KYSELINA GLUTAMOVÁ: VLASTNOSTI, FUNKCE, BIOSYNTÉZA - BIOLOGIE

Glutamová kyselina je jednou z 22 aminokyselin, které tvoří proteiny ve všech živých organismů, a jeden z nejvíce vyskytující se v přírodě. Protože lidské tělo má vlastní biosyntézu, nepovažuje se za nezbytné.

Spolu s kyselinou asparagovou patří kyselina glutamová do skupiny negativně nabitých polárních aminokyselin a podle dvou existujících nomenklaturních systémů (tří nebo jednoho písmene) je označována jako " Glu " nebo " E ".

Struktura aminokyseliny kyselina glutamová (zdroj: Hbf878 přes Wikimedia Commons)

Tato aminokyselina byla objevena v roce 1866 německým chemikem Rittershausenem, když studoval hydrolyzovaný pšeničný lepek, tedy jeho název „glutamic“. Po svém objevení byla jeho přítomnost určena ve velké části živých bytostí, takže se má za to, že má základní funkce pro život.

Kyselina L-glutamová je považována za jeden z nejdůležitějších mediátorů při přenosu excitačních signálů v centrální nervové soustavě obratlovců a je také nezbytná pro normální fungování mozku, jakož i pro kognitivní vývoj, paměť a Učení.

Některé z jejích derivátů mají také důležité funkce na průmyslové úrovni, zejména s ohledem na kulinářské přípravky, protože pomáhají zvyšovat chuť potravin.

vlastnosti

Přestože glutamát (ionizovaná forma kyseliny glutamové) není esenciální aminokyselinou pro člověka, má významné nutriční důsledky pro růst zvířat a bylo navrženo, aby měl mnohem vyšší nutriční hodnotu než jiné neesenciální aminokyseliny.

Tato aminokyselina je zvláště hojná v mozku, zejména v intracelulárním prostoru (cytosol), což umožňuje existenci gradientu mezi cytosolem a extracelulárním prostorem, který je vymezen plazmatickou membránou nervových buněk.

Protože má mnoho funkcí ve excitačních synapsích a že vykonává své funkce působením na specifické receptory, je jeho koncentrace udržována na kontrolovaných hladinách, zejména v extracelulárním prostředí, protože tyto receptory obecně „vypadají“ z buněk.

Místa s nejvyšší koncentrací glutamátu jsou nervové terminály, avšak jeho distribuce je podmíněna energetickými potřebami buněk v celém těle.

V závislosti na typu buňky, když kyselina glutamová vstoupí do buňky, může být pro energetické účely směrována do mitochondrií nebo může být přerozdělena na synaptické vezikuly a oba procesy využívají specifické intracelulární transportní systémy.

Struktura

Kyselina glutamová, stejně jako zbytek aminokyselin, je a-aminokyselina, která má centrální atom uhlíku (který je chirální), a uhlík, ke kterému jsou připojeny čtyři další skupiny: karboxylová skupina, aminoskupina, a atom vodíku a substituční skupina (postranní řetězec nebo skupina R).

Skupina R kyseliny glutamové dává molekule druhou karboxylovou skupinu (-COOH) a její struktura je -CH2-CH2-COOH (-CH2-CH2-COO- v její ionizované formě), takže součet atomů celkový uhlík molekuly je pět.

Tato aminokyselina má relativní hmotnost 147 g / mol a disociační konstanta (pKa) její skupiny R je 4,25. Má izoelektrický bod 3,22 a průměrný index přítomnosti proteinu je kolem 7%.

Protože při neutrálním pH (kolem 7) je kyselina glutamová ionizována a má záporný náboj, je zařazena do skupiny negativně nabitých polárních aminokyselin, skupiny, do které je také zahrnuta kyselina asparagová (aspartát, v její ionizované formě)).

