Glukozamin sulfat (GS) je monosaharid (jednostavan šećer) i pripada ugljikohidrati. Derivat je (potomak) D-glukoza (dekstroza), od koje se GS razlikuje samo u supstituciji (zamjeni) hidroksi (OH) skupine na drugoj ugljen (C) atom amino (NH2) skupinom - amino šećer, D-glukozamin - i u prisutnosti sulfatne (SO4) skupine - D-glukozamin sulfat - vezan za NH2 skupinu. Glukozamin - uglavnom u obliku N-acetilglukozamina (GlcNAc) ili glukozamin sulfata - osnovna je molekula glikozaminoglikana, onih mukopolisaharida koji se sastoje od ponavljajućih (ponavljajućih) disaharida (dva-šećer) jedinice (uronska kiselina + amino šećer) i ugljikohidratni bočni lanci proteoglikana visoke molekularne težine (glikozilirani glikoproteini, koji su važne komponente izvanstaničnog matriksa (izvanstanični matriks, međustanična tvar, ECM, ECM), posebno kosti, hrskavica i tetive). Ovisno o sastavu disaharidnih jedinica, mogu se razlikovati različiti glikozaminoglikani - hijaluronska kiselina (glukuronska kiselina + N-acetilglukozamin), kondroitin sulfat i dermatan sulfat (glukuronska kiselina ili iduronska kiselina + N-acetilgalaktozamin), heparin i heparan sulfat (glukuronska kiselina ili iduronska kiselina + N-acetilglukozamin ili glukozamin sulfat) i keratan sulfat (galakturonska kiselina + N-acetilglukozamin). Svim glikozaminoglikanima zajedničko je da posjeduju negativne naboje i tako privlače natrij ioni (Na2 +), koji pak induciraju voda priljev. Iz tog su razloga glikozaminoglikani sposobni vezati se voda, koji igra bitnu ulogu, posebno za funkcionalnost zglobnih hrskavica. S godinama, naboj gustoća glikozaminoglikana smanjuje i njihov voda-vezivni kapacitet se smanjuje, uzrokujući hrskavica tkivo da izgubi tvrdoću i elastičnost i da se pojave strukturne promjene. Napokon, rizik od artritične bolesti raste s godinama.
Sinteza
Glukozamin se sintetizira (stvara) u ljudskom organizmu iz D-fruktoza-6-fosfat i aminokiselina L-glutamina, Dok fruktoza molekula kao heksoza (tijelo C6) pruža osnovni molekularni kostur, glutamina pruža amino skupinu. Biosinteza glukozamina započinje prijenosom NH2 skupine glutamina do tijela C5 od fruktoza-6-fosfat glutamin-fruktoza-6-fosfat transaminazom, tako da se glukozamin-6-fosfat stvara nakon naknadne izomerizacije. Nakon toga slijedi defosforilacija (cijepanje fosfat skupina) na glukozamin i vezanje hidrokloridne (HCl) skupine na njezinu amino skupinu - glukozamin hidroklorid - koja je u sljedećem koraku zamijenjena sulfatnom skupinom - glukozamin sulfatom. U kontekstu terapijske primjene, glukozamin i glukozamin hidroklorid, odnosno glukozamin sulfat, proizvode se industrijski. Polazni materijal je hitin (grčki hiton "poddlaka, školjka, karapa") - a dušik (N) polisaharid koji sadrži široko rasprostranjen u prirodi, posebno u kraljevstvima životinja i gljivica, koji je glavna komponenta egzoskeleta mnogih člankonožaca (člankonožaca), komponenta radule (usnih dijelova) mnogih mekušaca (mekušaca) i komponenta staničnog zida nekih gljiva. Okvirna tvar hitin sastoji se od nekoliko monomera (do 2,000), pretežno N-acetil-D-glukozamina (GlcNAc), ali može sadržavati i D-glukozaminske jedinice. Monomeri su međusobno povezani ß-1,4-glikozidnim vezama. Za industrijsku sintezu glukozamina hitin se uglavnom dobiva kao sekundarna sirovina iz ribljeg otpada rakova, kao što je npr. rakovi i škampi. U tu svrhu usitnjene školjke rakova i školjke rakova deproteiniziraju se pomoću natrij hidroksidne otopine (2 mol NaOH / l) i oslobođen komponenata vapna pod djelovanjem klorovodična kiselina (4 mola HCl / l). Rezultirajući polimerni hitin tretira se vrućim klorovodična kiselina hidrolitički ga cijepati (reakcijom s vodom) na njegove monomere i deacetilirati (cijepanje acetilne skupine iz GlcNAc; ako je stupanj acetilacije <50%, to se naziva kitozan), što dovodi do nastanka brojnih D-glukozamina molekule. Vezanje HCl ili SO4 skupina na amino skupine glukozamina molekule rezultira D-glukozamin hidrokloridima, odnosno D-glukozamin sulfatima. Glukozamin je preferirani supstrat za biosintezu glikozaminoglikana. Nakon amidacije i izomerizacije fruktoze-6-fosfata