Glukosamin Sulfat: Definisi, Sintesis, Penyerapan, Pengangkutan, dan Pembahagian

Glukosamin sulfat (GS) adalah monosakarida (sederhana gula) dan tergolong dalam karbohidrat. Ia adalah turunan (keturunan) D-glukosa (dextrose), dari mana GS hanya berbeza pada penggantian (penggantian) kumpulan hidroksi (OH) pada kedua karbon (C) atom oleh kumpulan amino (NH2) - amino gula, D-Glucosamine - dan dengan kehadiran kumpulan sulfat (SO4) - D-glukosamin sulfat - melekat pada kumpulan NH2. Glukosamin - kebanyakannya dalam bentuk N-asetilglukosamin (GlcNAc) atau glukosamin sulfat - adalah molekul asas glikosaminoglikan, mukopolisakarida yang terdiri daripada disakarida berulang (berulang) (dua-gula) unit (asid uronik + gula amino) dan rantai sampingan karbohidrat proteoglikan berat molekul tinggi (glikoprotein glikosilasi, yang merupakan komponen penting dari matriks ekstraselular (matriks ekstraselular, bahan antar sel, ECM, ECM), terutamanya tulang, rawan dan tendon). Bergantung pada komposisi unit disakarida, glikosaminoglikan yang berbeza dapat dibezakan antara satu sama lain - asid hyaluronik (asid glukuronik + N-asetilglukosamin), chondroitin sulfate dan dermatan sulfat (asid glukuronik atau asid iduronik + N-asetilgalaktosamin), Heparin dan heparan sulfat (asid glukuronik atau asid iduronik + N-asetilglukosamin atau glukosamin sulfat), dan keratan sulfat (asid galakturonik + N-asetilglukosamin). Semua glycosaminoglycans mempunyai kesamaan bahawa mereka mempunyai cas negatif dan dengan itu menarik natrium ion (Na2 +), yang seterusnya mendorong air kemasukan. Atas sebab ini, glikosaminoglikan dapat mengikat air, yang memainkan peranan penting, terutamanya untuk fungsi artikular rawan. Dengan usia, pertuduhan ketumpatan glycosaminoglycans menurun dan mereka air-kapasiti mengikat menurun, menyebabkan rawan tisu untuk kehilangan kekerasan dan keanjalan dan perubahan struktur berlaku. Akhirnya, risiko penyakit artritis meningkat dengan usia.

Sintesis

Glukosamin disintesis (terbentuk) dalam organisma manusia dari D-fruktosa6-fosfat dan asid amino L-glutamin. Walaupun fruktosa molekul sebagai heksosa (badan C6) menyediakan rangka molekul asas, glutamin menyediakan kumpulan amino. Biosintesis glukosamin bermula dengan pemindahan kumpulan NH2 glutamin ke badan C5 dari fruktosa6-fosfat oleh glutamin-fruktosa-6-fosfat transaminase, sehingga glukosamin-6-fosfat terbentuk setelah isomerisasi berikutnya. Ini diikuti oleh depososforilasi (pembelahan fosfat kumpulan) kepada glukosamin dan pengikatan kumpulan hidroklorida (HCl) kepada kumpulan amino - glukosamin hidroklorida - yang digantikan oleh kumpulan sulfat - glukosamin sulfat - pada langkah seterusnya. Dalam konteks aplikasi terapeutik, glukosamin dan glukosamin hidroklorida dan glukosamin sulfat, masing-masing, dihasilkan secara industri. Bahan permulaan adalah kitin (chiton Yunani "lapisan bawah, cangkang, karapas") - a nitrogen (N) -mengandungi polisakarida yang diedarkan secara meluas di alam, terutama di kerajaan haiwan dan jamur, yang merupakan komponen utama dari exoskeleton banyak arthropoda (arthropoda), komponen radula (bahagian mulut) banyak moluska (moluska) dan a komponen dinding sel beberapa kulat. Bahan kerangka kitin terdiri dari beberapa monomer (hingga 2,000), terutama N-asetil-D-glukosamin (GlcNAc), tetapi mungkin juga mengandung unit D-glukosamin. Monomer dihubungkan antara satu sama lain dengan ikatan ß-1,4-glikosidik. Untuk sintesis glukosamin industri, kitin terutama diperoleh sebagai bahan mentah sekunder dari sisa perikanan krustasea, seperti ketam dan udang. Untuk tujuan ini, cengkerang udang karang hancur dan tempurung kepiting dideproteinisasi dengan cara natrium larutan hidroksida (2 mol NaOH / l) dan dibebaskan dari komponen kapur di bawah tindakan asid hidroklorik (4 mol HCl / l). Kitin polimer yang dihasilkan dirawat dengan panas asid hidroklorik untuk membelahnya secara hidrolitik (dengan tindak balas dengan air) ke dalam monomernya dan untuk menyucikannya (pembelahan kumpulan asetil dari GlcNAc; jika tahap asetilasi <50%, ia disebut sebagai chitosan), menghasilkan banyak D-glukosamin molekul. Ikatan kumpulan HCl atau SO4 dengan kumpulan amino glukosamin molekul menghasilkan D-glukosamin hidroklorida atau D-glukosamin sulfat, masing-masing. Glukosamin adalah substrat yang disukai untuk biosintesis glikosaminoglikan. Setelah amidasi dan isomerisasi fruktosa-6-fosfat menjadi glukosamin-6-fosfat, yang terakhir diasetilasi menjadi N-asetilglukosamin-6-fosfat oleh glukosamin-6-fosfat N-asetiltransferase , di isomerisasi (diubah) menjadi N-asetilglukosamin-1-fosfat oleh N-asetilglukosamin fosfoglukomutase dan ditukarkan menjadi UDP-N-asetilglukosamin (UDP-GlcNAc) oleh uridin difosfat (UDP) -N-asetilglukosamin fosforilase, yang pada gilirannya dapat ditukarkan kepada UDP-N-acetylgalactosamine (UDP-GalNAc) oleh UDP-galactose 4-epimerase. Nukleotida UDP memberikan tenaga yang diperlukan untuk memindahkan molekul GlcNAc atau GalNAc ke asid uronik dan dengan demikian mensintesis unit-unit disakarida glikosaminoglikan, seperti asid hyaluronik, chondroitin sulfate/ dermatan sulfat dan keratan sulfat. Untuk membuat biosintesis heparin dan heparan sulfat, residu GlcNAc sebahagiannya diasetilasi dan sulfat menjadi glukosamin sulfat. Dengan bertambahnya usia, keupayaan untuk menghasilkan glukosamin dalam jumlah yang mencukupi menurun, yang dikaitkan dengan penurunan sintesis glikosaminoglikan. Atas sebab ini, penuaan rawan artikular mengalami perubahan struktur dan semakin kehilangan fungsinya sebagai kejutan penyerap. Akibatnya, orang tua berisiko meningkat untuk berkembang osteoartritis dan perubahan artritis lain.

