GLUTAMINSYRE: EGENSKABER, FUNKTIONER, BIOSYNTESE - BIOLOGI - 2025

Den glutaminsyre er en af de 22 aminosyrer, der udgør proteiner i alle levende ting og en af de mest udbredte i naturen. Da den menneskelige krop har indre veje til sin biosyntese, betragtes den ikke som væsentlig.

Sammen med asparaginsyre hører glutaminsyre til gruppen af ​​negativt ladede polære aminosyrer, og ifølge de to eksisterende nomenklatursystemer (med tre eller et bogstav) betegnes den som " Glu " eller som " E ".

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

Denne aminosyre blev opdaget i 1866 af den tyske kemiker Rittershausen, mens han studerede hydrolyseret hvedegluten, deraf navnet "glutamic". Efter opdagelsen er dens tilstedeværelse bestemt i en stor del af levende væsener, så det menes, at det har væsentlige funktioner for livet.

L-glutaminsyre betragtes som en af ​​de vigtigste mediatorer i transmission af excitatoriske signaler i det centrale nervesystem hos hvirveldyr og er også nødvendigt for normal hjernefunktion såvel som for kognitiv udvikling, hukommelse og Læringen.

Nogle af dets derivater har også vigtige funktioner på et industrielt niveau, især med hensyn til kulinariske præparater, da det hjælper med at forbedre madens smag.

egenskaber

På trods af at den ikke er en essentiel aminosyre for mennesker, har glutamat (den ioniserede form af glutaminsyre) vigtige ernæringsmæssige konsekvenser for dyrevækst og er blevet antydet at have en meget højere næringsværdi end andre ikke-essentielle aminosyrer.

Denne aminosyre er især rigelig i hjernen, især i det intracellulære rum (cytosol), som tillader eksistensen af ​​en gradient mellem cytosol og det ekstracellulære rum, der afgrænses af plasmamembranen i nerveceller.

Fordi den har mange funktioner i excitatoriske synapser, og at den udøver sine funktioner ved at virke på specifikke receptorer, holdes dens koncentration på kontrollerede niveauer, især i det ekstracellulære miljø, da disse receptorer generelt "ser" ud af cellerne.

Stederne med den højeste koncentration af glutamat er nerveterminalerne, men dens distribution er betinget af energibehovet i cellerne i kroppen.

Afhængig af celletypen, når glutaminsyre kommer ind i cellen, kan den rettes mod mitokondrierne til energiformål, eller den kan omfordeles til synaptiske vesikler, og begge processer anvender specifikke intracellulære transportsystemer.

Struktur

Glutaminsyre er, ligesom resten af ​​aminosyrerne, en a-aminosyre, der har et centralt carbonatom (som er chiralt), a-carbonet, hvortil fire andre grupper er knyttet: en carboxylgruppe, en aminogruppe, en hydrogenatom og en substituentgruppe (sidekæde eller R-gruppe).

R-gruppen af ​​glutaminsyre giver molekylet en anden carboxylgruppe (-COOH), og dens struktur er -CH2-CH2-COOH (-CH2-CH2-COO- i sin ioniserede form), så summen af ​​atomer molekylets samlede kulstof er fem.

Denne aminosyre har en relativ masse på 147 g / mol, og dissociationskonstanten (pKa) for dens R-gruppe er 4,25. Det har et isoelektrisk punkt på 3,22, og det gennemsnitlige protein tilstedeværelsesindeks er omkring 7%.

Da glutaminsyre ved en neutral pH (ca. 7) ioniseres og har en negativ ladning, klassificeres den inden for gruppen af ​​negativt ladede polære aminosyrer, en gruppe, hvor asparaginsyre (aspartat, i sin ioniserede form også er inkluderet)).

Funktioner

Glutaminsyre eller dets ioniserede form, glutamat, har flere funktioner, ikke kun fra et fysiologisk synspunkt, men også fra et industrielt, klinisk og gastronomisk synspunkt.

