ГЛУТАМИНСКА КИСЕЛИНА: КАРАКТЕРИСТИКЕ, ФУНКЦИЈЕ, БИОСИНТЕЗА - БИОЛОГИЈА - 2025

Глутаминска киселина је један од 22 амино киселина које чине протеине у свим живим бићима и један од најбогатијих у природи. Будући да људско тело има својствене путеве за своју биосинтезу, то се не сматра суштинским.

Заједно са аспарагинском киселином, глутаминска киселина спада у групу негативно набијених поларних аминокиселина и према два постојећа номенклатура система (од три или једно слово), означава се као " Глу " или као " Е ".

Структура аминокиселине глутаминске киселине (Извор: Хбф878 преко Викимедиа Цоммонс)

Ову аминокиселину је 1866. године открио немачки хемичар Риттерсхаусен док је проучавао хидролизе пшеничног глутена, отуда је и добио назив „глутамични“. После његовог открића утврђено је његово присуство у великом делу живих бића, па се сматра да има суштинске функције за живот.

Л-глутаминска киселина сматра се једним од најважнијих медијатора у преносу ексцитацијских сигнала у централном нервном систему кичмењака, а неопходна је и за нормално функционисање мозга, као и за когнитивни развој, памћење и Учење.

Неки од његових деривата такође имају важне функције на индустријском нивоу, посебно у погледу кулинарских препарата, јер помажу да се побољша укус хране.

карактеристике

Иако није битна аминокиселина за људе, глутамат (јонизовани облик глутаминске киселине) има важне нутритивне импликације на раст животиња и претпоставља се да има много већу храњиву вредност од осталих небитних аминокиселина.

Ова аминокиселина је посебно богата у мозгу, посебно у интраћелијском простору (цитосол), што омогућава постојање градијента између цитосола и ванћелијског простора, који је ограничен плазма мембраном нервних ћелија.

С обзиром да има много функција у ексцитацијским синапсама и да своје функције врши делујући на специфичне рецепторе, његова концентрација се одржава на контролисаним нивоима, посебно у ванћелијском окружењу, јер ти рецептори углавном "гледају" ван ћелија.

Места највише концентрације глутамата су нервни терминали, међутим, његова дистрибуција је условљена енергетским потребама ћелија у целом телу.

У зависности од врсте ћелије, када глутаминска киселина уђе у ћелију, она се може усмерити према митохондријима, у енергетске сврхе, или се може прерасподелити у синаптичке везикуле, а оба процеса користе специфичне интрацелуларне транспортне системе.

Структура

Глутаминска киселина је, као и остале аминокиселине, а-аминокиселина која има централни атом угљеника (који је хирални), α угљеник, на који су везане још четири групе: карбоксилна група, амино група, а атом водоника и супституент група (бочни ланац или Р група).

Р група глутаминске киселине даје молекулу другу карбоксилну групу (-ЦООХ) и његова структура је -ЦХ2-ЦХ2-ЦООХ (-ЦХ2-ЦХ2-ЦОО- у свом јонизованом облику), тако да је збир атома укупни угљеник молекула је пет.

Ова аминокиселина има релативну масу од 147 г / мол, а константа дисоцијације (пКа) њене Р групе је 4,25. Има изоелектричну тачку 3,22 и просечни индекс присуства протеина је око 7%.

Пошто је при неутралном пХ (око 7) глутаминска киселина јонизована и има негативан набој, сврстава се у групу негативно наелектрисаних поларних аминокиселина, групу у коју је укључена и аспартанска киселина (аспартат, у свом јонизованом облику). ).

Карактеристике

Глутаминска киселина или њен јонизовани облик, глутамат, има вишеструке функције, не само са физиолошког становишта, већ и са индустријског, клиничког и гастрономског становишта.

