GLUTAMINSYRA: EGENSKAPER, FUNKTIONER, BIOSYNTES - BIOLOGI - 2025

Den glutaminsyra är en av de 22 aminosyror som utgör proteiner i alla levande varelser och en av de vanligast förekommande i naturen. Eftersom människokroppen har inneboende vägar för sin biosyntes, anses den inte vara nödvändig.

Tillsammans med asparaginsyra tillhör glutaminsyra gruppen av negativt laddade polära aminosyror och enligt de två befintliga nomenklatursystemen (med tre eller en bokstav) betecknas den som " Glu " eller som " E ".

Struktur av aminosyran Glutaminsyra (Källa: Hbf878 via Wikimedia Commons)

Denna aminosyra upptäcktes 1866 av den tyska kemisten Rittershausen medan han studerade hydrolyserad vetegluten, därav namnet "glutamic". Efter upptäckten har dess närvaro bestämts i en stor del av levande varelser, så man tror att den har väsentliga funktioner för livet.

L-glutaminsyra anses vara en av de viktigaste medlarna vid överföring av excitationssignaler i centrala nervsystemet hos ryggradsdjur och är också nödvändig för normal hjärnfunktion, såväl som för kognitiv utveckling, minne och Lärandet.

Vissa av dess derivat har också viktiga funktioner på industriell nivå, särskilt när det gäller kulinariska beredningar, eftersom det hjälper till att förbättra smaken på maten.

egenskaper

Trots att den inte är en essentiell aminosyra för människor, har glutamat (den joniserade formen av glutaminsyra) viktiga näringsmässiga konsekvenser för djurtillväxt och har föreslagits ha ett mycket högre näringsvärde än andra icke-essentiella aminosyror.

Denna aminosyra är särskilt riklig i hjärnan, särskilt i det intracellulära utrymmet (cytosol), vilket möjliggör förekomsten av en gradient mellan cytosolen och det extracellulära utrymmet, som avgränsas av plasmamembranet i nervcellerna.

Eftersom den har många funktioner i excitatoriska synapser och att den utövar sina funktioner genom att verka på specifika receptorer hålls dess koncentration på kontrollerade nivåer, särskilt i den extracellulära miljön, eftersom dessa receptorer i allmänhet "ser" ut från celler.

Platserna med den högsta koncentrationen av glutamat är nervterminalerna, men dess distribution är betingad av energibehovet i cellerna i hela kroppen.

Beroende på celltyp, när glutaminsyra kommer in i cellen, kan den riktas mot mitokondrierna för energisyften, eller den kan fördelas om till synaptiska vesiklar och båda processerna använder specifika intracellulära transportsystem.

Strukturera

Glutaminsyra är, liksom resten av aminosyrorna, en a-aminosyra som har en central kolatom (som är chiral), a-kolet, till vilket fyra andra grupper är bundna: en karboxylgrupp, en aminogrupp, en väteatom och en substituentgrupp (sidokedja eller R-grupp).

R-gruppen av glutaminsyra ger molekylen en andra karboxylgrupp (-COOH) och dess struktur är -CH2-CH2-COOH (-CH2-CH2-COO- i dess joniserade form), så summan av atomer molekylets totala kol är fem.

Denna aminosyra har en relativ massa av 147 g / mol och dissociationskonstanten (pKa) i dess R-grupp är 4,25. Den har en isoelektrisk punkt på 3,22 och det genomsnittliga protein närvaroindexet är cirka 7%.

Eftersom vid neutralt pH (cirka 7) joniseras glutaminsyra och har en negativ laddning, klassificeras den inom gruppen av negativt laddade polära aminosyror, en grupp i vilken asparaginsyra också ingår (aspartat, i dess joniserade form ).

Funktioner

Glutaminsyra eller dess joniserade form, glutamat, har flera funktioner, inte bara ur en fysiologisk synvinkel, utan också från en industriell, klinisk och gastronomisk synvinkel.

