硒半胱氨酸,其活力大小可以反映机体硒水平。

谷胱甘肽过氧化物酶可以催化GSH产生GSSG,而谷胱甘肽还原酶可以利用NADPH催化GSSG产生GSH,通过检测NADPH的减少量就可以计算出谷胱甘肽过氧化物酶的活力水平。在上述反应中谷胱甘肽过氧化物酶是整个反应体系的限速步骤,因此NADPH的减少量和谷胱甘肽过氧化物酶的活力线性相关。

GSH-Px酶系

主要包括4种不同的GSH-Px,分别为胞浆GSH-Px、血浆GSH-Px、磷脂氢过氧化物GSH-Px及胃肠道专属性GSH-Px。

胞浆GSH-Px

由4个相同的分子量大小为22kDa的亚基构成四聚体,每个亚基含有1个分子硒半胱氨酸,广泛存在于机体内各个组织,以肝脏红细胞为最多。它的生理功能主要是催化GSH参与过氧化反应,清除在细胞呼吸代谢过程中产生的过氧化物和羟自由基,从而减轻细胞膜多不饱和脂肪酸的过氧化作用。

血浆GSH-Px

构成与胞浆GSH-Px相同,主要分布于血浆中,其功能目前还不是很清楚,但已经证实与清除细胞外的过氧化氢和参与GSH的运输有关。

磷脂过氧化氢GSH-Px

是分子量为20kDa的单体,含有1个分子硒半胱氨酸。最初从猪的心脏和肝脏中分离得到,主要存在于睾丸中,其它组织中也有少量分布。其生物学功能是可抑制膜磷脂过氧化。

胃肠道专属性GSH-Px

是由4个分子量为22kDa的亚基构成的四聚体,只存在于啮齿类动物的胃肠道中,其功能是保护动物免受摄入脂质过氧化物的损害。

作用机制:

GSH-Px催化还原型谷胱甘肽氧化(GSH)与过氧化氢(H2O2)还原反应 ,从而阻断超氧化阴离子细胞类脂过氧化而损害组织细胞;还能阻断由 脂氢过氧化物(LOOH) 引发自由基的二级反应 ,从而减少LOOH对生物体的损害。而自由基是机体生化反应中产生的性质活泼、具有极强氧化能力的物质。体内抗自由基体系主要包括酶类(超氧化物歧化酶、GSH-Px、过氧化氢酶等)阻止自由基形成和通过非酶促抗氧化剂(还原型谷胱甘肽、维生素 E等)捕获不成对的电子使自由基失活。过氧化脂质 (LPO) 是自由基对不饱和脂肪酸引发的脂质过氧化作用的最终产物 ,其含量的多少反映组织细胞的脂质过氧化速率或强度 。机体存在阻止过氧化作用的防御体系 ,GSH-Px是细胞内抗脂质过氧化作用的酶性保护系统的主要成分 ,可催化LPO分解生成相应的醇 ,防止LPO均裂和引发脂质过氧化作用的链式支链反应 ,减少LPO的生成以保护机体免受损害。

而无论是ROOH还是H2O2都是与GSH-Px中的活性中心硒半胱氨酸作用:

                  E-CysSe-+ H++ ROOH(H2O2)→E-CysSeOH + ROH (H2O)
                                  E-CysSeOH + GSH→E-CysSe-SG + H2O
                              E-Cys-Se-SG + GSH→E-CysSe-+ GSSG + H+

这是一个可逆性氧化还原反应过程,在循环过程中GSH-Px可恢复催化活性,但GSH却变成GSSG。

生物学作用:

清除脂类氢过氧化物

GSH-Px的主要作用是清除脂类氢过氧化物。GSH-Px可催化LPO分解生成相应的醇 ,防止LPO均裂和引发脂质过氧化作用的链式支链反应 ,减少LPO的生成以保护机体免受损害。 
清除H2O2。

脑与精子中几乎不含过氧化氢酶,而含较多的GSH-Px,代谢中产生的H2O2可以被GSH-Px清除。即使含过氧化氢酶较多的组织,仍需GSH-Px清除H2O2,因为在细胞中过氧化氢酶多存在于微体,而在胞浆和线粒体中却很少,组织中较多的GSH-Px可及时清除H2O2;如有的病人缺乏产生过氧化氢酶的基因,但GSH-Px可清除H2O2,故H2O2损伤组织不明显。

减轻有机氢过氧化物对机体的损伤

在病理生理情况下,活性氧如•OH可能诱发脂类过氧化,除了直接造成生物膜损伤外,还可以通过脂类氢过氧化物与蛋白质、核酸反应,使机体发生广泛性损伤。如果GSH-Px清除脂类氢过氧化物能力不受影响,机体的损伤就可减轻。除了脂类氢过氧化物外,还可能出现其他有机氢过氧化物,如核酸氢过氧化物、胸腺嘧啶氢过氧化物,这两者属于致突变剂,GSH-Px清除有机氢过氧化物的作用可降低致突发生率。脂类过氧化也是细胞老化的原因之一,预防脂类过氧化可延缓细胞老化,所以GSH-Px在预防衰老方面起到重要作用。

参与前列腺素合成的调节

前列腺素在体内分布较广,其合成原料为花生四烯酸。但在环氧酶与脂氧合酶的作用下,花生四烯酸尚可氧化成某些氢过氧化物(ROOH)。这些氢过氧化物显著干扰前列腺素的生物合成。在GSH-Px的作用下,ROOH可转变为无活性物质(ROH),故GSH-Px对前列腺素的生物合成起到调节       作用。

其他作用:

硒和GSH系统在氧化防御反应中起着关键作用。其他含硒蛋白也有抗氧化特性。硒蛋白和有机硒复合物可以催化过亚硝酸盐反应生成NO2,在预防过亚硝酸盐的生成中也起着重要作用,可以保护细胞免受过亚硝酸盐的损害。

临床应用:

动物实验证明,老龄鼠肝和心肌中GSH-Px的活力显著高于幼龄鼠。大鼠缺氧时脑内GSH-Px显著下降,而脂类过氧化物的代表MDA(丙二醛)显著升高,表明缺氧时脑内抗氧化能力减弱。另外,GSH-Px降低可能与脑智力发育障碍,大脑缺血、缺氧损伤,神经变性及重金属中毒有关;脑内GSH-Px可能防止脑细胞受到氧化损伤。在人、牛、山羊和鼠乳汁中均可检出GSH-Px,说明此酶存在于乳腺。早产儿母乳GSH-Px和LCP均高于足月儿,GSH-Px的抗氧化作用可以保护乳脂肪球膜的结构,可能对乳腺内脂肪酸分泌和婴儿营养起辅助作用,对新生儿的发育起一定保护作用。GSH-Px与心血管系统疾病关系也很密切,与动脉粥样硬化、原发性高血压,心肌炎等均有关。在严重动脉粥样硬化患者体内,GSH-Px活性降低,这可能是动脉粥样硬化发生的独立危险因素,提示该酶与此类疾病有重要联系。


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