Физиолошке функције глутаминске киселине

Једна од најпопуларнијих физиолошких функција глутаминске киселине у телу већине кичмењака је његова улога ексцитацијског неуротрансмитера у мозгу. Утврђено је да више од 80% ексцитацијских синапсе комуницира користећи глутамат или један од његових деривата.

Међу функцијама синапса које користе ову аминокиселину током сигнализације су препознавање, учење, памћење и друге.

Глутамат је такође повезан са развојем нервног система, са покретањем и елиминацијом синапси, те са ћелијском миграцијом, диференцијацијом и смрћу. Важна је за комуникацију између периферних органа као што су пробавни тракт, панкреас и кости.

Поред тога, глутамат има функције како у процесима синтезе протеина и пептида, тако и у синтези масних киселина, у регулисању нивоа ћелијског азота и у контроли анионске и осмотске равнотеже.

Служи као прекурсор за различите интермедијаре циклуса трикарбоксилне киселине (Кребсов циклус), као и за друге неуротрансмитере, попут ГАБА (гама аминобутерне киселине). Заузврат, он је прекурсор у синтези других аминокиселина као што су Л-пролин, Л-аргинин и Л-аланин.

Клиничке примене

Различити фармацеутски приступи углавном се ослањају на рецепторе глутаминске киселине као терапеутске мете за лечење психијатријских болести и осталих патологија повезаних са памћењем.

Глутамат се такође користи као активно средство у различитим фармаколошким формулацијама намењеним за лечење инфаркта миокарда и функционалне диспепсије (желудачни проблеми или пробавне сметње).

Индустријске примјене глутаминске киселине

Глутаминска киселина и њени деривати имају разноврсну примену у различитим индустријама. На пример, мононатријумова сол глутамата користи се у прехрамбеној индустрији као зачин.

Ова аминокиселина је такође полазни материјал за синтезу других хемикалија, а глутаминска полиакиселина је природни анионски полимер који је биоразградив, јестив и нетоксичан за људе или околину.

У прехрамбеној индустрији користи се и као згушњивач и као средство за ослобађање горчине од различитих намирница.

Такође се користи и као криопротектант, као „излечив“ биолошки лепак, као носач лекова, за дизајн биоразградивих влакана и хидрогела способних да апсорбују велике количине воде, између осталог.

Биосинтеза

Све аминокиселине су добијене из гликолитичких интермедијара, Кребсовог циклуса или пентоз фосфатног пута. Глутамат се, посебно, добија од глутамина, α-кетоглутарата и 5-оксопролина, који су сви изведени из Кребсова циклуса.

Биосинтетски пут ове аминокиселине је прилично једноставан и њени кораци се налазе у скоро свим живим организмима.

Метаболизам глутамата и азота

У метаболизму душика, амонијум је помоћу глутамата и глутамина уграђен у различите биомолекуле тела, а реакцијама трансаминације глутамат даје амино групе већине аминокиселина.

Стога, овај пут укључује асимилацију амонијум јона у молекулама глутамата, што се одвија у две реакције.

Први корак на путу катализује ензим познат као глутамин синтетаза, који је присутан у готово свим организмима и који учествује у смањењу глутамата и амонијака да би се створио глутамин.

Уместо тога, у бактеријама и биљкама глутамат се производи из глутамина ензимом познатим као глутамат синтаза.

Код животиња се то добија од трансаминације α-кетоглутарата, која се одвија током катаболизма аминокиселина. Његова главна функција код сисара је претварање токсичног слободног амонијака у глутамин који преноси крв.

У реакцији коју катализује ензим глутамат синтаза, α-кетоглутарат пролази кроз процес редуктивне аминације, где глутамин учествује као донор азотне групе.

Иако се појављује у много мањем удјелу, глутамат се такође производи код животиња реакцијом у једном кораку између α-кетоглутарата и амонијума (НХ4), који катализује ензим Л-глутамат дехидрогеназа, свеприсутни у готово свим живи организми.