Funkce

Kyselina glutamová nebo její ionizovaná forma, glutamát, má více funkcí, a to nejen z fyziologického hlediska, ale také z průmyslového, klinického a gastronomického hlediska.

Fyziologické funkce kyseliny glutamové

Jednou z nejpopulárnějších fyziologických funkcí kyseliny glutamové v těle většiny obratlovců je její role jako excitačního neurotransmiteru v mozku. Bylo zjištěno, že více než 80% excitačních synapsí komunikuje pomocí glutamátu nebo jedné z jeho derivátů.

Mezi funkce synapsí, které tuto aminokyselinu používají během signalizace, patří rozpoznávání, učení, paměť a další.

Glutamát souvisí také s vývojem nervového systému, se zahájením a eliminací synapsí a s migrací buněk, diferenciací a smrtí. Je důležitý pro komunikaci mezi periferními orgány, jako je zažívací trakt, pankreas a kosti.

Kromě toho má glutamát funkce jak při syntéze proteinů a peptidů, tak i při syntéze mastných kyselin, při regulaci hladin buněčného dusíku a při regulaci aniontové a osmotické rovnováhy.

Slouží jako prekurzor pro různé meziprodukty cyklu trikarboxylové kyseliny (Krebsův cyklus) a také pro další neurotransmitery, jako je GABA (kyselina gama-aminomáselná). Na druhé straně je to prekurzor v syntéze dalších aminokyselin, jako je L-prolin, L-arginin a L-alanin.

Klinické aplikace

Různé farmaceutické přístupy se spoléhají hlavně na receptory kyseliny glutamové jako terapeutické cíle pro léčbu psychiatrických onemocnění a dalších patologických stavů souvisejících s pamětí.

Glutamát byl také používán jako účinná látka v různých farmakologických formulacích určených k léčbě infarktu myokardu a funkční dyspepsie (žaludeční potíže nebo poruchy trávení).

Průmyslové aplikace kyseliny glutamové

Kyselina glutamová a její deriváty mají různé aplikace v různých průmyslových odvětvích. Například monosodná sůl glutamátu se používá v potravinářském průmyslu jako koření.

Tato aminokyselina je také výchozím materiálem pro syntézu dalších chemikálií a glutamová polykyselina je přírodní aniontový polymer, který je biologicky rozložitelný, jedlý a netoxický pro člověka nebo životní prostředí.

V potravinářském průmyslu se také používá jako zahušťovadlo a jako „odlehčovací“ agent hořkosti různých potravin.

Používá se také jako kryoprotektant, jako "léčitelné" biologické lepidlo, jako nosič léčiv, pro návrh biodegradovatelných vláken a hydrogelů schopných absorbovat mimo jiné velké množství vody.

Biosyntéza

Všechny aminokyseliny jsou odvozeny od glykolytických meziproduktů, Krebsova cyklu nebo pentózofosfátové dráhy. Konkrétně se glutamát získává z glutaminu, a-ketoglutarátu a 5-oxoprolinu, vše pocházející z Krebsova cyklu.

Biosyntetická cesta pro tuto aminokyselinu je poměrně jednoduchá a její kroky se nacházejí téměř ve všech živých organismech.

Metabolismus glutamátu a dusíku

Při metabolismu dusíku je amonium začleněno do různých biomolekul v těle prostřednictvím glutamátu a glutaminu a prostřednictvím transaminačních reakcí poskytuje glutamát aminoskupiny většiny aminokyselin.

Tato cesta tedy zahrnuje asimilaci amonných iontů na glutamátové molekuly, což se děje ve dvou reakcích.

První krok v cestě je katalyzován enzymem známým jako glutamin syntetáza, který je přítomen prakticky ve všech organismech a podílí se na redukci glutamátu a amonia za vzniku glutaminu.

V bakteriích a rostlinách je místo toho glutamát produkován z glutaminu enzymem známým jako glutamát syntáza.

