Glukozamin sulfat (GS) je monosaharid (preprost sladkorja) in pripada ogljikovi hidrati. Je izpeljanka (potomec) D-glukoze (dekstroza), od katerega se GS razlikuje le po nadomestitvi (zamenjavi) hidroksi (OH) skupine na drugem ogljika (C) atom z amino (NH2) skupino - amino sladkorja, D-glukozamin - in v prisotnosti sulfatne (SO4) skupine - D-glukozamin sulfata - vezane na skupino NH2. Glukozamin - večinoma v obliki N-acetilglukozamina (GlcNAc) ali glukozamin sulfata - je osnovna molekula glikozaminoglikanov, tistih mukopolisaharidov, ki jih sestavljajo ponavljajoči se (ponavljajoči se) disaharidi (dvo-sladkorja) enote (uronska kislina + aminokislin) in stranske verige ogljikovih hidratov visoko molekulskih proteoglikanov (glikozilirani glikoproteini, ki so pomembni sestavni deli zunajceličnega matriksa (zunajcelični matriks, medcelična snov, ECM, ECM), zlasti kosti, hrustanec in tetive). Glede na sestavo disaharidnih enot lahko ločimo različne glikozaminoglikane - hialuronska kislina (glukuronska kislina + N-acetilglukozamin), kondroitin sulfat in dermatan sulfat (glukuronska kislina ali iduronska kislina + N-acetilgalaktozamin), heparin in heparan sulfat (glukuronska kislina ali iduronska kislina + N-acetilglukozamin ali glukozamin sulfat) in keratan sulfat (galakturonska kislina + N-acetilglukozamin). Vsem glikozaminoglikanom je skupno, da imajo negativne naboje in tako privlačijo natrijev ioni (Na2 +), ki pa inducirajo vode priliv. Iz tega razloga se glikozaminoglikani lahko vežejo vode, ki igra bistveno vlogo, zlasti za funkcionalnost sklepne hrustanec. S starostjo naboj Gostota glikozaminoglikanov zmanjša in njihova vode-vezna sposobnost se zmanjša, kar povzroči hrustanec izgubijo trdoto in elastičnost ter nastanejo strukturne spremembe. Nazadnje se tveganje za artritično bolezen s starostjo povečuje.
Sinteza
Glukozamin se v človeškem organizmu sintetizira (tvori) iz D-fruktoza-6-fosfat in aminokislina L-glutamin. Medtem ko fruktoza molekula kot heksoza (telo C6) zagotavlja osnovno molekularno okostje, glutamin zagotavlja amino skupino. Biosinteza glukozamina se začne s prenosom skupine NH2 glutamin na telo C5 sistema fruktoza-6-fosfat z glutamin-fruktoza-6-fosfatom transaminazo, tako da se glukozamin-6-fosfat tvori po nadaljnji izomerizaciji. Temu sledi defosforilacija (cepitev fosfat skupina) na glukozamin in vezava hidrokloridne (HCl) skupine na njeno amino skupino - glukozamin hidroklorid - ki jo v naslednjem koraku nadomesti sulfatna skupina - glukozamin sulfat. V okviru terapevtske uporabe se glukozamin in glukozamin hidroklorid oziroma glukozamin sulfat proizvajata industrijsko. Izhodiščna snov je hitin (grški hiton "podlanka, lupina, karapa") - a dušik (N) polisaharid, ki vsebuje široko razširjen v naravi, zlasti v živalskem in glivičnem kraljestvu, ki je glavna sestavina eksoskeleta mnogih členonožcev (členonožcev), sestavni del radule (ustnih delov) mnogih mehkužcev (mehkužcev) in komponenta celične stene nekaterih gliv. Okvirna snov hitin je sestavljena iz več monomerov (do 2,000), pretežno N-acetil-D-glukozamina (GlcNAc), lahko pa vsebuje tudi enote D-glukozamina. Monomeri so med seboj povezani z ß-1,4-glikozidnimi vezmi. Za industrijsko sintezo glukozamina se hitin večinoma pridobiva kot sekundarna surovina iz ribiških odpadkov rakov, kot je npr. raki in kozic. V ta namen zdrobljene lupine rakov in lupine rakov deproteiniziramo s pomočjo natrijev raztopina hidroksida (2 mol NaOH / l) in pod vplivom prostih komponent apna klorovodikova kislina (4 mol HCl / l). Nastali polimerni hitin obdelamo z vročim klorovodikova kislina da ga hidrolitsko cepimo (z reakcijo z vodo) na svoje monomere in jih deacetiliramo (cepitev acetilne skupine iz GlcNAc; če je stopnja acetilacije <50%, se to imenuje hitozan), kar povzroča številne D-glukozamine molekule. Vezava skupin HCl ali SO4 na amino skupine glukozamina molekule povzroči D-glukozamin hidrokloride oziroma D-glukozamin sulfate. Glukozamin je najprimernejši substrat za biosintezo glikozaminoglikanov. Po amidaciji in izomerizaciji fruktoza-6-fosfata v glukozamin-6-fosfat