Penyerapan

Sangat sedikit yang diketahui sehingga kini mengenai mekanisme usus (yang melibatkan usus) penyerapan (pengambilan) glukosamin dan glukosamin sulfat. Terdapat bukti bahawa glukosamin memasuki enterosit (sel-sel usus kecil epitelium) di bahagian atas usus kecil oleh proses aktif yang melibatkan pengangkutan transmembran protein (pengangkut). Peranan penting nampaknya dimainkan oleh natrium/glukosa cotransporter-1 (SGLT-1), yang mengangkut derivatif D-glukosa dan D-glukosa, termasuk D-glukosamin, bersama dengan ion natrium melalui symport (pengangkutan diperbaiki) dari duodenum ke ileum. Untuk penyerapan glukosamin sulfat, pembelahan enzimatik kumpulan sulfat diperlukan dalam lumen usus atau pada membran sempadan berus enterosit agar dapat diinternalisasi (diambil secara dalaman) oleh SGLT-1 dalam bentuk glukosamin. SGLT-1 dinyatakan bergantung pada substrat luminal kepekatan - apabila bekalan substrat tinggi, ekspresi intraselular sistem pembawa dan penggabungannya ke dalam membran enterosit apikal (menghadap lumen usus) meningkat, dan apabila bekalan substrat rendah, maka penurunannya. Dalam proses ini, substrat bersaing untuk mendapatkan tempat pengikat SGLT-1 sehingga, misalnya, glukosamin dipindahkan dari laman penyerapan pada luminal tinggi glukosa kepekatan. Daya penggerak SGLT-1 adalah elektrokimia, kecerunan natrium selular ke dalam, yang dimediasi oleh natrium (Na +) /kalium (K +) - ATPase, terletak di basolateral (menghadap ke darah kapal) membran sel, dan diaktifkan oleh penggunaan ATP (trifosfat trifosfat, nukleotida pembekal tenaga sejagat) mengkatalisis (mempercepat) pengangkutan ion Na + dari sel usus ke dalam aliran darah dan ion K + ke dalam sel usus. Sebagai tambahan kepada membran enterosit apikal, SGLT-1 juga terletak di tubulus proksimal buah pinggang (bahagian utama tubulus ginjal), di mana ia bertanggungjawab untuk penyerapan semula glukosa dan glukosamin. Dalam enterosit (sel-sel usus kecil epitelium), penyerapan semula enzimatik (lampiran kumpulan sulfat) glukosamin ke glukosamin sulfat berlaku, walaupun ini juga boleh berlaku pada hati dan organ lain. Pengangkutan glukosamin dan glukosamin sulfat dari enterosit melalui basolateral membran sel ke dalam aliran darah (portal vena) dicapai oleh transporter glukosa-2 (GLUT-2). Sistem pembawa ini mempunyai kapasiti pengangkutan yang tinggi dan pertalian substrat rendah, sehingga selain glukosa dan turunan glukosa, galactose dan fruktosa juga diangkut. GLUT-2 juga dilokalisasi di hati dan sel beta pankreas (insulin-menghasilkan sel pankreas), di mana ia memastikan penyerapan karbohidrat ke dalam sel dan dilepaskan ke aliran darah. Menurut kajian farmakokinetik, penyerapan usus dari glukosamin dan glukosamin sulfat yang dibekalkan secara lisan adalah cepat dan hampir lengkap (sehingga 98%). Ketersediaan glukosamin sulfat yang tinggi mengakibatkan sebahagiannya dari kecil molar besar-besaran atau ukuran molekul berbanding glikosaminoglikan - molekul GS kira-kira 250 kali lebih kecil daripada chondroitin sulfate molekul. Kadar penyerapan kondroitin sulfat dianggarkan hanya 0-8%.

