GLUTAMINSKA KISLINA: ZNAČILNOSTI, FUNKCIJE, BIOSINTEZA - BIOLOGIJA - 2026

Glutaminska kislina je ena od 22 aminokislin, ki sestavljajo proteine v vseh živih stvari, in ena izmed najbolj bogat v naravi. Ker ima človeško telo lastne poti za svojo biosintezo, se ne šteje za nujno.

Skupaj z aspartinsko kislino, glutaminsko kislino spada v skupino negativno nabitih polarnih aminokislin in, v skladu z obema obstoječih sistemov nomenklaturi (iz treh ali eno črko), je označena kot " Glu " ali " E ".

Struktura aminokisline glutaminske kisline (vir: Hbf878 prek Wikimedia Commons)

To aminokislino je leta 1866 odkril nemški kemik Rittershausen med študijem hidroliziranega pšeničnega glutena, od tod tudi njegovo ime "glutaminska". Po njegovem odkritju je bila ugotovljena njegova prisotnost v velikem delu živih bitij, zato se misli, da ima bistvene funkcije za življenje.

L-glutaminska kislina velja za enega najpomembnejših mediatorjev pri prenosu vzbujalnih signalov v centralnem živčnem sistemu vretenčarjev in je potrebna tudi za normalno delovanje možganov, pa tudi za kognitivni razvoj, spomin in Učenje.

Nekateri njeni derivati ​​imajo tudi pomembne funkcije na industrijski ravni, zlasti v zvezi s kulinaričnimi pripravki, saj pomagajo okrepiti okus hrane.

značilnosti

Kljub temu, da za človeka ni bistvena aminokislina, ima glutamat (ionizirana oblika glutaminske kisline) pomembne prehranske posledice za rast živali in domneva se, da ima veliko večjo prehransko vrednost kot druge nebistvene aminokisline.

Ta aminokislina je še posebej bogata v možganih, zlasti v medceličnem prostoru (citosol), kar omogoča obstoj gradienta med citosolom in zunajceličnim prostorom, ki ga omejuje plazemska membrana živčnih celic.

Ker ima v ekscitacijskih sinapsah veliko funkcij in svoje funkcije izvaja z delovanjem na specifične receptorje, se njegova koncentracija ohranja na nadzorovani ravni, zlasti v zunajtelesnem okolju, saj ti receptorji na splošno "gledajo" ven iz celic.

Najvišja koncentracija glutamata so živčni terminali, vendar je njegova porazdelitev pogojena z energijskimi potrebami celic po telesu.

Glede na vrsto celice, ko glutaminska kislina vstopi v celico, se lahko usmeri v mitohondrije, v energijske namene, ali pa se prerazporedi na sinaptične vezikle in oba procesa uporabljata posebne celične transportne sisteme.

Struktura

Glutaminska kislina je, tako kot ostale aminokisline, α-aminokislina, ki ima osrednji atom ogljika (ki je kiralni), α ogljik, na katerega so vezane štiri druge skupine: karboksilna skupina, amino skupina, a atom vodika in substitucijska skupina (stranska veriga ali R skupina).

R skupina glutaminske kisline daje molekuli drugo karboksilno skupino (-COOH), njena struktura pa je -CH2-CH2-COOH (-CH2-CH2-COO- v ionizirani obliki), tako da je vsota atomov skupni ogljik molekule je pet.

Ta aminokislina ima relativno maso 147 g / mol, konstanta disociacije (pKa) njene R skupine pa 4,25. Izoelektrična točka je 3,22, indeks povprečne prisotnosti beljakovin pa je približno 7%.

Ker je glutaminska kislina pri nevtralnem pH (okrog 7) ionizirana in ima negativen naboj, jo uvrstimo v skupino negativno nabitih polarnih aminokislin, v katero je vključena tudi aspartanska kislina (aspartat, v njeni ionizirani obliki) ).

Lastnosti

Glutaminska kislina ali njena ionizirana oblika, glutamat, ima več funkcij, ne samo s fiziološkega vidika, temveč tudi z industrijskega, kliničnega in gastronomskega vidika.