Fysiologiske funktioner af glutaminsyre

En af de mest populære fysiologiske funktioner af glutaminsyre i kroppen af ​​de fleste hvirveldyr er dens rolle som en stimulerende neurotransmitter i hjernen. Det er blevet bestemt, at mere end 80% af excitatoriske synapser kommunikerer under anvendelse af glutamat eller et af dets derivater.

Blandt funktionerne i synapser, der bruger denne aminosyre under signalering, er genkendelse, læring, hukommelse og andre.

Glutamat er også relateret til udviklingen af ​​nervesystemet, til initiering og eliminering af synapser og til cellemigration, differentiering og død. Det er vigtigt for kommunikation mellem perifere organer såsom fordøjelseskanalen, bugspytkirtlen og knoglerne.

Derudover har glutamat funktioner både i protein- og peptidsynteseprocesser såvel som i syntesen af ​​fedtsyrer, i reguleringen af ​​cellulært nitrogenindhold og i kontrollen af ​​den anioniske og osmotiske balance.

Det fungerer som en forløber for forskellige mellemprodukter i tricarboxylsyrecyklussen (Krebs-cyklus) og også for andre neurotransmittere, såsom GABA (gamma-aminobutyric acid). Til gengæld er det en forløber i syntesen af ​​andre aminosyrer, såsom L-prolin, L-arginin og L-alanin.

Kliniske anvendelser

Forskellige farmaceutiske tilgange afhænger hovedsageligt af glutaminsyrereceptorer som terapeutiske mål for behandling af psykiatriske sygdomme og andre hukommelsesrelaterede patologier.

Glutamat er også blevet anvendt som et aktivt middel i forskellige farmakologiske formuleringer designet til behandling af myokardieinfarkt og funktionel dyspepsi (gastriske problemer eller fordøjelsesbesvær).

Industrielle anvendelser af glutaminsyre

Glutaminsyre og dens derivater har forskellige anvendelser i forskellige brancher. For eksempel bruges monosodiumsaltet af glutamat i fødevareindustrien som en krydderi.

Denne aminosyre er også udgangsmaterialet til syntese af andre kemikalier, og glutamisk polysyre er en naturlig anionisk polymer, der er bionedbrydelig, spiselig og ikke-giftig for mennesker eller miljøet.

I fødevareindustrien bruges det også som en fortykningsmiddel og som et "reliever" middel til bitterheden af ​​forskellige fødevarer.

Det bruges også som et kryobeskyttelsesmiddel, som et "hærdeligt" biologisk klæbemiddel, som et lægemiddelbærer, til design af bionedbrydelige fibre og hydrogeler, der er i stand til at absorbere store mængder vand blandt andre.

biosyntese

Alle aminosyrer er afledt af glykolytiske mellemprodukter, Krebs-cyklussen eller pentosefosfatbanen. Glutamat opnås specifikt fra glutamin, a-ketoglutarat og 5-oxoprolin, alle afledt fra Krebs-cyklussen.

Den biosyntetiske vej for denne aminosyre er ganske enkel, og dens trin findes i næsten alle levende organismer.

Glutamat og nitrogenmetabolisme

I nitrogenmetabolismen er det gennem glutamat og glutamin, at ammonium inkorporeres i de forskellige biomolekyler i kroppen, og gennem transamineringsreaktioner giver glutamat aminogrupperne for de fleste aminosyrer.

Denne rute involverer således assimilering af ammoniumioner til glutamatmolekyler, der finder sted i to reaktioner.

Det første trin i vejen katalyseres af et enzym kendt som glutaminsyntetase, der er til stede i stort set alle organismer og er involveret i reduktionen af ​​glutamat og ammoniak til at producere glutamin.

I bakterier og planter produceres i stedet glutamat fra glutamin af enzymet kendt som glutamatsynthase.

Hos dyr produceres dette fra transaminering af a-ketoglutarat, der finder sted under aminosyrernes katabolisme. Dens hovedfunktion hos pattedyr er at omdanne toksisk fri ammoniak til glutamin, der transporteres med blodet.

