GLUTAMINSYRE: EGENSKAPER, FUNKSJONER, BIOSYNTESE - BIOLOGI - 2026

Den glutaminsyre er en av de 22 aminosyrer som utgjør proteiner i alle levende ting og et av de mest rikelig i naturen. Siden menneskekroppen har indre veier for biosyntesen, regnes den ikke som essensiell.

Sammen med asparaginsyre hører glutaminsyre til gruppen negativt ladede polare aminosyrer, og i henhold til de to eksisterende nomenklatursystemene (med tre eller en bokstav) betegnes den som " Glu " eller som " E ".

Struktur av aminosyren Glutaminsyre (Kilde: Hbf878 via Wikimedia Commons)

Denne aminosyren ble oppdaget i 1866 av den tyske kjemikeren Rittershausen mens han studerte hveteglutenhydrolysater, derav navnet "glutamic". Etter oppdagelsen har tilstedeværelsen blitt bestemt i en stor del av levende vesener, så det antas at den har viktige funksjoner for livet.

L-glutaminsyre regnes som en av de viktigste formidlere for overføring av eksitatoriske signaler i sentralnervesystemet hos virveldyr, og er også nødvendig for normal hjernefunksjon, så vel som for kognitiv utvikling, hukommelse og Læringen.

Noen av dets derivater har også viktige funksjoner på et industrielt nivå, spesielt med tanke på kulinariske preparater, ettersom det bidrar til å forbedre smaken på mat.

kjennetegn

Til tross for at den ikke er en essensiell aminosyre for mennesker, har glutamat (den ioniserte formen for glutaminsyre) viktige ernæringsmessige implikasjoner for dyrevekst og har blitt antydet å ha en mye høyere ernæringsverdi enn andre ikke-essensielle aminosyrer.

Denne aminosyren er spesielt rikelig i hjernen, spesielt i det intracellulære rommet (cytosol), som tillater eksistensen av en gradient mellom cytosol og det ekstracellulære rommet, som er avgrenset av plasmamembranen til nerveceller.

Fordi den har mange funksjoner i eksitatoriske synapser og at den utøver sine funksjoner ved å virke på spesifikke reseptorer, holdes konsentrasjonen på kontrollerte nivåer, spesielt i det ekstracellulære miljøet, siden disse reseptorene generelt "ser" ut fra cellene.

Steder med høyest konsentrasjon av glutamat er nerveterminalene, men distribusjonen er betinget av energibehovet til cellene i kroppen.

Avhengig av hvilken type celle, når glutaminsyre kommer inn i cellen, kan den rettes mot mitokondriene, for energiformål, eller den kan omfordeles til synaptiske vesikler, og begge prosesser bruker spesifikke intracellulære transportsystemer.

Struktur

Glutaminsyre, som resten av aminosyrene, er en a-aminosyre som har et sentralt karbonatom (som er chiralt), a-karbonet, som fire andre grupper er knyttet til: en karboksylgruppe, en aminogruppe, en hydrogenatom og en substituentgruppe (sidekjede eller R-gruppe).

R-gruppen av glutaminsyre gir molekylet en andre karboksylgruppe (-COOH) og strukturen er -CH2-CH2-COOH (-CH2-CH2-COO- i sin ioniserte form), så summen av atomer molekylets totale karbon er fem.

Denne aminosyren har en relativ masse på 147 g / mol og dissosiasjonskonstanten (pKa) for R-gruppen er 4,25. Den har et isoelektrisk punkt på 3,22, og den gjennomsnittlige protein-nærværsindeksen er rundt 7%.

Siden glutaminsyre ved en nøytral pH (rundt 7) ioniseres og har en negativ ladning, klassifiseres den i gruppen negativt ladede polare aminosyrer, en gruppe hvor asparaginsyre (aspartat, i sin ioniserte form også er inkludert) ).

Egenskaper

Glutaminsyre eller dens ioniserte form, glutamat, har flere funksjoner, ikke bare fra et fysiologisk synspunkt, men også fra et industrielt, klinisk og gastronomisk synspunkt.

