glysin - glysin som signalstoff

I ryggmargen og i deler av hjernen fungerer glysin som et hemmende (inhibitorisk) signalstoff (nevrotransmitter). Inhibitoriske nerveceller skiller ut glysin som så binder seg til mottakerapparater (reseptorer) i cellemembranen på andre nerveceller. Reseptorene for glysin er kanaler for klor-ioner. Kanalene åpner seg når glysin binder seg til dem, slik at klor-ioner kan strømme inn i nervecellene. Disse glysinreseptorene lar seg blokkere av giftstoffet stryknin. I ryggmargen og hjernestammen er glysinreseptorene viktige for å hemme nervecellene (motonevronene) som aktiverer muskler. Strykninforgiftning fører til at disse nervecellene ikke blir hemmet på normal måte slik at de blir overaktivert. Resultatet er kraftig og ukontrollerbar muskelsammentrekning.

Her skal vi forklare hvorfor glysin er et hemmende signalstoff: Utenfor nervecellene er konsentrasjonen av natrium- og klor-ioner høy. Inni cellene er konsentrasjonen av disse ionene lav. Natrium-ioner er positivt ladet (Na⁺), mens klor-ioner er negativt ladet (Cl^-). En inaktiv nervecellemembran er ‘polarisert’, slik at utsiden er positiv i forhold til innsiden. For å aktivere en nervecelle må det åpne seg kanaler for natrium-ioner i nervecellemembranen slik at disse ionene strømmer inn i cellen. Da blir utsiden mindre positiv og innsiden mer positiv. Vi sier at cellemembranen blir depolarisert. Om det derimot åpner seg kanaler for klor-ioner i nervecellemembranen, strømmer disse negativt ladete ionene inn i cellen og utsiden blir mer positiv i forhold til den nå mer negative innsiden. Vi sier at cellemembranen blir hyperpolarisert. Dermed skal det mer til for å aktivere nervecellen, som nå er blitt hemmet. Fordi glysin binder seg til – og åpner – kanaler for klor-ioner, er den et hemmende signalstoff, en inhibitorisk nevrotransmitter.

Glysin har også en annen rolle som signalstoff. I hjernen er det en type reseptorer for glutamat, såkalte NMDA-reseptorer. Disse er kanaler for natrium- og kalsium-ioner, og de åpnes når glutamat binder seg til dem. For at NMDA-reseptoren skal kunne aktiveres av glutamat, må den samtidig aktiveres av glysin (eventuelt av aminosyren D-serin). Her virker glysin aktiverende fordi NMDA-reseptoren slipper inn positivt ladete ioner (Na⁺ og Ca²⁺). Glysinen som aktiverer NMDA-reseptorer, stammer antakelig ikke fra nerveceller, men fra astrocytter som omgir synapsespalten. Fordi denne glysinen ikke slippes ut av nerveceller, oppfyller den ikke alle kravene til å være en nevrotransmitter, men må kalles en nevromodulator.

Glysin kan dannes fra en annen aminosyre, L-serin, via enzymet serin-hydroksymetyl transferase. I tillegg får vi glysin fra maten gjennom proteiner som brytes ned til sine enkelte aminosyrer.

Glysin brytes ned via enzymet glysinkløyvingssystemet (engelsk: glycine cleavage system) til ammoniakk (NH₃), CO₂ og en metylgruppe (-CH₃).

I nerveceller som bruker glysin som hemmende signalstoff, blir glysin tatt opp i små blærer: synaptiske vesikler. Disse ligger i nerveendene der nervecellene danner kontaktpunkter (synapser) med andre nerveceller. Når den hemmende nervecellen blir aktivert, strømmer kalsium-ioner (Ca²⁺) inn i nerveendene. Kalsium-ionene aktiverer mekanismer som gjør at en synaptisk vesikkel tømmer innholdet sitt av glysin ut i synapsespalten (spalten mellom nerveenden og nervecellen som skal hemmes). Etter at glysin er blitt skilt ut i synapsespalten, blir glysin fjernet ved at den blir tatt opp igjen i nerveenden. Dette skjer ved hjelp av en glysintransportør, et protein i cellemembranen på nerveenden.

I de synapsene der glysin aktiverer NMDA-reseptorer, fjernes den ved å bli tatt opp i astrocytter som omgir synapsespaltene. Astrocyttene har en egen type glysintransportør i sin cellemembran.

Dersom enzymet som bryter ned glysin, glysinkløyvingssystemet (glycine cleavage system), ikke virker, hoper glysin seg opp i kroppen. Dette kan skyldes en feil (mutasjon) i genene som koder for dette enzymet. Da oppstår såkalt non-ketotisk hyperglysinemi (hyperglysinemi: for mye glysin i blodet). De høye glysinnivåene fører pusteproblemer, epileptiske anfall og hjerneskade. Det er rimelig å tro at pusteproblemene (pustestans) skyldes at glysinreseptorer i ryggmargen overaktiveres slik at nervecellene som styrer pustemusklene blir inaktivert. Det er mulig at de epileptiske anfallene skyldes overaktivering av NMDA-reseptorene i hjernen.

En annen grunn til at glysin hoper seg opp, er genfeil som fører til at visse organiske syrer (propionsyre, metylmalonsyre) hoper seg opp. Disse syrene hemmer antakelig glysinkløyvingssystemet. Da oppstår såkalt ketotisk hyperglysinemi.

Et medikament, klozapin (Leponex®), som brukes ved behandling av schizofreni, binder seg til NMDA-reseptoren på det stedet der glysin binder seg (glysinsetet på NMDA-reseptoren). Klozapin virker mot den inaktiviteten og manglende motivasjon og interesse som enkelte opplever ved schizofreni (såkalte negative symptomer). Man antar at denne effekten er knyttet til klozapins aktiverende virkning på NMDA-reseptoren.