I reaktionen katalyseret af enzymet glutamatsynthase gennemgår a-ketoglutarat en reduktiv amineringsproces, hvor glutamin deltager som donor for nitrogengruppen.

Selvom det forekommer i meget mindre grad, produceres glutamat hos dyr også ved en-trins-reaktion mellem α-ketoglutarat og ammonium (NH4), der katalyseres af enzymet L-glutamatdehydrogenase, allestedsnærværende i stort set alle levende organismer.

Nævnte enzym associeres med den mitokondriske matrix og den reaktion, den katalyserer, kan skrives omtrent som følger, hvor NADPH arbejder med at levere reduktionseffekt:

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

Metabolisme og nedbrydning

Glutaminsyre bruges af kroppens celler til at tjene forskellige formål, blandt andet proteinsyntese, energimetabolisme, ammoniumfiksering eller neurotransmission.

Glutamat, der er taget fra det ekstracellulære medium i nogle typer nerveceller, kan "recirkuleres" ved at omdanne det til glutamin, der frigives til ekstracellulære væsker og optages af neuroner, der skal omdannes tilbage til glutamat, der er kendt som glutamincyklus. -glutamat.

Når den er indtaget med mad i kosten, slutter tarmabsorptionen af ​​glutaminsyre generelt i dens omdannelse til andre aminosyrer, såsom alanin, en proces formidlet af cellerne i tarmslimhinden, som også bruger den som en energikilde.

Leveren er derimod ansvarlig for at omdanne den til glukose og laktat, hvorfra kemisk energi udvindes hovedsageligt i form af ATP.

Forekomsten af ​​forskellige glutamatmetaboliserende enzymer er rapporteret i forskellige organismer, sådan er tilfældet med glutamatdehydrogenaser, glutamat-ammoniumlyaser og glutaminaser, og mange af disse er blevet impliceret i Alzheimers sygdom.

Glutaminsyre rig mad

Glutaminsyre er til stede i de fleste af de fødevarer, der spises af mennesker, og nogle forfattere hævder, at for et menneske, der vejer 70 kg, er det daglige indtag af glutaminsyre, der stammer fra kosten, ca. 28 g.

Blandt de fødevarer, der er rigest med denne aminosyre, er de af animalsk oprindelse, hvor kød (kvæg, svin, får osv.), Æg, mejeri og fisk skiller sig ud. Plantebaserede fødevarer rig på glutamat inkluderer frø, korn, asparges og andre.

Foruden de forskellige typer fødevarer, der er naturligt rige på denne aminosyre, et derivat deraf, anvendes monosodiumsaltet af glutamat som et additiv til at forstærke eller forøge smagen på mange retter og industrielt forarbejdede fødevarer.

Fordele ved dens indtag

Glutamat, der tilsættes til forskellige kulinariske præparater, hjælper med at "inducere" smag og til at forbedre følelsen af ​​smag i mundhulen, som tilsyneladende har vigtig fysiologisk og ernæringsmæssig betydning.

Kliniske forsøg har vist, at indtagelse af glutaminsyre har potentielle anvendelser til behandling af "lidelser" eller orale patologier relateret til smag og "hyposalivation" (lav spytproduktion).

Ligeledes er glutaminsyre (glutamat) et næringsstof af stor betydning for opretholdelse af normal aktivitet af celler i tarmslimhinden.

Tilførslen af ​​denne aminosyre til rotter, der har gennemgået kemoterapeutisk behandling, har vist sig at øge tarmens immunologiske karakteristika foruden at opretholde og forøge aktiviteten og funktionerne i tarmslimhinden.

I Japan er derimod medicinske diæter baseret på fødevarer rig på glutaminsyre designet til patienter, der gennemgår "perkutan endoskopisk gastronomi", det vil sige, at de skal fodres gennem et mave-rør, der er forbundet gennem væggen abdominal.

Denne aminosyre bruges også til at inducere appetit hos ældre patienter med kronisk gastritis, der normalt er uegnet.

