Thermodynamic stoichiometry of Na⁺-coupled glutathione transport

Authors: Gukasyan, Hovhannes J.; Lee, Vincent H.L.; Simityan, Hagop; Kim, Kwang-Jin; Kannan, Ram

Source: Canadian Journal of Physiology and Pharmacology, Volume 84, Number 11, November 2006 , pp. 1223-1227(5)

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Abstract:

Ambiguity exists with respect to mechanisms of glutathione (GSH) transport and the molecular identity of GSH transporters. Empirical and theoretical limitations have hindered functional and molecular characterizations. Published literature referring to the isolation and molecular identification of Na⁺-coupled GSH transporters that mediate the cellular uptake of GSH is highly debated. Whereas a number of functional and kinetic reports of this putative symport mechanism exist, the hypothetical transmembrane Na⁺-coupled GSH transporter protein or the genetic message encoding it has not been isolated. Theoretical thermodynamic calculations to support the concept of secondary active GSH transport and to rationalize accounts of physical-kinetic measurements describing Na⁺-coupled cellular GSH uptake were performed. The adequacy of requisite energy and stoichiometric conservation of the separate electrical and chemical components of a Na⁺ gradient in maintaining a high cellular accumulation gradient for GSH was examined through a purely phenomenological perspective. Dependent on the biological context, the energetic coupling between Na⁺ and GSH cotransport may occur at ratios from 1:1 to 3:1. Molecular identification of specific transporters responsible for cellular Na⁺-coupled GSH uptake will facilitate determination of their relative contribution to the overall plasma membrane resting potential. In tissues with a high GSH concentration relative to their extracellular millieu, particularly in pathologies of cystic fibrosis and dry eye syndromes, large energy coupling ratios in cotransport of Na⁺ and GSH may be expected. Na⁺-coupled GSH transport may play an important role in disease onset and (or) progression, or treatment modalities thereof.

Il existe une ambiguïté en ce qui concerne les mécanismes de transport du glutathion (GSH) et l'identité moléculaire des transporteurs de GSH. Des limites théoriques et empiriques ont gêné les caractérisations moléculaires et fonctionnelles. La littérature portant sur l'isolation et l'identification moléculaire des transporteurs de GSH couplé au Na⁺ qui véhiculent la capture cellulaire du GSH fait l'objet d'une vive controverse. Alors qu'il existe de nombreux rapports cinétiques et fonctionnels de ce mécanisme de symport présumé, l'hypothétique protéine de transport transmembranaire du GHS couplé au Na⁺, ou le message génétique l'encodant, n'a pas été isolée. Des calculs thermodynamiques théoriques visant à appuyer le concept de transport secondaire actif du GSH et à expliquer les résultats des mesures physico-cinétiques décrivant la capture cellulaire du GSH couplé au Na⁺ ont été effectués. L'exactitude de l'énergie requise et de la conservation stœchiométrique des composants électriques et chimiques d'un gradient Na⁺ dans le maintien d'un fort gradient d'accumulation cellulaire de GSH a été examinée à travers une perspective purement phénoménologique. Selon le contexte biologique, le couplage énergétique entre le cotransport de Na⁺ et de GSH pourrait se produire à des rapports compris entre 1: 1 et 3: 1. L'identification moléculaire des transporteurs à l'origine de la capture cellulaire du GHS couplé au Na⁺ facilitera la détermination de leur contribution relative au potentiel de repos global de la membrane plasmique. Dans les tissus ayant une forte concentration de GSH par rapport à leur milieu extracellulaire, particulièrement dans les pathologies comme la fibrose kystique et les syndromes de l'oeil sec, il faut s'attendre à des rapports de couplage énergétique élevés quant au cotransport de Na⁺ et de GSH. Le transport de GSH couplé au Na⁺ pourrait jouer un rôle important dans le déclenchement et/ou la progression des maladies, ou dans leur traitement.

Document Type: Research article

Publication date: 2006-11-01

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