U zvířat je to způsobeno transaminací a-ketoglutarátu, ke kterému dochází během katabolismu aminokyselin. Jeho hlavní funkcí u savců je přeměna toxického volného amoniaku na glutamin, který je transportován krví.

V reakci katalyzované enzymem glutamát syntáza, a-ketoglutarát prochází procesem redukční aminace, kde se glutamin účastní jako donor dusíkové skupiny.

Ačkoli se vyskytuje v mnohem menším poměru, glutamát je také produkován u zvířat jednostupňovou reakcí mezi a-ketoglutarátem a amonným (NH4), který je katalyzován enzymem L-glutamát dehydrogenáza, všudypřítomný prakticky ve všech žijící organismy.

Uvedený enzym se sdružuje s mitochondriální maticí a reakce, kterou katalyzuje, lze psát zhruba následujícím způsobem, kde NADPH pracuje při zajišťování redukční energie:

α-ketoglutarát + NH4 + NADPH → L-glutamát + NADP (+) + voda

Metabolismus a degradace

Kyselina glutamová se používá v buňkách těla k různým účelům, mezi něž patří syntéza bílkovin, energetický metabolismus, fixace amonia nebo neurotransmise.

Glutamát odebraný z extracelulárního média v některých typech nervových buněk může být „recyklován“ jeho přeměnou na glutamin, který je uvolňován do extracelulárních tekutin a absorbován neurony k přeměně zpět na glutamát, který je známý jako glutaminový cyklus. -glutamát.

Po požití potravou ve stravě končí střevní absorpce kyseliny glutamové obecně její přeměnou na jiné aminokyseliny, jako je alanin, což je proces zprostředkovaný buňkami střevní sliznice, která jej také používá jako zdroj energie.

Játra, na druhé straně, je zodpovědná za jejich přeměnu na glukózu a laktát, z nichž je chemická energie extrahována hlavně ve formě ATP.

Existence různých enzymů metabolizujících glutamát byla popsána v různých organismech, jako je tomu v případě glutamát dehydrogenáz, glutamát amonných lyáz a glutamináz, a mnoho z nich se podílí na Alzheimerově chorobě.

Potraviny bohaté na kyselinu glutamovou

Kyselina glutamová je přítomna ve většině potravin konzumovaných člověkem a někteří autoři tvrdí, že u člověka s hmotností 70 kg je denní příjem kyseliny glutamové pocházející z potravy přibližně 28 g.

Mezi nejbohatší potraviny v této aminokyselině patří potraviny živočišného původu, kde vyniká maso (hovězí, vepřové, ovčí atd.), Vejce, mléčné výrobky a ryby. Mezi rostlinné potraviny bohaté na glutamát patří semena, zrna, chřest a další.

Kromě různých druhů potravin, které jsou přirozeně bohaté na tuto aminokyselinu, její derivát, se monosodná sůl glutamátu používá jako přísada ke zvýšení nebo zvýšení chuti mnoha pokrmů a průmyslově zpracovaných potravin.

Výhody jeho příjmu

Glutamát přidávaný do různých kulinářských přípravků pomáhá „navozovat“ chuť a zlepšuje pocit chuti v ústní dutině, což má zjevně důležitý fyziologický a nutriční význam.

Klinické studie ukázaly, že požití kyseliny glutamové má potenciální využití při léčbě „poruch“ nebo orálních patologií souvisejících s chutí a „hyposalivací“ (nízká produkce slin).

Kyselina glutamová (glutamát) je také živina, která má velký význam pro udržení normální aktivity buněk ve střevní sliznici.

Ukázalo se, že zásobování této aminokyseliny potkanům, kteří byli podrobeni chemoterapeutické léčbě, zvyšuje imunologické vlastnosti střeva, kromě udržování a zvyšování aktivity a funkcí střevní sliznice.

Naproti tomu v Japonsku byla lékařská strava založená na potravinách bohatých na kyselinu glutamovou navržena pro pacienty podstupující „perkutánní endoskopickou gastronomii“, to znamená, že se musí krmit žaludeční trubicí, která je připojena stěnou břišní.