Pengangkutan dan pengedaran dalam badan

Kajian dengan radiolabeled, glukosamin dan glukosamin sulfat yang diberikan secara oral menunjukkan bahawa bahan-bahan ini muncul dengan cepat darah selepas penyerapan cepat dan cepat diserap oleh tisu dan organ. Gula amino dimasukkan ke dalam struktur sendi, terutamanya ke dalam matriks ekstraselular (di luar sel) (matriks ekstraselular, zat antar sel, ECM, ECM) tulang rawan, ligamen dan tendon. Di sana, glukosamin sulfat adalah bentuk utama kerana glukosamin bebas mengalami sulfasi enzimatik (lampiran kumpulan sulfat). Pada sendi, glukosamin sulfat merangsang sintesis komponen tulang rawan dan cecair sinovial (cecair bersama). Di samping itu, GS membawa kepada peningkatan penyerapan sulfur, elemen penting untuk tisu sendi, di mana ia bertanggungjawab untuk menstabilkan matriks ekstraselular struktur sendi. Dengan mempromosikan proses anabolik (membangun) dan menghalang proses katabolik (pemecahan) pada tulang rawan artikular, glukosamin sulfat mengatur dinamik mengimbangi rawan menumpuk dan hancur. Akhirnya, GS sangat penting untuk mengekalkan fungsi sendi dan digunakan sebagai pemakanan menambah atau chondroprotectant (bahan yang melindungi tulang rawan dan menghalang degradasi tulang rawan dengan kesan anti-radang) pada penyakit artritis. Dalam dos 700-1,500 mg sehari, GS menunjukkan aktiviti mengubah simptom dengan toleransi yang baik dan mengatasi perkembangan osteoartritis. Sebagai contoh, rawatan dengan 1,500 mg GS yang diberikan secara oral mengurangkan penyempitan 0.31 mm sendi lutut ruang yang dijangkakan pada pesakit dengan penyakit gonarthrosis (sendi lutut osteoartritis) sebanyak 70% dalam masa tiga tahun. Penyerapan GS ke dalam tulang rawan artikular mengikuti mekanisme aktif melalui pembawa transmembran - seperti juga pengangkutan glukosamin sulfat ke dalam hati dan buah pinggang. Sebilangan besar tisu lain mengambil gula amino dengan penyebaran pasif. Dalam darah plasma, masa tinggal glukosamin dan glukosamin sulfat sangat singkat - di satu pihak, kerana penyerapan yang cepat ke dalam tisu dan organ, dan di sisi lain, kerana penggabungan (pengambilan) ke dalam plasma protein, seperti alpha- dan beta-globulin. Menurut kajian farmakokinetik, glukosamin yang diberikan secara oral mempunyai plasma kepekatan 5 kali lebih rendah daripada glukosamin yang diberikan secara parenteral (intravena atau intramuskular). Ini adalah kerana metabolisme hantaran pertama di hati, yang hanya menjalani glukosamin oral. Sebagai sebahagian daripada kesan lulus pertama, bahagian glukosamin yang tinggi diturunkan menjadi lebih kecil molekul dan akhirnya untuk karbon dioksida, air, dan urea, hanya membiarkan sebahagian kecil glukosamin tidak berubah dan dilepaskan ke aliran darah.

Perkumuhan

Glukosamin sulfat diekskresikan terutama melalui buah pinggang dalam air kencing (~ 30%), terutamanya dalam bentuk glukosamin. Kerana penyerapan usus yang hampir lengkap, perkumuhan GS dalam tinja (najis) hanya sekitar 1%. Pada tahap yang lebih rendah, GS penghapusan juga berlaku di saluran pernafasan.