Fiziološke funkcije glutaminske kisline

Ena izmed najbolj priljubljenih fizioloških funkcij glutaminske kisline v telesu večine vretenčarjev je njegova vloga vzbujevalnega nevrotransmiterja v možganih. Ugotovljeno je bilo, da več kot 80% vzbujevalnih sinaps komunicira z uporabo glutamata ali katerega od njegovih derivatov.

Med funkcijami sinaps, ki to aminokislino uporabljajo med signalizacijo, so prepoznavanje, učenje, spomin in druge.

Glutamat je povezan tudi z razvojem živčnega sistema, z uvedbo in izločanjem sinaps ter s celičnimi migracijami, diferenciacijo in smrtjo. Pomembno je za komunikacijo med obrobnimi organi, kot so prebavni trakt, trebušna slinavka in kosti.

Poleg tega ima glutamat funkcije tako v postopkih sinteze beljakovin in peptidov kot tudi pri sintezi maščobnih kislin, pri uravnavanju ravni celičnega dušika ter pri nadzoru anionskega in osmotskega ravnovesja.

Služi kot predhodnik za različne vmesne snovi cikla trikarboksilne kisline (Krebsov cikel) in tudi za druge nevrotransmiterje, kot je GABA (gama aminomatična kislina). Po drugi strani je predhodnik pri sintezi drugih aminokislin, kot so L-prolin, L-arginin in L-alanin.

Klinične aplikacije

Različni farmacevtski pristopi temeljijo predvsem na receptorjih za glutaminsko kislino kot terapevtskih tarčah za zdravljenje psihiatričnih bolezni in drugih patologij, povezanih s spominom.

Glutamat se uporablja tudi kot aktivno sredstvo v različnih farmakoloških formulacijah, namenjenih zdravljenju miokardnega infarkta in funkcionalne dispepsije (želodčne težave ali prebavne motnje).

Industrijska uporaba glutaminske kisline

Glutaminska kislina in njeni derivati ​​imajo v različnih panogah raznoliko uporabo. Mononatrijeva sol glutamata se na primer v prehrambeni industriji uporablja kot začimba.

Ta aminokislina je tudi izhodni material za sintezo drugih kemikalij, glutaminska poliakislina pa je naravni anionski polimer, ki je biološko razgradljiv, užiten in nestrupen za ljudi ali okolje.

V prehrambeni industriji se uporablja tudi kot zgoščevalec in kot sredstvo za razbremenitev grenkobe različnih živil.

Uporablja se tudi kot krioprotektant, kot "ozdravljivo" biološko lepilo, kot nosilec zdravil, za oblikovanje biorazgradljivih vlaken in hidrogelov, ki lahko med drugim absorbirajo velike količine vode.

Biosinteza

Vse aminokisline so pridobljene iz glikolitičnih intermediatov, Krebsovega cikla ali pentose fosfatne poti. Glutamat se natančno pridobiva iz glutamina, α-ketoglutarata in 5-oksoprolina, vsi dobljeni iz Krebsovega cikla.

Biosintetska pot te aminokisline je dokaj enostavna in njene korake najdemo v skoraj vseh živih organizmih.

Presnova glutamata in dušika

Pri presnovi dušika je amonij preko glutamata in glutamina vgrajen v različne biomolekule telesa in glutamat s pomočjo reakcij transaminacije zagotavlja aminokisline večine aminokislin.

Tako ta pot vključuje asimilacijo amonijevih ionov v molekule glutamata, kar poteka v dveh reakcijah.

Prvi korak na poti katalizira encim, znan kot glutamin sintetaza, ki je prisoten v skoraj vseh organizmih in sodeluje pri zmanjševanju glutamata in amoniaka, da nastane glutamin.

Namesto tega v bakterijah in rastlinah glutamat iz glutamina nastaja encim, znan kot glutamat sintaza.

Pri živalih to nastane pri transaminaciji α-ketoglutarata, ki poteka med katabolizmom aminokislin. Njegova glavna funkcija pri sesalcih je pretvorba strupenega amonijaka v glutamin, ki ga prenaša kri.

V reakciji, ki jo katalizira encim glutamat sintaza, α-ketoglutarat poteka skozi postopek reduktivne aminacije, kjer glutamin sodeluje kot darovalec dušikove skupine.