Fysiologiska funktioner av glutaminsyra

En av de mest populära fysiologiska funktionerna hos glutaminsyra i kroppen hos de flesta ryggradsdjur är dess roll som en excitatorisk neurotransmitter i hjärnan. Det har fastställts att mer än 80% av excitatoriska synapser kommunicerar med användning av glutamat eller ett av dess derivat.

Bland funktionerna i synapser som använder denna aminosyra under signalering är igenkänning, lärande, minne och andra.

Glutamat är också relaterat till utvecklingen av nervsystemet, till initiering och eliminering av synapser och till cellmigration, differentiering och död. Det är viktigt för kommunikation mellan perifera organ såsom matsmältningskanalen, bukspottkörteln och benen.

Dessutom har glutamat funktioner både i protein- och peptidsyntesprocesser såväl som i syntesen av fettsyror, i regleringen av cellulära kvävenivåer och i kontrollen av den anjoniska och osmotiska balansen.

Det fungerar som en föregångare för olika mellanprodukter i trikarboxylsyracykeln (Krebs-cykeln) och även för andra neurotransmittorer såsom GABA (gamma-aminobutyric acid). I sin tur är det en föregångare i syntesen av andra aminosyror såsom L-prolin, L-arginin och L-alanin.

Kliniska tillämpningar

Olika farmaceutiska tillvägagångssätt förlitar sig huvudsakligen på glutaminsyrareceptorer som terapeutiska mål för behandling av psykiatriska sjukdomar och andra minnesrelaterade patologier.

Glutamat har också använts som ett aktivt medel i olika farmakologiska formuleringar utformade för att behandla hjärtinfarkt och funktionell dyspepsi (magproblem eller matsmältningsbesvär).

Industriella applikationer av glutaminsyra

Glutaminsyra och dess derivat har olika tillämpningar inom olika branscher. Till exempel används monosodiumsaltet av glutamat i livsmedelsindustrin som en krydda.

Denna aminosyra är också utgångsmaterialet för syntes av andra kemikalier och glutaminsyra är en naturlig anjonisk polymer som är biologiskt nedbrytbar, ätbar och giftfri för människor eller miljön.

Inom livsmedelsindustrin används det också som förtjockningsmedel och som ett "avlastningsmedel" för bitterheten i olika livsmedel.

Det används också som ett krybskyddande medel, som ett "härdbart" biologiskt bindemedel, som en läkemedelsbärare, för utformning av biologiskt nedbrytbara fibrer och hydrogeler som kan absorbera stora mängder vatten, bland andra.

Biosyntes

Alla aminosyror härrör från glykolytiska mellanprodukter, Krebs-cykeln eller pentosfosfatvägen. Glutamat erhålls specifikt från glutamin, a-ketoglutarat och 5-oxoprolin, alla härledda från Krebs-cykeln.

Den biosyntetiska vägen för denna aminosyra är ganska enkel och dess steg finns i nästan alla levande organismer.

Glutamat och kvävemetabolism

I kvävmetabolismen är det genom glutamat och glutamin som ammonium införlivas i kroppens olika biomolekyler och genom transamineringsreaktioner tillhandahåller glutamat aminogrupperna för de flesta aminosyror.

Således involverar denna väg assimilering av ammoniumjoner till glutamatmolekyler, som äger rum i två reaktioner.

Det första steget i vägen katalyseras av ett enzym känt som glutaminsyntetas, som finns i praktiskt taget alla organismer och är involverat i reduktion av glutamat och ammoniak för att producera glutamin.

I bakterier och växter produceras istället glutamat från glutamin av enzymet känt som glutamatsyntas.

Hos djur produceras detta från transaminering av a-ketoglutarat, som sker under katabolismen av aminosyror. Dess huvudfunktion hos däggdjur är att omvandla giftig ammoniak till glutamin, som transporteras med blodet.

I den reaktion som katalyseras av enzymet glutamatsyntas, går α-ketoglutarat genom en reduktiv amineringsprocess, där glutamin deltar som en givare för kvävgruppen.