Endelig antyder undersøgelser, der er relateret til den orale tilførsel af glutaminsyre og arginin, at disse er involveret i den positive regulering af gener relateret til adipogenese i muskelvæv og lipolyse i fedtvæv.

Mangelforstyrrelser

Da glutaminsyre tjener som en forløber i syntesen af ​​forskellige typer molekyler, såsom aminosyrer og andre neurotransmittere, kan genetiske defekter, der er forbundet med ekspressionen af ​​enzymer relateret til dens biosyntese og genanvendelse, have konsekvenser for sundheden i ethvert dyrs krop.

F.eks. Er enzymet glutaminsyre-decarboxylase ansvarlig for omdannelsen af ​​glutamat til gamma-aminobutyric acid (GABA), en neurotransmitter, der er essentiel for inhiberende nervereaktioner.

Derfor er balancen mellem glutaminsyre og GABA yderst vigtig for opretholdelse af kontrollen med cortikal excitabilitet, da glutamat hovedsageligt fungerer ved stimulerende nervesynapser.

Da glutamat igen er involveret i en række hjernefunktioner såsom læring og hukommelse, kan dets mangel forårsage defekter i disse klasser af kognitive processer, der kræver det som en neurotransmitter.

Referencer

1. Ariyoshi, M., Katane, M., Hamase, K., Miyoshi, Y., Nakane, M., Hoshino, A.,… Matoba, S. (2017). D-glutamat metaboliseres i mitokondrier i hjertet. Videnskabelige rapporter, 7 (august 2016), 1–9.
2. Barret, G. (1985). Kemi og biokemi af aminosyrerne. New York: Chapman og Hall.
3. Danbolt, NC (2001). Glutamatoptagelse. Fremskridt inden for neurobiologi, 65, 1–105.
4. Fonnum, F. (1984). Glutamat: en neurotransmitter i pattedyrshjernen. Journal of Neurochemistry, 18 (1), 27–33.
5. Garattini, S. (2000). Internationalt symposium om glutamat. Glutaminsyre, tyve år senere.
6. Graham, TE, Sgro, V., Friars, D., & Gibala, MJ (2000). Indtagelse af glutamat: De plasma- og muskelfri aminosyre puljer af 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). Kosttilskud med arginin og glutaminsyre forbedrer nøglen lipogent genudtryk hos dyrkning af svin. 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). Produktion og oprensning af glutaminsyre: En kritisk gennemgang af processintensivering. Kemiteknik og -forarbejdning: Processintensificering, 81, 59–71.
10. Mourtzakis, M., & Graham, TE (2002). Indtagelse af glutamat og dens virkninger i hvile og under træning hos mennesker. Journal of Applied Physiology, 93 (4), 1251-1259.
11. Neil, E. (2010). Biologiske processer til brintproduktion. Fremskridt inden for biokemisk teknik / bioteknologi, 123 (juli 2015), 127-141.
12. Okumoto, S., Funck, D., Trovato, M., & Forlani, G. (2016). Aminosyrer i glutamatfamilien: Funktioner ud over primær stofskifte. Frontiers in Plant Science, 7, 1-3.
13. Olubodun, JO, Zulkifli, I., Farjam, AS, Hair-Bejo, M., & Kasim, A. (2015). Glutamin- og glutaminsyretilskud forbedrer ydeevnen hos slagtekyllinger under den varme og fugtige tropiske tilstand. Italian Journal of Animal Science, 14 (1), 25–29.
14. Umbarger, H. (1978). Aminosyrebiosyntese og dens regulering. Ann. Præsten Biochem. 47, 533-606.
15. Waelsch, H. (1951). Glutaminsyre og cerebral funktion. Fremskridt inden for proteinkemi, 6, 299–341.
16. Yelamanchi, SD, Jayaram, S., Thomas, JK, Gundimeda, S., Khan, AA, Singhal, A.,… Gowda, H. (2015). Et banekort over glutamatmetabolisme. Journal of Cell Communication and Signaling, 10 (1), 69–75.