Fysiologiske funksjoner av glutaminsyre

En av de mest populære fysiologiske funksjonene til glutaminsyre i kroppen til de fleste virveldyr er dens rolle som en eksitatorisk nevrotransmitter i hjernen. Det er bestemt at mer enn 80% av eksitatoriske synapser kommuniserer ved bruk av glutamat eller et av dets derivater.

Blant funksjonene til synapser som bruker denne aminosyren under signalering er gjenkjennelse, læring, minne og andre.

Glutamat er også relatert til utviklingen av nervesystemet, til initiering og eliminering av synapser, og til cellemigrasjon, differensiering og død. Det er viktig for kommunikasjon mellom perifere organer som fordøyelseskanalen, bukspyttkjertelen og bein.

I tillegg har glutamat funksjoner både i protein- og peptidsynteseprosessene, så vel som i syntesen av fettsyrer, i reguleringen av cellulært nitrogennivå og i kontrollen av den anioniske og osmotiske balansen.

Det fungerer som en forløper for forskjellige mellomprodukter i trikarboksylsyresyklusen (Krebs-syklus) og også for andre nevrotransmittere som GABA (gamma-aminobutyric acid). I sin tur er det en forløper i syntesen av andre aminosyrer som L-prolin, L-arginin og L-alanin.

Kliniske applikasjoner

Ulike farmasøytiske tilnærminger er hovedsakelig avhengige av glutaminsyrereseptorer som terapeutiske mål for behandling av psykiatriske sykdommer og andre hukommelsesrelaterte patologier.

Glutamat har også blitt brukt som et aktivt middel i forskjellige farmakologiske formuleringer designet for å behandle hjerteinfarkt og funksjonell dyspepsi (gastriske problemer eller fordøyelsesbesvær).

Industrielle anvendelser av glutaminsyre

Glutaminsyre og derivater derav har forskjellige bruksområder i forskjellige bransjer. For eksempel brukes monosodiumsaltet av glutamat i matindustrien som en krydder.

Denne aminosyren er også startmaterialet for syntese av andre kjemikalier, og glutamisk polysyre er en naturlig anionisk polymer som er biologisk nedbrytbar, spiselig og ikke-giftig for mennesker eller miljø.

I matindustrien brukes den også som fortykningsmiddel og som et "avlastningsmiddel" for bitterheten til forskjellige matvarer.

Det brukes også som et kryopbeskyttelsesmiddel, som et "herdbart" biologisk lim, som et medikamentbærer, for utforming av biologisk nedbrytbare fibre og hydrogeler som er i stand til å absorbere store mengder vann, blant andre.

biosyntesen

Alle aminosyrer er avledet fra glykolytiske mellomprodukter, Krebs-syklusen eller pentosefosfatveien. Glutamat oppnås spesifikt fra glutamin, a-ketoglutarat og 5-oksoprolin, alt avledet fra Krebs-syklusen.

Den biosyntetiske veien for denne aminosyren er ganske enkel, og trinnene finnes i nesten alle levende organismer.

Glutamat og nitrogenmetabolisme

Ved nitrogenmetabolisme er det gjennom glutamat og glutamin at ammonium blir innlemmet i de forskjellige biomolekylene i kroppen, og gjennom transamineringsreaksjoner gir glutamat aminogruppene til de fleste aminosyrer.

Dermed involverer denne ruten assimilering av ammoniumioner til glutamatmolekyler, som finner sted i to reaksjoner.

Det første trinnet i banen er katalysert av et enzym kjent som glutaminsyntetase, som er til stede i praktisk talt alle organismer og er involvert i reduksjon av glutamat og ammoniakk for å produsere glutamin.

I bakterier og planter produseres i stedet glutamat fra glutamin av enzymet kjent som glutamatsyntase.

Hos dyr produseres dette fra transaminering av α-ketoglutarat, som foregår under katabolismen av aminosyrer. Den viktigste funksjonen hos pattedyr er å omdanne giftig fri ammoniakk til glutamin, som transporteres av blodet.

I reaksjonen katalysert av enzymet glutamatsyntase, går a-ketoglutarat gjennom en reduktiv amineringsprosess, der glutamin deltar som giver av nitrogengruppen.