Čeprav se pojavlja v precej manjšem deležu, glutamat nastaja tudi pri živalih z enostopenjsko reakcijo med α-ketoglutaratom in amonijem (NH4), ki jo katalizira encim L-glutamat dehidrogenaza, vseprisotna v skoraj vseh živi organizmi.

Omenjeni encim se povezuje z matriko mitohondrijev in reakcijo, ki jo katalizira, lahko v grobem zapišemo na naslednji način, kjer NADPH deluje pri zagotavljanju zmanjšane moči:

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

Presnova in razgradnja

Glutaminsko kislino telesne celice uporabljajo za različne namene, med njimi so sinteza beljakovin, metabolizem energije, fiksacija amonija ali nevrotransmisija.

Glutamat, ki ga odvzamemo iz zunajceličnega medija v nekaterih vrstah živčnih celic, lahko "recikliramo" tako, da ga pretvorimo v glutamin, ki se sprosti v zunajcelične tekočine in jih nevroni prevzamejo, da se ponovno pretvorijo v glutamat, kar je znano kot glutaminski cikel. -glutamat .

Ko se zaužije s hrano v prehrani, se črevesna absorpcija glutaminske kisline na splošno konča s preoblikovanjem v druge aminokisline, kot je alanin, proces, ki ga posredujejo celice črevesne sluznice, ki ga uporabljajo tudi kot vir energije.

Jetra so na drugi strani odgovorna za pretvorbo v glukozo in laktat, iz katerega se kemična energija pridobi predvsem v obliki ATP-ja.

V različnih organizmih so poročali o obstoju različnih encimov, ki presnavljajo glutamat, tak primer je glutamat dehidrogenaze, glutamat-amonijeve lize in glutaminaze, in veliko od teh je bilo vpletenih v Alzheimerjevo bolezen.

Hrana, bogata z glutaminsko kislino

Glutaminska kislina je prisotna v večini živil, ki jih zaužije človek, nekateri avtorji pa trdijo, da je za človeka, ki tehta 70 kg, dnevni vnos glutaminske kisline, ki izhaja iz prehrane, približno 28 g.

Med živili, ki so najbogatejša s to aminokislino, so živalski izvor, kjer izstopajo meso (goveje, prašičje, ovčje itd.), Jajca, mlečni izdelki in ribe. Živila na rastlinski osnovi, bogata z glutamatom, vključujejo semena, zrna, šparglje in drugo.

Poleg različnih vrst živil, ki so naravno bogata s to aminokislino, njenim derivatom, se mononatrijeva sol glutamata uporablja kot dodatek za povečanje ali povečanje okusa številnih jedi in industrijsko predelanih živil.

Prednosti njegovega vnosa

Glutamat, dodan različnim kulinaričnim pripravkom, pomaga "spodbuditi" okus in izboljšati občutek okusa v ustni votlini, kar ima očitno pomemben fiziološki in prehranski pomen.

Klinična preskušanja so pokazala, da ima zaužitje glutaminske kisline možno uporabo pri zdravljenju "motenj" ali peroralnih patologij, povezanih z okusom in "hiposalivacijo" (nizka proizvodnja sline).

Prav tako je glutaminska kislina (glutamat) hranilo velikega pomena za vzdrževanje normalne aktivnosti celic v črevesni sluznici.

Dokazano je, da dobava te aminokisline podganom, ki so bile podvržene kemoterapevtskemu zdravljenju, poleg imunskih lastnosti črevesja poleg imunskih lastnosti črevesa še povečuje in izboljšuje delovanje in delovanje črevesne sluznice.

Na Japonskem so na drugi strani medicinske diete, ki temeljijo na živilih, bogatih z glutaminsko kislino, zasnovane za bolnike, ki se podvržejo "perkutani endoskopski gastronomiji", torej jih je treba hraniti skozi želodčno cev, ki je povezana skozi steno trebuhu.

Ta aminokislina se uporablja tudi za vzbujanje apetita pri starejših bolnikih s kroničnim gastritisom, ki so običajno nezadostni.

Nazadnje študije, povezane s peroralno preskrbo z glutaminsko kislino in argininom, kažejo, da so ti vključeni v pozitivno uravnavanje genov, povezanih z adipogenezo v mišičnem tkivu in lipolizo v masnem tkivu.