se slednji acetilira v N-acetilglukozamin-6-fosfat z glukozamin-6-fosfat-a-fosfati , se z N-acetilglukozamin-1-fosfatom izomerizira (pretvori) v N-acetilglukozamin-XNUMX-fosfat z N-acetilglukozamin-fosfoglukomutazo in pretvori v UDP-N-acetilglukozamin (UDP-GlcNAc) z uridin-difosfatom (UDP) -N-acetilglukozamin fosfat na UDP-N-acetilgalaktozamin (UDP-GalNAc) z UDP-galaktoza 4-epimeraza. Nukleotid UDP zagotavlja potrebno energijo za prenos molekule GlcNAc ali GalNAc v uronsko kislino in tako sintetizira disaharidne enote glikozaminoglikanov, kot je npr. hialuronska kislina, kondroitin sulfat/ dermatan sulfat in keratan sulfat. Za biosintezo heparin in heparan sulfata, ostanek GlcNAc je delno deacetiliran in sulfatiran v glukozamin sulfat. S starostjo se sposobnost samoprodukcije glukozamina v zadostnih količinah zmanjšuje, kar je povezano z zmanjšano sintezo glikozaminoglikana. Zaradi tega je starajoči sklepni hrustanec podvržen strukturnim spremembam in vedno bolj izgublja svojo funkcijo šok absorber. Posledično je pri starejših večje tveganje za razvoj osteoartritis in druge artritične spremembe.
Resorpcija
Do danes je zelo malo znanega o mehanizmu črevesja (ki vključuje črevesje) absorpcija (absorpcija) glukozamina in glukozamin sulfata. Obstajajo dokazi, da glukozamin vstopa v enterocite (celice tankega črevesja epitelija) v zgornjem Tanko črevo z aktivnim postopkom, ki vključuje transmembranski transport beljakovin (prevozniki). Zdi se, da ima bistveno vlogo natrijev/glukoze kotransporter-1 (SGLT-1), ki prevaža derivate D-glukoze in D-glukoze, vključno z D-glukozaminom, skupaj z natrijevimi ioni s pomočjo simporta (rektificirani transport) iz dvanajstnik do ileuma. Za absorpcija glukozamin sulfata je encimsko cepljenje sulfatne skupine potrebno v črevesnem lumnu ali na mejni membrani ščetk enterocitov, da ga SGLT-1 ponotranji (interno prevzame) v obliki glukozamina. SGLT-1 je izražen v odvisnosti od luminalne podlage koncentracija - kadar je zaloga substrata velika, se poveča znotrajcelična ekspresija nosilnega sistema in njegova vključitev v apikalno (obrnjeno v lumen črevesja) membrano enterocitov, kadar je zaloga substrata majhna, pa se zmanjša. V tem postopku substrati tekmujejo za mesta vezave SGLT-1, tako da se na primer glukozamin izpodrine s mesta absorpcija pri visoki svetlobi glukoze koncentracije. Gonilna sila SGLT-1 je elektrokemični navznoter celični gradient natrija, ki ga posreduje natrij (Na +) /kalij (K +) - ATPaza, ki se nahaja v bazolaterali (obrnjena proti kri plovila) celična membrana, in se aktivira s porabo ATP (adenozin trifosfat, univerzalni nukleotid, ki zagotavlja energijo) katalizira (pospeši) transport ionov Na + iz črevesne celice v krvni obtok in ionov K + v črevesno celico. Poleg apikalne enterocitne membrane se SGLT-1 nahaja tudi v proksimalnem tubulu ledvice (glavni del ledvičnih tubulov), kjer je odgovoren za reabsorpcijo glukoze in glukozamina. V enterocitih (celice tankega črevesja epitelija), pride do encimske resulfacije (vezave sulfatnih skupin) glukozamina na glukozamin sulfat, čeprav se to lahko jetra in drugih organov. Prenos glukozamina in glukozamin sulfata iz enterocitov skozi bazolateral celična membrana v krvni obtok (portal Vena) dosežemo s transporterjem glukoze-2 (GLUT-2). Ta nosilni sistem ima visoko transportno zmogljivost in nizko afiniteto do substrata, tako da poleg glukoze in njenih derivatov galaktoza prevažajo se tudi fruktoza. GLUT-2 je tudi lokaliziran v jetra in beta celic trebušne slinavke (insulina(ki proizvajajo celice trebušne slinavke), kjer zagotavlja tako vnos ogljikovih hidratov v celice kot izpust v krvni obtok. Glede na farmakokinetične študije je črevesna absorpcija peroralno dobavljenega glukozamina in glukozamin sulfata hitra in skoraj popolna (do 98%). Velika razpoložljivost glukozamin sulfata je delno posledica njegove majhne molar masa ali molekulska velikost v primerjavi z glikozaminoglikani - molekula GS je približno 250-krat manjša od kondroitin sulfat molekula. Ocenjuje se, da je stopnja absorpcije hondroitin sulfata le 0-8%.