Selv om det forekommer i mye mindre grad, produseres glutamat hos dyr også ved en-trinns reaksjon mellom a-ketoglutarat og ammonium (NH4), som er katalysert av enzymet L-glutamatdehydrogenase, allestedsnærværende i praktisk talt alle levende organismer.

Nevnte enzym assosieres med den mitokondriske matrisen og reaksjonen den katalyserer kan skrives omtrent som følger, der NADPH arbeider med å levere reduserende kraft:

α-ketoglutarat + NH4 + NADPH → L-glutamat + NADP (+) + vann

Metabolisme og degradering

Glutaminsyre brukes av cellene i kroppen til å tjene forskjellige formål, blant annet proteinsyntese, energimetabolisme, ammoniumfiksering eller nevrotransmisjon.

Glutamat hentet fra det ekstracellulære mediet i noen typer nerveceller kan "resirkuleres" ved å omdanne det til glutamin, som frigjøres til ekstracellulære væsker og tas opp av nevroner for å bli transformert tilbake til glutamat, som er kjent som glutaminsyklusen . -glutamat .

Når den er inntatt med mat i kostholdet, ender tarmsabsorpsjonen av glutaminsyre generelt i dens omdannelse til andre aminosyrer som alanin, en prosess formidlet av cellene i tarmslimhinnen, som også bruker den som en energikilde.

Leveren er derimot ansvarlig for å omdanne den til glukose og laktat, hvorfra kjemisk energi blir utvunnet hovedsakelig i form av ATP.

Eksistensen av forskjellige glutamatmetaboliserende enzymer er rapportert i forskjellige organismer, slik som glutamatdehydrogenaser, glutamat-ammoniumlyaser og glutaminaser, og mange av disse har vært involvert i Alzheimers sykdom.

Glutaminsyre rik mat

Glutaminsyre er til stede i de fleste matvarer som konsumeres av mennesker, og noen forfattere oppgir at for et menneske som veier 70 kg, er det daglige inntaket av glutaminsyre fra dietten rundt 28 g.

Blant matvarene som er rikest på denne aminosyren, er de av animalsk opprinnelse, der kjøtt (storfe, svin, får osv.), Egg, meieri og fisk skiller seg ut. Plantebaserte matvarer rike på glutamat inkluderer frø, korn, asparges og andre.

I tillegg til de forskjellige typer matvarer som er naturlige rike på denne aminosyren, et derivat derav, blir monosodiumsaltet av glutamat brukt som tilsetningsstoff for å forbedre eller øke smaken til mange retter og industrielt bearbeidede matvarer.

Fordeler med inntaket

Glutamat tilsatt forskjellige kulinariske preparater bidrar til å "indusere" smak og til å forbedre følelsen av smak i munnhulen, som tilsynelatende har viktig fysiologisk og ernæringsmessig betydning.

Kliniske studier har vist at inntak av glutaminsyre har potensielle anvendelser i behandlingen av "lidelser" eller orale patologier relatert til smak og "hyposalivation" (lav spyttproduksjon).

På samme måte er glutaminsyre (glutamat) et næringsstoff av stor betydning for å opprettholde normal aktivitet av celler i tarmslimhinnen.

Tilførselen av denne aminosyren til rotter som har gjennomgått kjemoterapeutisk behandling har vist seg å øke tarmens immunologiske egenskaper, i tillegg til å opprettholde og styrke aktiviteten og funksjonene i tarmslimhinnen.

I Japan er derimot medisinske dietter basert på mat rik på glutaminsyre designet for pasienter som gjennomgår "perkutan endoskopisk gastronomi", det vil si at de må mates gjennom et mageslange som er koblet gjennom veggen abdominal.

Denne aminosyren brukes også til å indusere appetitt hos eldre pasienter med kronisk gastritt som normalt er inappetent.

Til slutt antyder studier relatert til oral tilførsel av glutaminsyre og arginin at disse er involvert i den positive reguleringen av gener relatert til adipogenese i muskelvev og lipolyse i fettvev.

Mangelforstyrrelser

Siden glutaminsyre fungerer som en forløper i syntesen av forskjellige typer molekyler som aminosyrer og andre nevrotransmittere, kan genetiske defekter assosiert med uttrykk av enzymer relatert til biosyntese og resirkulering av disse ha konsekvenser for helsen til ethvert dyr.