Наведени ензим повезује се са митохондријалном матрицом, а реакција коју катализује може се написати отприлике на следећи начин, где НАДПХ делује на снабдевању смањеном снагом:

α-кетоглутарат + НХ4 + НАДПХ → Л-глутамат + НАДП (+) + вода

Метаболизам и деградација

Глутаминска киселина користи ћелије у телу да служе различитим сврхама, међу којима су синтеза протеина, метаболизам енергије, фиксација амонијака или неуротрансмисија.

Глутамат који је узет из ванћелијског медија у неким врстама нервних ћелија може се „рециклирати“ претварајући га у глутамин, који се ослобађа у ванћелијску течност и преузимају га неурони да би се поново претворио у глутамат, који је познат и као циклус глутамина . -глутамат .

Једном унесеном храном у исхрани, цревна апсорпција глутаминске киселине се обично завршава трансформацијом у друге аминокиселине попут аланина, процеса који посредују ћелије цревне слузокоже, које га такође користе као извор енергије.

Јетра је, са друге стране, одговорна за претварање у глукозу и лактат, из кога се хемијска енергија углавном извлачи у облику АТП-а.

Забиљежено је постојање различитих ензима који метаболизирају глутамат у различитим организмима, такав је случај глутамат дехидрогеназе, глутамат-амонијум лизе и глутаминазе, а многи од њих су умешани у Алзхеимерову болест.

Храна богата глутаминском киселином

Глутаминска киселина присутна је у већини намирница које конзумира човек, а неки аутори тврде да за човека тежине 70 кг, дневни унос глутаминске киселине добијене из исхране износи око 28 г.

Међу намирницама које су најбогатије овом аминокиселином су оне животињског порекла, где се истичу месо (говеђе, свињско, овчје итд.), Јаја, млечне и рибље врсте. Храна на биљној основи богата глутаматом укључује семе, житарице, шпароге и друго.

Поред различитих врста намирница које су природно богате овом аминокиселином, њеним дериватом, мононатријумова сол глутамата користи се као додатак за појачавање или повећање укуса многих јела и индустријски прерађене хране.

Предности његовог уноса

Глутамат који се додаје у различите кулинарске препарате помаже да се „индукује“ укус и побољша осећај укуса у усној шупљини, што очигледно има важан физиолошки и нутритивни значај.

Клиничка испитивања показала су да унос глутаминске киселине има потенцијалну примену у лечењу "поремећаја" или оралних патологија повезаних са укусом и "хипосаливацијом" (ниска продукција пљувачке).

Исто тако, глутаминска киселина (глутамат) је хранљиво тело од великог значаја за одржавање нормалне активности ћелија у цревној мукози.

Доказано је да снабдевање ове аминокиселине штакорима који су били подвргнути хемотерапеутском третману повећава имунолошке карактеристике црева, поред тога што одржава и појачава активност и функције цревне мукозе.

С друге стране, у Јапану су медицинске исхране засноване на храни богатој глутаминском киселином дизајниране за пацијенте који се подвргавају "перкутаној ендоскопској гастрономији", односно морају се хранити кроз стомачну цев која је повезана кроз зид трбушне.

Ова аминокиселина се такође користи да изазове апетит код старијих пацијената са хроничним гастритисом који су обично незадовољни.

И на крају, студије везане за орално снабдевање глутаминском киселином и аргинином сугеришу да су они укључени у позитивну регулацију гена повезаних са адипогенезом у мишићном ткиву и липолизом у масном ткиву.

Поремећаји недостатка

Будући да глутаминска киселина служи као прекурсор у синтези различитих врста молекула, попут аминокиселина и других неуротрансмитера, генетске оштећења повезана са експресијом ензима повезаних са његовом биосинтезом и рециклажом могу имати последице по здравље организма сваке животиње.

На пример, ензим глутаминска киселина декарбоксилаза је одговоран за конверзију глутамата у гама аминобутерну киселину (ГАБА), неуротрансмитер неопходан за инхибицијске нервне реакције.

