Glutathion: der Weg im Körper · Biomarker & Blutanalyse

Diese Seite zeigt den biochemischen Weg hinter dem Laborwert Glutathion (GSH): welche Stationen aufeinander folgen, welche Enzyme den Schritt machen und welche Cofaktoren sie dafür brauchen. Jede Aussage hat eine Quelle. Die Seite beschreibt allgemeines Lehrbuchwissen und sagt nichts über einen einzelnen Menschen.

Kurz erklärt

Glutathion ist ein kleines Molekül aus den drei Aminosäuren Glutamat, Cystein und Glycin. Über die Schwefelgruppe des Cysteins gibt es Wasserstoff an Peroxide ab; Enzyme hängen es außerdem an körperfremde Stoffe, die dann ausgeschieden werden. Oxidiertes wird zurückgewonnen.

13 Stationen · 6 Quellen

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Der Weg Schritt für Schritt

An jeder Station steht, was der Stoff dort tut. Drei Zeichen: ↑ liefert — baut auf oder stellt bereit · ↓ zehrt — hemmt, verbraucht oder entzieht · ↕ beides, je nach Menge. Dahinter steht, worauf die Aussage beruht: gesicherte Physiologie, in Studien beobachtet oder umstritten. Die Zeichen bewerten nicht; sie benennen die Richtung.

Homocystein → Cystathionin CBS · Vitamin B6 (PLP), Serin Die Cystathionin-β-Synthase (CBS) verknüpft Homocystein mit Serin. Das Enzym arbeitet mit Pyridoxalphosphat, der aktiven Form von Vitamin B6, und trägt zusätzlich ein Häm. Ab hier geht der Schwefel nicht mehr zu Methionin zurück. Quelle 2↑ liefert Cystathionin hält den Schwefel des Homocysteins fest, bis die CSE daraus Cystein freisetzt. Mit seiner Bildung ist der Weg festgelegt: Dieser Schwefel geht nicht mehr zu Methionin zurück. gesicherte Physiologie Quelle 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Cystathionin, weil die CSE langsamer arbeitet, geht es vermehrt in den Urin über, und es entsteht weniger Cystein.

zu wenig — Entsteht wenig Cystathionin, etwa weil wenig PLP für die CBS da ist, läuft weniger Schwefel in Richtung Cystein, und Homocystein bleibt länger im Methionin-Kreislauf.

gesicherte Physiologie · Quelle 2
Cystathionin → Cystein CSE · Vitamin B6 (PLP) Die Cystathionin-γ-Lyase (CSE) spaltet Cystathionin; dabei entsteht Cystein. Cystein stammt außerdem aus der Nahrung und ist der Baustein, der bei der Glutathion-Bildung am knappsten ist. Ist wenig Cystein da, entsteht weniger Glutathion. Quelle 2, 1↑ liefert Cystein liefert die Schwefelgruppe, die Glutathion wirksam macht. Weil es meist der knappste Baustein ist, bestimmt sein Angebot zusammen mit der GCL, wie viel Glutathion die Zelle bilden kann. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Ist mehr Cystein da, als die Glutathion-Bildung braucht, wird der Überschuss abgebaut, unter anderem zu Taurin, Sulfat und Schwefelwasserstoff; außerhalb der Zelle oxidiert Cystein rasch zu Cystin.

zu wenig — Ist wenig Cystein da, bildet die Zelle weniger Glutathion, auch wenn Glutamat, Glycin und ATP reichlich vorhanden sind.

gesicherte Physiologie · Quelle 1, 2
Cystein → γ-Glutamylcystein GCL · Glutamat, ATP Die Glutamat-Cystein-Ligase (GCL) verknüpft Glutamat und Cystein über eine ungewöhnliche Bindung. Dieser Schritt bestimmt das Tempo des ganzen Weges und verbraucht ATP. Fertiges Glutathion bremst die GCL rückwirkend. Quelle 1↑ liefert Die GCL bestimmt das Tempo der Glutathion-Bildung. Fertiges Glutathion hemmt sie rückwirkend; sinkt der Glutathion-Vorrat, lässt die Hemmung nach, und dieser Schritt läuft schneller. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich γ-Glutamylcystein, weil die Glutathion-Synthase nicht nachkommt, wird es zu 5-Oxoprolin umgebaut, das mit dem Urin ausgeschieden wird.