u glukozamin-6-fosfat, potonji se acetilira u N-acetilglukozamin-6-fosfat pomoću glukozamin-6-fosfat-a-fosfata-1-fosfata. , izomerizira se (pretvara) u N-acetilglukozamin-XNUMX-fosfat pomoću N-acetilglukozamin fosfoglukomutaze i pretvara u UDP-N-acetilglukozamin (UDP-GlcNAc) uridin difosfatom (UDP) -N-acetilglukozamin fosfatom koji može pretvoriti u fosfilglukozamin fosfat u UDP-N-acetilgalaktozamin (UDP-GalNAc) pomoću UDP-galaktoza 4-epimeraza. Nukleotid UDP pruža potrebnu energiju za prijenos molekule GlcNAc ili GalNAc u uronsku kiselinu i na taj način sintetizira disaharidne jedinice glikozaminoglikana, poput hijaluronska kiselina, kondroitin sulfat/ dermatan sulfat i keratan sulfat. Za biosintezu heparin i heparan sulfata, ostatak GlcNAc je djelomično deacetiliran i sulfatiran u glukozamin sulfat. S godinama se sposobnost samostalne proizvodnje glukozamina u dovoljnim količinama smanjuje, što je povezano sa smanjenom sintezom glikozaminoglikana. Iz tog razloga starenje zglobne hrskavice podložno je strukturnim promjenama i sve više gubi svoju funkciju šok apsorber. Slijedom toga, starije osobe imaju povećani rizik od razvoja osteoartritis i druge artritične promjene.
resorpcija
Do danas je vrlo malo poznato o mehanizmu crijeva (koji uključuje crijeva) apsorpcija (unos) glukozamina i glukozamin sulfata. Postoje dokazi da glukozamin ulazi u enterocite (stanice tankog crijeva epitelijum) u gornjem tankog crijeva aktivnim postupkom koji uključuje transmembranski transport proteini (prijevoznici). Čini se da ključnu ulogu igra natrij/glukoza kotransporter-1 (SGLT-1), koji transportira derivate D-glukoze i D-glukoze, uključujući D-glukozamin, zajedno s natrijevim ionima pomoću simporta (ispravljeni transport) iz dvanaesnika do ileuma. Za apsorpcija glukozamin sulfata, enzimatsko cijepanje sulfatne skupine potrebno je u lumenu crijeva ili na rubnoj membrani četkice enterocita kako bi ga SGLT-1 internalizirao (uzeo iznutra) u obliku glukozamina. SGLT-1 izražava se u ovisnosti o luminalnoj podlozi koncentracija - kada je opskrba supstratom velika, povećava se unutarstanična ekspresija sustava nosača i njegova ugradnja u apikalnu (okrenutu lumenu crijeva) membranu enterocita, a kada je opskrba supstrata mala, smanjuje se. U ovom procesu supstrati se natječu za mjesta vezanja SGLT-1 tako da se, na primjer, glukozamin istisne sa mjesta apsorpcija pri visokom luminalu glukoza koncentracije. Pokretačka snaga SGLT-1 je elektrokemijski unutarnji stanični gradijent natrija koji je posredovan natrijem (Na +) /kalij (K +) - ATPaza, smještena u bazolaterali (okrenuta prema krv posuđe) stanična membrana, a aktivira se potrošnjom ATP (adenozin trifosfat, univerzalni nukleotid koji opskrbljuje energijom) katalizira (ubrzava) transport iona Na + iz crijevne stanice u krvotok i K + iona u crijevnu stanicu. Pored apikalne membrane enterocita, SGLT-1 se nalazi i u proksimalnom tubulu bubreg (glavni dio bubrežnih tubula), gdje je odgovoran za reapsorpciju glukoze i glukozamina. U enterocitima (stanice tankog crijeva epitelijum), dolazi do enzimske resulfacije (vezivanje sulfatnih skupina) glukozamina na glukozamin sulfat, iako se to može dogoditi i u jetra i drugih organa. Prijevoz glukozamina i glukozamin sulfata iz enterocita kroz bazolateral stanična membrana u krvotok (portal vena) postiže se transporterom glukoze-2 (GLUT-2). Ovaj sustav nosača ima visok transportni kapacitet i nizak afinitet supstrata, tako da osim glukoze i derivata glukoze, galaktoza a prevozi se i fruktoza. GLUT-2 je također lokaliziran u jetra i beta stanice gušterače (insulin-proizvode stanice gušterače), gdje osigurava i unos ugljikohidrata u stanice i ispuštanje u krvotok. Prema farmakokinetičkim studijama, crijevna apsorpcija oralno isporučenog glukozamina i glukozamin sulfata je brza i gotovo potpuna (do 98%). Visoka dostupnost glukozamin sulfata dijelom proizlazi iz njegove male kutnjak masa ili molekularne veličine u usporedbi s glikozaminoglikanima - molekula GS je oko 250 puta manja od kondroitin sulfat molekula. Procjenjuje se da je stopa apsorpcije hondroitin sulfata samo 0-8%.