Motnje pomanjkanja

Ker glutaminska kislina služi kot predhodnik pri sintezi različnih vrst molekul, kot so aminokisline in drugi nevrotransmiterji, lahko genetske okvare, povezane z izražanjem encimov, povezanih z njegovo biosintezo in recikliranjem, povzročijo posledice za zdravje telesa katere koli živali.

Encim dekarboksilaza glutaminske kisline je na primer odgovoren za pretvorbo glutamata v gama aminobuterno kislino (GABA), nevrotransmiter, ki je bistven za zaviralne živčne reakcije.

Zato je ravnotežje med glutaminsko kislino in GABA izjemnega pomena za ohranjanje nadzora nad vzdražljivostjo kortiksa, saj glutamat deluje predvsem pri vzbujevalnih živčnih sinapsah.

Ker je glutamat vključen v vrsto možganskih funkcij, kot sta učenje in spomin, lahko njegovo pomanjkanje povzroči pomanjkljivosti v teh razredih kognitivnih procesov, ki ga potrebujejo kot nevrotransmiter.

Reference

1. Ariyoshi, M., Katane, M., Hamase, K., Miyoshi, Y., Nakane, M., Hoshino, A.,… Matoba, S. (2017). D-glutamat se metabolizira v srčnih mitohondrijah. Znanstvena poročila, 7. (avgust 2016), 1–9. https://doi.org/10.1038/srep43911
2. Barret, G. (1985). Kemija in biokemija aminokislin. New York: Chapman in Hall.
3. Danbolt, NC (2001). Vnos glutamata. Napredek v nevrobiologiji, 65, 1–105.
4. Fonnum, F. (1984). Glutamat: nevrotransmiter v možganih sesalcev. Journal of Neurochemistry, 18 (1), 27–33.
5. Garattini, S. (2000). Mednarodni simpozij o glutamatu. Glutaminska kislina, dvajset let kasneje.
6. Graham, TE, Sgro, V., Friars, D., & Gibala, MJ (2000). Zaužitje glutamata: bazeni aminokislin brez plazme in mišic, ki počivajo. 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). Prehransko dopolnjevanje z argininom in glutaminsko kislino poveča izražanje ključnih lipogenih genov pri rastočih prašičih. Journal of Animal Science, 95 (12), 5507–5515.
8. Johnson, JL (1972). Glutaminska kislina kot sinaptični oddajnik v živčnem sistemu. Ocena. Raziskave možganov, 37, 1–19.
9. Kumar, R., Vikramachakravarthi, D., & Pal, P. (2014). Proizvodnja in čiščenje glutaminske kisline: Kritičen pregled k intenziviranju procesa. Kemijsko inženirstvo in predelava: intenziviranje procesov, 81, 59–71.
10. Mourtzakis, M., & Graham, TE (2002). Zaužitje glutamata in njegovi učinki v mirovanju in med telesno aktivnostjo. Journal of Applied Physiology, 93 (4), 1251-1259.
11. Neil, E. (2010). Biološki procesi za proizvodnjo vodika. Napredek biokemijskega inženiringa / biotehnologije, 123 (julij 2015), 127–141. https://doi.org/10.1007/10
12. Okumoto, S., Funck, D., Trovato, M., & Forlani, G. (2016). Aminokisline iz družine glutamatov: zunaj primarne presnove. Meje v rastlinski znanosti, 7, 1–3.
13. Olubodun, JO, Zulkifli, I., Farjam, AS, Hair-Bejo, M., & Kasim, A. (2015). Dodatek glutamina in glutaminske kisline poveča uspešnost piščancev piščancev v vročih in vlažnih tropskih razmerah. Italijanski časopis za živali, 14 (1), 25–29.
14. Umbarger, H. (1978). Biosinteza aminokislin in njena ureditev. Ann Rev. Biochem. , 47, 533–606.
15. Waelsch, H. (1951). Glutaminska kislina in možganska funkcija. Napredki v kemiji beljakovin, 6, 299–341.
16. Yelamanchi, SD, Jayaram, S., Thomas, JK, Gundimeda, S., Khan, AA, Singhal, A.,… Gowda, H. (2015). Zemljevid poti presnove glutamata. Revija za celično komunikacijo in signalizacijo, 10 (1), 69–75.