zu wenig — Entsteht wenig γ-Glutamylcystein, weil Cystein oder ATP knapp sind, bildet die nachfolgende Synthase entsprechend weniger Glutathion; sie selbst ist selten der Engpass.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
γ-Glutamylcystein → Glutathion (GSH) Glutathion-Synthase · Glycin, ATP Die Glutathion-Synthase hängt Glycin an. Fertig ist Glutathion – ein kleines Molekül aus Glutamat, Cystein und Glycin, das in jeder Zelle vorkommt. Die Leber gibt es auch ins Blut ab. Quelle 1↑ liefert Glutathion liefert Elektronen für die Peroxidasen und den Bindungspartner für die Transferasen. Die Leber bildet besonders viel und gibt es ins Blut ab; andere Gewebe gewinnen daraus Cystein zurück. gesicherte Physiologie Quelle 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Liegt viel Glutathion vor, hemmt es die GCL und bremst so seine eigene Bildung; die Zelle hält ihren Vorrat dadurch in einem engen Bereich.

zu wenig — Ist wenig Glutathion da, lässt die Rückhemmung der GCL nach, und über Nrf2 bildet die Zelle mehr Enzyme der Glutathion-Bildung; bis dahin werden Peroxide und Fremdstoffe langsamer umgesetzt.

gesicherte Physiologie · Quelle 1
Wasserstoffperoxid → Wasser GPx · Selen Glutathion-Peroxidasen übertragen Wasserstoff von zwei GSH-Molekülen auf Wasserstoffperoxid; daraus wird Wasser. Diese Enzyme tragen Selen im aktiven Zentrum. Je Molekül Peroxid werden dabei zwei GSH verbraucht. Quelle 3↓ zehrt Mit der Bildung von Wasser ist das Peroxid entschärft. Dafür verbraucht die Glutathion-Peroxidase je Molekül Wasserstoffperoxid zwei Moleküle GSH. gesicherte Physiologie Quelle 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Läuft viel Peroxid durch diese Reaktion, wird entsprechend viel GSH zu GSSG; die Glutathion-Reduktase muss dann mehr NADPH einsetzen, um es zurückzugewinnen.

zu wenig — Läuft die Reaktion langsam, etwa weil wenig Selen für die Peroxidase da ist, bleibt Wasserstoffperoxid länger bestehen; Enzyme wie Katalase und Peroxiredoxine übernehmen dann einen Teil.

gesicherte Physiologie · Quelle 3, 4
GSH → GSSG Bei dieser Reaktion verbinden sich zwei GSH-Moleküle über ihre Schwefelatome zu GSSG, dem Glutathion-Disulfid. Staut sich GSSG, schleust die Zelle es aus und verliert so Glutathion. Quelle 3, 4↓ zehrt GSSG ist das verbrauchte Glutathion. Sammelt es sich an, kann es Glutathion an Schwefelgruppen von Eiweißen hängen und deren Aktivität verändern; viele Zellen schleusen es auch hinaus. gesicherte Physiologie Quelle 4, 1
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich GSSG, weil die Reduktase nicht nachkommt, schleust die Zelle es aus und verliert damit Glutathion; zugleich tragen mehr Eiweiße Glutathion als Anhang.

zu wenig — Entsteht wenig GSSG, wird gerade wenig Peroxid über diesen Weg abgebaut; das Verhältnis liegt dann weit auf der Seite des GSH.

gesicherte Physiologie · Quelle 4, 1
GSSG → GSH zurückgewonnen Glutathion-Reduktase · NADPH, FAD (Vitamin B2) Die Glutathion-Reduktase spaltet GSSG wieder in zwei GSH. Sie überträgt dazu Wasserstoff von NADPH und trägt FAD, das sich von Vitamin B2 ableitet. So muss nicht jedes Molekül neu gebildet werden. Quelle 4↑ liefert Die Reduktase gewinnt GSH zurück, ohne dass neues gebildet werden muss. Sie braucht dafür NADPH, das vor allem aus dem Pentosephosphatweg stammt; so hängt der Kreislauf am Zuckerstoffwechsel. gesicherte Physiologie Quelle 4
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Gewinnt die Reduktase reichlich GSH zurück, liegt fast alles Glutathion in der reduzierten Form vor, und kaum GSSG wird aus der Zelle geschleust.

zu wenig — Wird wenig GSH zurückgewonnen, weil NADPH oder FAD knapp sind, sammelt sich GSSG an, und die Zelle muss Glutathion über die langsamere Neubildung ersetzen.