Transport i raspodjela u tijelu
Studije s radioaktivno obilježenim, oralno primijenjenim glukozaminom i glukozamin sulfatom pokazale su da se te tvari brzo pojavljuju u krv nakon brze apsorpcije i brzo ih preuzimaju tkiva i organi. Amino šećeri su prioritetno ugrađeni u zglobne strukture, posebno u izvanstanični (izvan stanice) matriks (izvanstanični matriks, međustanična tvar, ECM, ECM) hrskavice, ligamenata i tetive. Tamo je glukozamin sulfat prevladavajući oblik, jer slobodni glukozamin prolazi kroz enzimatsku sulfaciju (vezanje sulfatnih skupina). U zglobu glukozamin sulfat potiče sintezu komponenata hrskavice i sinovijalna tekućina (zglobna tekućina). Uz to, GS dovodi do povećane apsorpcije sumpor, bitan element za zglobna tkiva, gdje je odgovoran za stabilizaciju izvanstaničnog matriksa zglobnih struktura. Promovirajući anaboličke (nadograđujuće) procese i inhibirajući kataboličke (razgrađujuće) procese u zglobnoj hrskavici, glukozamin sulfat regulira dinamičku uravnotežiti građenja i razbijanja hrskavice. Napokon, GS je neophodan za održavanje funkcije zglobova i koristi se kao dijeta dopuniti ili hondroprotektor (tvari koje štite hrskavicu i inhibiraju propadanje hrskavice s protuupalnim učincima) kod artritičnih bolesti. U dozama od 700-1,500 mg na dan, GS pokazuje aktivnost koja modificira simptome s dobrom podnošljivošću i suzbija napredovanje osteoartritis. Na primjer, liječenje s 1,500 mg oralno primijenjenog GS smanjilo je suženje 0.31 mm zglob koljena prostor koji se očekuje u bolesnika s gonartroza (zglob koljena osteoartritis) za 70% u roku od tri godine. Unos GS u zglobnu hrskavicu slijedi aktivni mehanizam putem transmembranskih nosača - kao i transport glukozamin sulfata u jetra i bubreg. Većina ostalih tkiva pasivnom difuzijom uzima amino šećer. U krv plazme, vrijeme zadržavanja glukozamina i glukozamin sulfata vrlo je kratko - s jedne strane, zbog brzog unosa u tkiva i organe, a s druge strane, zbog ugradnje (unosa) u plazmu proteini, kao što su alfa- i beta-globulin. Prema farmakokinetičkim studijama, oralno primijenjeni glukozamin ima plazmu koncentracija 5 puta niže od parenteralno (intravenozno ili intramuskularno) primijenjenog glukozamina. To je zbog metabolizam prvog prolaza u jetri, kojoj prolazi samo oralni glukozamin. Kao dio učinka prvog prolaska, visoki udio glukozamina razgrađuje se na manji molekule i u konačnici do ugljen dioksid, voda i urea, ostavljajući samo mali udio glukozamina nepromijenjenim i ispuštenim u krvotok.
izlučivanje
Glukozamin sulfat se izlučuje pretežno putem bubrega mokraćom (~ 30%), prvenstveno u obliku glukozamina. Zbog gotovo potpune apsorpcije u crijevima, izlučivanje GS-a fecesom (stolicom) iznosi samo oko 1%. U manjoj mjeri GS eliminacija također se javlja u dišni put.