For eksempel er enzymet glutaminsyre-dekarboksylase ansvarlig for omdannelsen av glutamat til gamma-aminobutyric acid (GABA), en nevrotransmitter som er essensiell for hemmende nervereaksjoner.

Derfor er balansen mellom glutaminsyre og GABA av største betydning for å opprettholde kontrollen av kortikal eksitabilitet, siden glutamat hovedsakelig fungerer ved nervesynapser.

Siden glutamat er involvert i en serie av hjernefunksjoner som læring og hukommelse, kan det i sin tur forårsake feil i disse klassene av kognitive prosesser som krever det som en nevrotransmitter.

referanser

1. Ariyoshi, M., Katane, M., Hamase, K., Miyoshi, Y., Nakane, M., Hoshino, A., … Matoba, S. (2017). D-Glutamat metaboliseres i hjertemitokondriene. Vitenskapelige rapporter, 7 (august 2016), 1–9. https://doi.org/10.1038/srep43911
2. Barret, G. (1985). Kjemi og biokjemi av aminosyrene. New York: Chapman og Hall.
3. Danbolt, NC (2001). Glutamatopptak. Progress in Neurobiology, 65, 1–105.
4. Fonnum, F. (1984). Glutamat: en nevrotransmitter i pattedyrhjernen. Journal of Neurochemistry, 18 (1), 27–33.
5. Garattini, S. (2000). Internasjonalt symposium om glutamat. Glutaminsyre, tjue år senere.
6. Graham, TE, Sgro, V., Friars, D., & Gibala, MJ (2000). Inntak av glutamat: Plasmafri og muskelfri aminosyrebasseng hos hvile mennesker. American Journal of Physiology- Endocrinology and Metabolism, 278, 83–89.
7. Hu, CJ, Jiang, QY, Zhang, T., Yin, YL, Li, FN, Su, JY,… Kong, XF (2017). Kostholdstilskudd med arginin og glutaminsyre forbedrer lipogent genuttrykk hos dyrking av griser. Journal of Animal Science, 95 (12), 5507–5515.
8. Johnson, JL (1972). Glutaminsyre som en synaptisk sender i nervesystemet. En anmeldelse. Hjerneforskning, 37, 1–19.
9. Kumar, R., Vikramachakravarthi, D., & Pal, P. (2014). Produksjon og rensing av glutaminsyre: En kritisk gjennomgang mot prosessintensivering. Kjemiteknikk og prosessering: Prosessintensifisering, 81, 59–71.
10. Mourtzakis, M., & Graham, TE (2002). Inntak av glutamat og dens virkninger i ro og under trening hos mennesker. Journal of Applied Physiology, 93 (4), 1251-1259.
11. Neil, E. (2010). Biologiske prosesser for hydrogenproduksjon. Advances in Biochemical Engineering / Biotechnology, 123 (July 2015), 127–141. https://doi.org/10.1007/10
12. Okumoto, S., Funck, D., Trovato, M., & Forlani, G. (2016). Aminosyrer i glutamatfamilien: Funksjoner utover primær metabolisme. Frontiers in Plant Science, 7, 1–3.
13. Olubodun, JO, Zulkifli, I., Farjam, AS, Hair-Bejo, M., & Kasim, A. (2015). Glutamin- og glutaminsyretilskudd forbedrer ytelsen til slaktekyllingkyllinger under den varme og fuktige tropiske tilstanden. Italian Journal of Animal Science, 14 (1), 25–29.
14. Umbarger, H. (1978). Aminosyrebiosyntese og dens regulering. Ann. Pastor Biochem. , 47, 533-606.
15. Waelsch, H. (1951). Glutaminsyre og cerebral funksjon. Fremskritt i proteinkjemi, 6, 299–341.
16. Yelamanchi, SD, Jayaram, S., Thomas, JK, Gundimeda, S., Khan, AA, Singhal, A., … Gowda, H. (2015). Et banekart over glutamatmetabolisme. Journal of Cell Communication and Signaling, 10 (1), 69–75.