gesicherte Physiologie · Quelle 4, 1
Fremdstoff → GSH-Konjugat GST · GSH Glutathion-S-Transferasen (GST) verknüpfen Glutathion mit dem Fremdstoff. Das Produkt ist wasserlöslicher als der Ausgangsstoff und wird aus der Zelle geschleust. Bei wenigen Stoffen ist das Produkt reaktiver als der Ausgangsstoff. Quelle 5↕ beides, je nach Menge Meist ist das Konjugat weniger reaktiv als der Ausgangsstoff und wird über Transporter aus der Zelle gebracht. Bei einigen Stoffen, etwa Dihalogenalkanen, entsteht dagegen ein reaktiveres Produkt. gesicherte Physiologie Quelle 5
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Sammeln sich Konjugate in der Zelle an, weil die Ausschleusung nicht nachkommt, hemmen sie die Glutathion-S-Transferasen; der Weg bremst sich dann selbst.

zu wenig — Entsteht wenig Konjugat, weil wenig Glutathion oder wenig Transferase-Aktivität da ist, bleibt der Fremdstoff länger reaktiv und geht andere Bindungen ein.

in Studien beobachtet · Quelle 5
GSH-Konjugat → Mercaptursäure Peptidasen, NAT · Acetyl-CoA Peptidasen kürzen das Konjugat bis auf den Cystein-Rest; eine Acetylgruppe kommt hinzu. Als Mercaptursäure verlässt der Stoff den Körper über den Urin. Mit ihr verlässt auch ein Cystein-Rest den Körper. Quelle 5, 4↓ zehrt Mit der Mercaptursäure verlässt der Fremdstoff den Körper. Glutamat und Glycin des Glutathions werden zuvor abgespalten und wiederverwendet; der Cystein-Rest geht mit hinaus. gesicherte Physiologie Quelle 5
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Wird viel Mercaptursäure ausgeschieden, verlässt mit jedem Molekül ein Cystein-Rest den Körper; dieser Schwefel muss über Nahrung oder Transsulfurierung nachkommen.

zu wenig — Entsteht wenig Mercaptursäure, wird über diesen Weg gerade wenig Fremdstoff gebunden, und der Cystein-Rest bleibt dem Körper erhalten.

gesicherte Physiologie · Quelle 5, 2

Weitere Stationen

Homocystein — aus dem Methionin-Umbau Homocystein entsteht beim Umbau der Aminosäure Methionin. Ein Teil davon geht in den Transsulfurierungsweg, der zum Cystein führt. Ist reichlich S-Adenosylmethionin da, geht mehr davon zum Cystein. Quelle 2↑ liefert Homocystein liefert über den Transsulfurierungsweg den Schwefel für Cystein. Ob es dorthin geht oder zu Methionin zurück, regelt S-Adenosylmethionin: Ist reichlich davon da, schaltet es die CBS an. gesicherte Physiologie Quelle 2
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Homocystein, weil weder der Weg zum Cystein noch der zurück zu Methionin nachkommt, tritt es vermehrt aus den Zellen ins Blut über.

zu wenig — Ist wenig Homocystein da, fließt weniger Schwefel in den Transsulfurierungsweg; das Cystein für Glutathion muss dann stärker aus der Nahrung stammen.

gesicherte Physiologie · Quelle 2, 1
GSH — reduzierte Form In der Zelle liegt Glutathion überwiegend in der reduzierten Form vor. Die SH-Gruppe des Cysteins kann Wasserstoff abgeben; darauf beruhen die folgenden Reaktionen. So hält es das Zellinnere im reduzierten Zustand. Quelle 4↑ liefert Reduziertes Glutathion gibt Elektronen an Peroxidasen und an Eiweiße ab, deren Schwefelgruppen oxidiert wurden. So hält es das Zellinnere reduziert; wie stark, hängt am Verhältnis von GSH zu GSSG. gesicherte Physiologie Quelle 4
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Überwiegt GSH stark gegenüber GSSG, lösen Glutaredoxine Glutathion-Anhänge an Eiweißen rasch wieder; Schaltvorgänge über oxidierte Schwefelgruppen laufen dann seltener ab.

zu wenig — Ist wenig GSH da, verschiebt sich das Verhältnis zu GSSG; mehr Schwefelgruppen in Eiweißen bleiben oxidiert oder tragen Glutathion als Anhang, und Enzyme mit solchen Gruppen ändern ihre Aktivität.

in Studien beobachtet · Quelle 4
Wasserstoffperoxid — Nebenprodukt des Stoffwechsels Wasserstoffperoxid entsteht laufend, wenn Zellen Sauerstoff verwerten. Es kann Fettsäuren und Eiweiße verändern, wenn es nicht umgesetzt wird. In kleinen Mengen dient es der Zelle zugleich als Botenstoff. Quelle 3↕ beides, je nach Menge Wasserstoffperoxid wirkt in kleinen Mengen als Botenstoff, der Enzyme über ihre Schwefelgruppen an- und abschaltet; in größeren Mengen oxidiert es Fettsäuren und Eiweiße. Die Peroxidasen bestimmen, wie lange es bleibt. in Studien beobachtet Quelle 3
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Staut sich Wasserstoffperoxid, oxidiert es Schwefelgruppen in Eiweißen und Fettsäuren in Membranen; zugleich wird mehr GSH zu GSSG verbraucht.

