Freie Radikale werden als normaler Bestandteil des Zellstoffwechsels produziert. Zu diesen Verbindungen gehören Peroxide – oxidierende Verbindungen, die DNA, Lipide und Proteine schädigen können. Dieser oxidative Stress kann zu Krankheiten wie Arteriosklerose und zum Alterungsprozess beitragen. Glutathionperoxidase (GPx) ist eine Art Enzym, das als zelluläres Antioxidans dient. Es reduziert die Peroxidgruppe zu einer relativ unreaktiven Alkoholgruppe unter Verwendung von Glutathion als Reduktionsmittel und schützt so die Zelle vor oxidativen Schäden.
Wenn eine Verbindung oxidiert wird, gibt sie ein Elektron ab. Bei sauerstoffhaltigen Verbindungen führt dies zu einer instabilen Verbindung, die ein Elektron von einer nahegelegenen Substanz aufnimmt, um sich selbst zu stabilisieren, was möglicherweise zu großen Schäden an zellulären Komponenten führt. Peroxide sind Verbindungen, die aus zwei Sauerstoffmolekülen bestehen, die durch eine Einfachbindung verbunden sind und stark oxidieren. Diese Stoffe können durch Enzyme, die als Peroxidasen bekannt sind, reduziert und weniger schädlich gemacht werden. Diese Aktivität ist ein wichtiger antioxidativer Entgiftungsmechanismus für praktisch alle Organismen, die in einer Sauerstoffatmosphäre leben, einschließlich Mikroorganismen.
Peroxidasen des als Meerrettichperoxidase bekannten Typs haben an ihrem aktiven Zentrum eine eisenhaltige Hämgruppe. Stattdessen hat die Glutathionperoxidase das Metall Selen an ihrem aktiven Zentrum. Dies ist einer der Gründe, warum Selen in der menschlichen Ernährung benötigt wird. Diese Art von Peroxidase verwendet die schwefelhaltige Verbindung Glutathion, um die Peroxide zu reduzieren und zu entgiften.
Glutathionperoxidase umfasst eine Enzymfamilie. Somit gibt es eine Reihe eng verwandter Proteine, die von verschiedenen menschlichen Genen produziert werden. Die verschiedenen Enzyme scheinen unterschiedliche Funktionen zu haben. Sie werden in unterschiedlichen Geweben produziert und unterscheiden sich in der Art der durch die Enzyme vermittelten Reaktionen.
Beim Menschen wurden bis 2010 acht verschiedene Typen identifiziert, die alle von separaten Genen kodiert werden. Die primäre Form scheint GPx1 zu sein. Es ist das häufigste dieser Enzyme und kommt im Zytosol der meisten Säugetiergewebe vor. Diese Form der Glutathionperoxidase ist am effektivsten bei der Reduktion von Wasserstoffperoxid, um Wasser als Endprodukt zu produzieren.
Wasserstoffperoxid ist eine häufig in Zellen vorkommende Verbindung, die leicht zu freien Radikalen abgebaut wird. Es entsteht durch die Aktivität des Immunsystems von Tieren. Diese Verbindung ist jedoch toxisch, und es besteht ein Bedarf für die weit verbreitete Anwesenheit eines Enzyms, um sie zu entgiften. Glücklicherweise ist GPx1 häufig vorhanden, um eine solche Rolle zu erfüllen, indem es das Wasserstoffperoxid zu Wasser reduziert. Einige ethnische Gruppen haben eine veränderte Version dieses Enzyms, die ihre Resistenz gegen Malaria verbessert.
Eine andere Art von Glutathionperoxidase, die ein wichtiges antioxidatives Enzym ist, ist GPx4. Lipide können zu Hydroperoxiden oxidiert werden, einer besonders schädlichen Form von Peroxid. Diese reaktiven Lipide können die Lipide um sie herum schädigen und zu möglichen Erkrankungen wie Entzündungen und Herzerkrankungen führen. Auch als Phospholipidhydroperoxid bekannt, reduziert GPx4 diese beschädigten Lipide von Peroxiden zu Alkoholen. Diese Form der Glutathionperoxidase ist auch in Zellen weit verbreitet, wird jedoch in geringerem Maße als GPx1 exprimiert.