Glutathionperoxidase (GPx) – Funktion und Bedeutung
Die Glutathionperoxidase (GPx) ist ein lebenswichtiges antioxidatives Enzym, das Zellen vor oxidativem Stress schützt. Es neutralisiert schädliche Peroxide und spielt eine zentrale Rolle im Zellschutz.
Wissenswertes über "Glutathionperoxidase"
Die Glutathionperoxidase (GPx) ist ein lebenswichtiges antioxidatives Enzym, das Zellen vor oxidativem Stress schützt. Es neutralisiert schädliche Peroxide und spielt eine zentrale Rolle im Zellschutz.
Was ist die Glutathionperoxidase?
Die Glutathionperoxidase (GPx) ist eine Familie von Enzymen, die eine zentrale Rolle im antioxidativen Schutzsystem des menschlichen Körpers einnimmt. Diese Enzyme katalysieren die Reduktion von schädlichen Wasserstoffperoxiden und organischen Lipidperoxiden unter Verwendung von Glutathion als Elektronendonor. Dadurch werden Zellmembranen, Proteine und die DNA vor oxidativen Schäden geschützt.
Beim Menschen sind bislang acht verschiedene GPx-Isoformen (GPx1 bis GPx8) bekannt, die sich in ihrer Gewebeverteilung und subzellulären Lokalisation unterscheiden. Die bekannteste und am häufigsten untersuchte Isoform ist GPx1, die ubiquitär in nahezu allen Körperzellen vorkommt.
Wirkmechanismus
Die Glutathionperoxidase nutzt das Tripeptid Glutathion (GSH) als Reduktionsmittel, um reaktive Sauerstoffspezies (ROS) unschädlich zu machen. Die Reaktionsgleichung lässt sich vereinfacht wie folgt darstellen:
- H₂O₂ + 2 GSH → 2 H₂O + GSSG (bei Wasserstoffperoxid)
- ROOH + 2 GSH → ROH + H₂O + GSSG (bei Lipidperoxiden)
Das dabei entstehende oxidierte Glutathion (GSSG) wird anschließend durch das Enzym Glutathionreduktase unter Verbrauch von NADPH wieder zu aktivem GSH regeneriert. Dieser Kreislauf ist entscheidend für die kontinuierliche antioxidative Kapazität der Zelle.
Die meisten GPx-Isoformen (GPx1–4, GPx6) sind sogenannte Selenoproteine: Ihr aktives Zentrum enthält die seltene Aminosäure Selenocystein, welche das essentielle Spurenelement Selen enthält. Daher ist eine ausreichende Selenzufuhr über die Nahrung eine wichtige Voraussetzung für eine normale GPx-Aktivität.
Isoformen und ihre Funktionen
GPx1 – Zytosolische Glutathionperoxidase
GPx1 ist die häufigste Isoform und kommt im Zytosol sowie in Mitochondrien vor. Sie schützt Zellen vor Wasserstoffperoxid und ist besonders in roten Blutkörperchen (Erythrozyten), Leber und Nieren aktiv.
GPx2 – Gastrointestinale Glutathionperoxidase
GPx2 wird hauptsächlich im Darmepithel exprimiert und schützt die Darmzellen vor nahrungsbedingten Peroxiden sowie vor oxidativem Stress im Gastrointestinaltrakt.
GPx3 – Plasma-Glutathionperoxidase
GPx3 ist die einzige sekretorische Form und wird vorwiegend in der Niere gebildet. Sie zirkuliert im Blutplasma und schützt Zellen im extrazellulären Raum.
GPx4 – Phospholipid-Hydroperoxid-Glutathionperoxidase
GPx4 ist besonders bedeutsam, da sie als einzige Isoform direkt Phospholipidhydroperoxide in Membranen reduzieren kann. Sie spielt eine zentrale Rolle bei der Verhinderung von Ferroptose, einer Form des programmierten Zelltods, und ist essenziell für die männliche Fertilität.
Medizinische Bedeutung
Die Glutathionperoxidase ist an zahlreichen physiologischen und pathophysiologischen Prozessen beteiligt:
- Herz-Kreislauf-Erkrankungen: Eine verminderte GPx-Aktivität wird mit erhöhtem oxidativem Stress und einem höheren Risiko für Arteriosklerose und Herzinfarkt in Verbindung gebracht.
- Neurodegenerative Erkrankungen: Bei Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson ist die antioxidative Kapazität, einschließlich der GPx-Aktivität, häufig reduziert.
- Krebs: GPx-Enzyme können einerseits Tumorzellen vor oxidativem Stress schützen, andererseits können veränderte GPx-Expressionsmuster die Krebsentstehung beeinflussen.
- Entzündungen: GPx moduliert entzündliche Signalwege durch die Kontrolle des Peroxidspiegels.
- Selen-Mangel: Ein Mangel an Selen führt zu einer deutlich reduzierten GPx-Aktivität und erhöhter Anfälligkeit für oxidativen Stress.
Diagnostische Relevanz
Die Messung der GPx-Aktivität im Blut (Vollblut, Erythrozyten oder Plasma) wird in der klinischen Diagnostik als indirekter Marker für den Selenstatus des Körpers eingesetzt. Eine niedrige GPx-Aktivität kann auf einen Selenmangel oder erhöhten oxidativen Stress hinweisen. Die Bestimmung erfolgt meist durch spektrophotometrische Enzymaktivitätsmessungen in spezialisierten Laboratorien.
Einflussfaktoren auf die GPx-Aktivität
- Selenaufnahme: Selenzufuhr über die Nahrung (z. B. Paranüsse, Meeresfrüchte, Fleisch) ist der wichtigste Einflussfaktor.
- Alter: Die GPx-Aktivität nimmt mit zunehmendem Alter tendenziell ab.
- Erkrankungen: Chronische Erkrankungen, Infektionen und intensiver Sport können die GPx-Aktivität beeinflussen.
- Ernährungsstatus: Auch die Versorgung mit anderen Antioxidantien wie Vitamin E, Vitamin C und Glutathion-Vorstufen (z. B. N-Acetylcystein) kann die Gesamtaktivität des Systems modulieren.
Quellen
- Brigelius-Flohe R, Maiorino M. Glutathione peroxidases. Biochimica et Biophysica Acta. 2013;1830(5):3289-3303. doi:10.1016/j.bbagen.2012.11.020
- Stadtman TC. Selenocysteine. Annual Review of Biochemistry. 1996;65:83-100.
- World Health Organization (WHO). Selenium. In: Trace Elements in Human Nutrition and Health. Geneva: WHO Press; 1996.
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