Även om det förekommer i en mycket mindre andel produceras glutamat också i djur genom enstegsreaktionen mellan a-ketoglutarat och ammonium (NH4), som katalyseras av enzymet L-glutamatdehydrogenas, allestädes närvarande i praktiskt taget alla levande organismer.

Nämnda enzym förknippas med den mitokondriella matrisen och reaktionen som den katalyserar kan skrivas grovt enligt följande, där NADPH arbetar med att tillhandahålla reducerande kraft:

a-ketoglutarat + NH4 + NADPH → L-glutamat + NADP (+) + vatten

Metabolism och nedbrytning

Glutaminsyra används av kroppens celler för att tjäna olika syften, bland vilka proteinsyntes, energimetabolism, ammoniumfixering eller neurotransmission.

Glutamat som tas från det extracellulära mediet i vissa typer av nervceller kan "återvinnas" genom att omvandla det till glutamin, som släpps ut i extracellulära vätskor och tas upp av nervceller för att omvandlas tillbaka till glutamat, som kallas glutamincykeln . -glutamat .

När den intas med mat i kosten slutar tarmabsorptionen av glutaminsyra i allmänhet i dess omvandling till andra aminosyror, såsom alanin, en process förmedlad av cellerna i tarmslemhinnan, som också använder den som en energikälla.

Levern är å andra sidan ansvarig för att omvandla den till glukos och laktat, från vilken kemisk energi utvinns främst i form av ATP.

Förekomsten av olika glutamatmetaboliserande enzymer har rapporterats i olika organismer, vilket är fallet med glutamatdehydrogenaser, glutamat-ammonium-liaser och glutaminer, och många av dessa har varit inblandade i Alzheimers sjukdom.

Glutaminsyra rik mat

Glutaminsyra finns i de flesta livsmedel som konsumeras av människor och vissa författare hävdar att för en människa som väger 70 kg är det dagliga intaget av glutaminsyra härledd från kosten cirka 28 g.

Bland de livsmedel som är rikast på denna aminosyra är de som är av animaliskt ursprung, där kött (nötkreatur, gris, får, etc.), ägg, mejeri och fisk sticker ut. Växtbaserade livsmedel som är rika på glutamat inkluderar frön, spannmål, sparris och andra.

Förutom de olika typer av livsmedel som är naturligt rika på denna aminosyra, ett derivat därav, används monosodiumsaltet av glutamat som ett tillsatsmedel för att förbättra eller öka smaken på många rätter och industriellt bearbetade livsmedel.

Fördelarna med dess intag

Glutamat som tillsätts till olika kulinariska beredningar hjälper till att "framkalla" smak och förbättra känslan av smak i munhålan, som uppenbarligen har en viktig fysiologisk och näringsmässig betydelse.

Kliniska studier har visat att intag av glutaminsyra har potentiella tillämpningar vid behandling av "störningar" eller orala patologier relaterade till smak och "hyposalivation" (låg salivproduktion).

Likaså är glutaminsyra (glutamat) ett näringsämne av stor betydelse för upprätthållandet av normal aktivitet hos celler i tarmslemhinnan.

Tillförseln av denna aminosyra till råttor som har genomgått kemoterapeutiska behandlingar har visat sig öka tarmens immunologiska egenskaper, förutom att bibehålla och förbättra tarmslemhinnans aktivitet och funktioner.

I Japan har å andra sidan medicinska dieter baserade på livsmedel som är rika på glutaminsyra utformats för patienter som genomgår "perkutan endoskopisk gastronomi", det vill säga de måste matas genom ett magrör som är anslutet genom väggen abdominal.

Denna aminosyra används också för att inducera aptit hos äldre patienter med kronisk gastrit som normalt är otillräckliga.

Slutligen antyder studier relaterade till oral tillförsel av glutaminsyra och arginin att dessa är involverade i den positiva regleringen av gener relaterade till adipogenes i muskelvävnad och lipolys i fettvävnader.