Стога је равнотежа између глутаминске киселине и ГАБА од изузетног значаја за одржавање контроле кортикалне ексцитабилности, јер глутамат делује углавном на ексцитацијским нервним синапсама.

С друге стране, будући да је глутамат укључен у низ можданих функција као што су учење и памћење, његов недостатак могао би да изазове оштећења у овим класама когнитивних процеса који захтевају од њега неуротрансмитер.

Референце

1. Арииосхи, М., Катане, М., Хамасе, К., Мииосхи, И., Накане, М., Хосхино, А.,… Матоба, С. (2017). Д-глутамат се метаболизује у срчаним митохондријама. Научни извештаји, 7 (август 2016.), 1–9. хттпс://дои.орг/10.1038/среп43911
2. Баррет, Г. (1985). Хемија и биохемија аминокиселина. Нев Иорк: Цхапман анд Халл.
3. Данболт, НЦ (2001). Унос глутамата. Напредак у неуробиологији, 65, 1–105.
4. Фоннум, Ф. (1984). Глутамат: неуротрансмитер у мозгу сисара. Часопис за неурохемију, 18 (1), 27–33.
5. Гараттини, С. (2000). Међународни симпозијум о глутамату. Глутаминска киселина, двадесет година касније.
6. Грахам, ТЕ, Сгро, В., Фриарс, Д., & Гибала, МЈ (2000). Уношење глутамата: базени аминокиселина без плазме и мишића људи који се одмарају. Амерички часопис за физиологију - ендокринологија и метаболизам, 278, 83–89.
7. Ху, ЦЈ, Јианг, КИ, Зханг, Т., Иин, ИЛ, Ли, ФН, Су, ЈИ,… Конг, КСФ (2017). Додатак прехрани аргинином и глутаминском киселином појачава експресију кључних липогених гена код свиња које расту. Јоурнал оф Анимал Сциенце, 95 (12), 5507–5515.
8. Јохнсон, ЈЛ (1972). Глутаминска киселина као синаптички преносник у нервном систему. Преглед. Браин Ресеарцх, 37, 1–19.
9. Кумар, Р., Викрамацхакравартхи, Д., и Пал, П. (2014). Производња и пречишћавање глутаминске киселине: Критички осврт на интензивирање процеса. Хемијско инжењерство и обрада: Интензификација процеса, 81, 59–71.
10. Моуртзакис, М., & Грахам, ТЕ (2002). Гутање глутамата и његови ефекти у мировању и током вежбања код људи. Часопис за примењену физиологију, 93 (4), 1251-1259.
11. Неил, Е. (2010). Биолошки процеси за производњу водоника. Напредак биохемијског инжењерства / биотехнологије, 123 (јули 2015.), 127–141. хттпс://дои.орг/10.1007/10
12. Окумото, С., Фунцк, Д., Тровато, М., & Форлани, Г. (2016). Аминокиселине из породице глутамата: функционишу изван примарног метаболизма. Фронтиерс ин Плант Сциенце, 7, 1–3.
13. Олубодун, ЈО, Зулкифли, И., Фарјам, АС, Хаир-Бејо, М., и Касим, А. (2015). Додатак глутамина и глутаминске киселине побољшава рад пилића бројлера у врућим и влажним тропским условима. Италијански часопис за науку о животињама, 14 (1), 25–29.
14. Умбаргер, Х. (1978). Биосинтеза аминокиселине и њена регулација. Анн Влч. Биоцхем. , 47, 533-606.
15. Ваелсцх, Х. (1951). Глутаминска киселина и мождана функција. Напредак у хемији протеина, 6, 299–341.
16. Иеламанцхи, СД, Јаиарам, С., Тхомас, ЈК, Гундимеда, С., Кхан, АА, Сингхал, А.,… Говда, Х. (2015). Карта пута метаболизма глутамата. Часопис за ћелијску комуникацију и сигнализацију, 10 (1), 69–75.