zu wenig — Ist sehr wenig Wasserstoffperoxid da, fehlen Signale, über die Zellen etwa auf Wachstumsfaktoren und Insulin reagieren; ganz frei davon ist eine Zelle nie.

in Studien beobachtet · Quelle 3
Fremdstoff — körperfremdes Molekül Viele körperfremde Stoffe und ihre Umbauprodukte tragen eine Stelle, an der sich Schwefel anlagern kann. Glutathion fängt solche Stoffe ab und wird dabei verbraucht. Quelle 5↓ zehrt Elektrophile Fremdstoffe, also Stoffe, die Elektronen an sich ziehen, reagieren mit Schwefelgruppen von Eiweißen und mit dem Erbgut. Glutathion fängt sie ab und wird dabei selbst verbraucht. gesicherte Physiologie Quelle 5
⚖ Wenn das Gleichgewicht kippt

zu viel — Kommt viel eines solchen Stoffes auf einmal an, wird Glutathion schneller verbraucht, als die Zelle es neu bildet; der übrige Stoff bindet dann an Eiweiße der Zelle.

zu wenig — Kommt wenig davon an, bilden die Zellen die Transferasen in ihrer Grundmenge; erst reaktive Stoffe schalten über Nrf2 die Bildung weiterer Transferasen an.

gesicherte Physiologie · Quelle 5, 6

Cofaktoren dieses Weges

Cystein — Baustein des Glutathions und der Stoff, der am ehesten knapp wird; ist wenig da, entsteht weniger Glutathion Quelle 1, 2
Glutamat — Baustein des Glutathions; die GCL verknüpft ihn mit Cystein; dieser Schritt bestimmt das Tempo Quelle 1Im ORY-Katalog als Laborwert: Glutamat
Glycin — Baustein des Glutathions; die Glutathion-Synthase hängt ihn als letzten an; ohne Glycin kein fertiges Glutathion Quelle 1Im ORY-Katalog als Laborwert: Glycin
Vitamin B6 — Cofaktor (PLP) von CBS und CSE auf dem Weg von Homocystein zu Cystein; ist wenig PLP da, entsteht weniger Cystein Quelle 2Im ORY-Katalog als Laborwert: Vitamin B6
Selen — Als Selenocystein im aktiven Zentrum der Glutathion-Peroxidasen; ist wenig Selen da, bauen sie Peroxide langsamer ab Quelle 3Im ORY-Katalog als Laborwert: Selen
NADPH — Wasserstoff-Lieferant der Glutathion-Reduktase, die GSSG zu zwei GSH zurückführt; ist es knapp, staut sich GSSG Quelle 4
Vitamin B2 (FAD) — Flavin-Cofaktor der Glutathion-Reduktase; ist wenig FAD da, wird weniger GSH zurückgewonnen Quelle 4
Serin — Partner des Homocysteins in der CBS-Reaktion, die zu Cystathionin führt; ohne Serin entsteht kein Cystathionin Quelle 2Im ORY-Katalog als Laborwert: Serin

Was auf diesen Weg einwirkt

Paracetamol — Beim Abbau von Paracetamol entsteht in der Leber das reaktive Zwischenprodukt NAPQI. Es wird über Glutathion-S-Transferasen an Glutathion gebunden und ausgeschieden; dabei wird Glutathion verbraucht. Quelle 6

Quellen

Lu SC. Glutathione synthesis. Biochim Biophys Acta 2013 · PubMed 22995213
Sbodio JI, Snyder SH, Paul BD. Regulators of the transsulfuration pathway. Br J Pharmacol 2019 · PubMed 30007014
Brigelius-Flohé R, Maiorino M. Glutathione peroxidases. Biochim Biophys Acta 2013 · PubMed 23201771
Deponte M. Glutathione catalysis and the reaction mechanisms of glutathione-dependent enzymes. Biochim Biophys Acta 2013 · PubMed 23036594
Hayes JD, Flanagan JU, Jowsey IR. Glutathione transferases. Annu Rev Pharmacol Toxicol 2005 · PubMed 15822171
Rushworth GF, Megson IL. Existing and potential therapeutic uses for N-acetylcysteine: the need for conversion to intracellular glutathione for antioxidant benefits. Pharmacol Ther 2014 · PubMed 24080471