Briststörningar

Eftersom glutaminsyra fungerar som föregångare i syntesen av olika typer av molekyler, såsom aminosyror och andra neurotransmittorer, kan genetiska defekter förknippade med uttrycket av enzymer relaterade till dess biosyntes och återvinning ha konsekvenser för hälsan hos djurens kropp.

Exempelvis är enzymet glutaminsyradekarboxylas ansvarigt för omvandlingen av glutamat till gamma-aminobutyric acid (GABA), en neurotransmitter som är väsentlig för hämmande nervreaktioner.

Därför är balansen mellan glutaminsyra och GABA av yttersta vikt för upprätthållandet av kontrollen av kortikal excitabilitet, eftersom glutamat fungerar huvudsakligen vid excitatoriska nervsynapser.

Eftersom glutamat i sin tur är involverat i en serie hjärnfunktioner som inlärning och minne, kan dess brist orsaka defekter i dessa klasser av kognitiva processer som kräver det som en neurotransmitter.

referenser

1. Ariyoshi, M., Katane, M., Hamase, K., Miyoshi, Y., Nakane, M., Hoshino, A., … Matoba, S. (2017). D-glutamat metaboliseras i hjärt mitokondrier. Vetenskapliga rapporter, 7 (augusti 2016), 1–9. https://doi.org/10.1038/srep43911
2. Barret, G. (1985). Aminosyras kemi och biokemi. New York: Chapman och Hall.
3. Danbolt, NC (2001). Glutamatupptag. Framsteg inom neurobiologi, 65, 1–105.
4. Fonnum, F. (1984). Glutamat: en neurotransmitter i däggdjurshjärnan. Journal of Neurochemistry, 18 (1), 27–33.
5. Garattini, S. (2000). Internationellt symposium om glutamat. Glutaminsyra, tjugo år senare.
6. Graham, TE, Sgro, V., Friars, D., & Gibala, MJ (2000). Intag av glutamat: Plasmafria och muskelfria aminosyror av vilande människor. 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). Kosttillskott med arginin och glutaminsyra förbättrar viktiga lipogena genuttryck hos växande grisar. Journal of Animal Science, 95 (12), 5507–5515.
8. Johnson, JL (1972). Glutaminsyra som en synaptisk sändare i nervsystemet. En recension. Hjärnforskning, 37, 1–19.
9. Kumar, R., Vikramachakravarthi, D., & Pal, P. (2014). Produktion och rening av glutaminsyra: En kritisk granskning av processintensifiering. Kemiteknik och bearbetning: Processintensifiering, 81, 59–71.
10. Mourtzakis, M., & Graham, TE (2002). Intag av glutamat och dess effekter i vila och under träning hos människor. Journal of Applied Physiology, 93 (4), 1251-1259.
11. Neil, E. (2010). Biologiska processer för vätgasproduktion. Framsteg inom biokemisk teknik / bioteknik, 123 (juli 2015), 127–141. https://doi.org/10.1007/10
12. Okumoto, S., Funck, D., Trovato, M., & Forlani, G. (2016). Aminosyror i glutamatfamiljen: Funktioner utöver primär ämnesomsättning. Frontiers in Plant Science, 7, 1-3.
13. Olubodun, JO, Zulkifli, I., Farjam, AS, Hair-Bejo, M., & Kasim, A. (2015). Glutamin- och glutaminsyratillskott förbättrar prestanda hos slaktkycklingar under det heta och fuktiga tropiska tillståndet. Italian Journal of Animal Science, 14 (1), 25–29.
14. Umbarger, H. (1978). Aminosyrabiosyntes och dess reglering. Ann. Pastor Biochem. 47, 533-606.
15. Waelsch, H. (1951). Glutaminsyra och cerebral funktion. Framsteg inom proteinkemi, 6, 299–341.
16. Yelamanchi, SD, Jayaram, S., Thomas, JK, Gundimeda, S., Khan, AA, Singhal, A., … Gowda, H. (2015). En vägkarta över glutamatmetabolism. Journal of Cell Communication and Signaling, 10 (1), 69–75.