Prevoz in porazdelitev v telesu
Študije z radioaktivno označenim, peroralno apliciranim glukozaminom in glukozamin sulfatom so pokazale, da se te snovi hitro pojavijo v kri po hitri absorpciji in jih tkiva in organi hitro prevzamejo. Amino sladkorji so prednostno vključeni v sklepne strukture, zlasti v zunajcelični matriks (zunaj celice) (zunajcelični matriks, medcelična snov, ECM, ECM) hrustanca, vezi in tetive. Tam je glukozamin sulfat prevladujoča oblika, ker se prosti glukozamin podvrže encimskemu sulfiranju (vezava sulfatnih skupin). V sklepu glukozamin sulfat spodbuja sintezo komponent hrustanca in sinovialna tekočina (sklepna tekočina). Poleg tega GS vodi do večje absorpcije žveplo, bistven element za sklepna tkiva, kjer je odgovoren za stabilizacijo zunajceličnega matriksa sklepnih struktur. S spodbujanjem anaboličnih (gradbenih) procesov in zaviranjem kataboličnih (razgradnih) procesov v sklepnem hrustancu glukozamin sulfat uravnava dinamično ravnovesje kopičenja in razgradnje hrustanca. Nazadnje, GS je bistvenega pomena za ohranjanje delovanja sklepov in se uporablja kot prehrana dopolnjujejo ali hondroprotektant (snovi, ki ščitijo hrustanec in zavirajo razgradnjo hrustanca s protivnetnimi učinki) pri artritičnih boleznih. V odmerkih od 700 do 1,500 mg na dan GS pokaže aktivnost, ki spreminja simptome, z dobro prenašanjem in preprečuje napredovanje osteoartritis. Na primer, zdravljenje z 1,500 mg peroralno danega GS je zmanjšalo 0.31 mm zožitev kolenski sklep pričakovanega prostora pri bolnikih z gonartroza (kolenski sklep osteoartritis) za 70% v treh letih. Vnos GS v sklepni hrustanec sledi aktivnemu mehanizmu preko transmembranskih nosilcev - tako kot transport glukozamin sulfata v jetra in ledvice. Večina drugih tkiv absorbira amino sladkor s pasivno difuzijo. V kri plazme je čas zadrževanja glukozamina in glukozamin sulfata zelo kratek - po eni strani zaradi hitrega vnosa v tkiva in organe, po drugi strani pa zaradi vključitve (vnosa) v plazmo beljakovin, kot so alfa- in beta-globulin. Glede na farmakokinetične študije ima peroralno uporabljen glukozamin plazmo koncentracija 5-krat nižji od parenteralnega (intravensko ali intramuskularno) uporabljenega glukozamina. To je posledica metabolizem prvega prehoda v jetrih, ki jim je izpostavljen le oralni glukozamin. Kot del učinka prvega prehoda se visok delež glukozamina razgradi na manjši molekule in navsezadnje do ogljika dioksid, voda in sečnina, pri čemer ostane le majhen delež glukozamina nespremenjen in sproščen v krvni obtok.
Izločanje
Glukozamin sulfat se izloča pretežno skozi ledvice z urinom (~ 30%), predvsem v obliki glukozamina. Zaradi skoraj popolne črevesne absorpcije je izločanje GS v blatu (blatu) le približno 1%. V manjši meri je GS odprava se pojavlja tudi v dihalni trakt.
