グルタチオン

グルタチオンは、動物細胞内で最も豊富な非タンパク質チオール（R−SH含有化合物）であり、その濃度は0.5～10 mmol/Lです。細胞質と細胞小器官 に存在します。^{[ 7 ]}細胞質内のグルタチオン濃度は、細胞外液（2～20 μM）と比較して著しく高く（0.5～10 mM）、最大で1000倍にも達します。^{[ 8 ] [ 9 ]} 健康な細胞や組織では、グルタチオン総量の90%以上が還元型（GSH）であり、残りはジスルフィド型（GSSG）です。^{[ 10 ]}細胞質には細胞内GSHの80～85%が、ミトコンドリアには10～15%が存在します。^{[ 11 ]}

ヒトはグルタチオンを合成するが、マメ科、アメーバ、ジアルジアの一部など、合成しない真核生物も少数存在する。グルタチオンを生成することが知られている唯一の古細菌はハロバクテリアである。シアノバクテリアやシュードモナス門などの一部の細菌はグルタチオンを生合成することができる。^{[ 12 ] [ 13 ]}

経口投与されたグルタチオンの全身利用率は低い。トリペプチドが消化管のプロテアーゼ（ペプチダーゼ）の基質であること、および細胞膜レベルでグルタチオンの特異的なキャリアが存在しないことが原因で、生物学的利用率が低い。 ^{[ 14 ] [ 15 ]}システインプロドラッグであるN-アセチルシステイン（NAC）の投与は、細胞内GSHレベルの補充に役立つ。^{[ 16 ]}

GSHは活性酸素種を消去（還元）することで細胞を保護します。^{[ 20 ] [ 7 ]}この変換は過酸化物の還元（中間体としてスルフェン酸塩を経由）によって示されます。

GSH + R ₂ O ₂ → GS–OR + ROH

GS–OR + GSH → GSSG + ROH

正味反応: 2 GSH + R ₂ O ₂ → GSSG + 2 ROH  (R = H、アルキル)

また、フリーラジカルと反応してグルタチオニルラジカル（GS ^•）を形成し、これが二量体化してジスルフィド結合を形成する可能性がある。

GSH + R ^• → RH + GS ^• → 1 / 2 GSSG

チイルラジカル（グルタチオニルラジカルなど）は、生物学的にはそれ自体が酸化種であり、核酸、タンパク質、多価不飽和脂質の酸化に十分な単電子還元電位を持っています。したがって、生理的条件下では、GSH 自体は活性酸素種の直接還元に効果的ではない可能性があります。 ^{[ 21 ]} 酸化条件下では、硫化水素はグルタチオン（またはグルタチオンの他の求電子酸化形態）と反応してグルタチオンヒドロペルスルフィド（GS-SH）を形成する可能性があり、これは優れたラジカル捕捉抗酸化剤および還元剤です。^{[ 22 ]}

GSHは、GSHからGSSGへの酸化を有害な酸化種の還元と結びつける様々な酵素の補酵素として作用することで、非常に重要な間接的抗酸化物質です。そのような酵素には、グルタチオンペルオキシダーゼファミリー、グルタレドキシンファミリー、ペルオキシレドキシンファミリーなどが含まれます。^{[ 23 ]}

グルタチオンは、ラジカルや反応性酸化剤を不活性化するだけでなく、酸化ストレス下での細胞内チオールタンパク質のチオール保護と酸化還元調節にも関与しており、これは酸化還元調節される翻訳後チオール修飾であるタンパク質S-グルタチオン化によるものである。一般的な反応は、保護対象タンパク質（RSH）とGSHからの非対称ジスルフィドの形成を伴う。^{[ 24 ]}

RSH + GSH + [O] → GSSR + H ₂ O

グルタチオンは、酸化ストレス下で生成される毒性代謝物であるメチルグリオキサールとホルムアルデヒドの解毒にも利用されます。この解毒反応はグリオキサラーゼ系によって行われます。グリオキサラーゼI（EC 4.4.1.5）は、メチルグリオキサールと還元型グルタチオンをS - D-ラクトイルグルタチオンに変換する反応を触媒します。グリオキサラーゼII （EC 3.1.2.6）は、 S - D-ラクトイルグルタチオンを加水分解してグルタチオンとD-乳酸を生成する反応を触媒します。

ビタミンCやビタミンEなどの外因性抗酸化物質を還元（活性）状態に維持します。^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}

グルタチオンは、多くの代謝プロセスに関与しており、ロイコトリエンやプロスタグランジンの生合成に必要である。また、システインの貯蔵にも関与している。グルタチオンは、一酸化窒素サイクルの一部としてシトルリンの機能を高める。^{[ 28 ]}また、グルタチオンペルオキシダーゼの補因子として作用する。^{[ 29 ]}

グルタチオンは異物の代謝を促進する。グルタチオンS-トランスフェラーゼ酵素は、グルタチオンを親油性異物と結合させ、それらの排泄またはさらなる代謝を促進する。^{[ 30 ]}結合プロセスは、N-アセチル-p-ベンゾキノンイミン（NAPQI）の代謝によって例示される。NAPQIは、パラセタモール（アセトアミノフェン）に対するチトクロムP450の作用によって生成される反応性代謝物である。グルタチオンはNAPQIと結合し、結果として生じる複合体は排泄される。この反応の結果、アセトアミノフェンの存在下では細胞内のグルタチオン濃度が減少する傾向がある。

植物では、グルタチオンはストレス応答において役割を果たします。グルタチオンは、有毒な過酸化水素を還元するシステムであるグルタチオン-アスコルビン酸サイクルの構成要素です。^{[ 31 ]}グルタチオンは、カドミウムなどの重金属をキレートするグルタチオンオリゴマーであるフィトケラチンの前駆体です。^{[ 32 ]}グルタチオンは、 Pseudomonas syringaeやPhytophthora brassicaeなどの植物病原体に対する効率的な防御に必要です。^{[ 33 ]}硫黄同化経路の酵素であるアデニリル硫酸還元酵素は、電子供与体としてグルタチオンを使用します。グルタチオンを基質として使用する他の酵素はグルタレドキシンです。これらの小さな酸化還元酵素は、花の発達、サリチル酸、および植物の防御シグナル伝達に関与しています。 ^{[ 34 ]}

ワインの最初の原料であるブドウ果汁中のグルタチオン含有量は、ブドウの反応生成物として酵素酸化によって生成されるカフェオイル酒石酸キノンを捕捉することにより、白ワインの製造中に褐変またはカラメル化効果を決定します。^{[ 42 ]}ワイン中のその濃度は、UPLC-MRM質量分析法によって測定できます。^{[ 43 ]}