Tato aminokyselina se také používá k vyvolání chuti k jídlu u starších pacientů s chronickou gastritidou, kteří jsou normálně nechuti.

A konečně, studie týkající se orálního přísunu kyseliny glutamové a argininu naznačují, že se podílejí na pozitivní regulaci genů souvisejících s adipogenezí ve svalové tkáni a lipolýzou v tukové tkáni.

Poruchy nedostatku

Protože kyselina glutamová slouží jako předchůdce při syntéze různých typů molekul, jako jsou aminokyseliny a jiné neurotransmitery, genetické defekty spojené s expresí enzymů souvisejících s jeho biosyntézou a recyklací mohou mít důsledky pro zdraví těla jakéhokoli zvířete.

Například enzym dekarboxyláza kyseliny glutamové je zodpovědná za přeměnu glutamátu na kyselinu gama aminomáselnou (GABA), neurotransmiter nezbytný pro inhibiční nervové reakce.

Proto je rovnováha mezi kyselinou glutamovou a GABA nanejvýš důležitá pro udržení kontroly kortikální excitability, protože glutamát funguje hlavně na excitačních nervových synapsích.

Na druhé straně, protože glutamát je zapojen do řady mozkových funkcí, jako je učení a paměť, může jeho nedostatek způsobit poruchy v těchto třídách kognitivních procesů, které jej vyžadují jako neurotransmiter.

Reference

Ariyoshi, M., Katane, M., Hamase, K., Miyoshi, Y., Nakane, M., Hoshino, A.,… Matoba, S. (2017). D-Glutamát je metabolizován v srdečních mitochondriích. Vědecké zprávy, 7 (srpen 2016), 1-9.
Barret, G. (1985). Chemie a biochemie aminokyselin. New York: Chapman a Hall.
Danbolt, NC (2001). Příjem glutamátu. Pokrok v neurobiologii, 65, 1–105.
Fonnum, F. (1984). Glutamát: neurotransmiter v mozku savců. Journal of Neurochemistry, 18 (1), 27–33.
Garattini, S. (2000). Mezinárodní sympozium o glutamátu. Kyselina glutamová, o dvacet let později.
Graham, TE, Sgro, V., Friars, D., & Gibala, MJ (2000). Požití glutamátu: Plazmové a svalové volné aminokyselinové soubory klidových lidí. American Journal of Physiology - Endocrinology and Metabolism, 278, 83–89.
Hu, CJ, Jiang, QY, Zhang, T., Yin, YL, Li, FN, Su, JY,… Kong, XF (2017). Doplněk stravy argininem a kyselinou glutamovou ve stravě zvyšuje klíčovou expresi lipogenního genu u rostoucích prasat. Journal of Animal Science, 95 (12), 5507–5515.
Johnson, JL (1972). Kyselina glutamová jako synaptický vysílač v nervovém systému. Přezkoumání. Brain Research, 37, 1-19.
Kumar, R., Vikramachakravarthi, D., & Pal, P. (2014). Produkce a čištění kyseliny glutamové: kritická revize směrem k intenzifikaci procesu. Chemické inženýrství a zpracování: Intenzifikace procesu, 81, 59–71.
Mourtzakis, M., & Graham, TE (2002). Požití glutamátu a jeho účinky v klidu a během cvičení u lidí. Journal of Applied Physiology, 93 (4), 1251-1259.
Neil, E. (2010). Biologické procesy pro výrobu vodíku. Pokroky v biochemickém inženýrství / biotechnologii, 123 (červenec 2015), 127–141.
Okumoto, S., Funck, D., Trovato, M., & Forlani, G. (2016). Aminokyseliny z rodiny glutamátů: funkce nad rámec primárního metabolismu. Frontiers in Plant Science, 7, 1-3.
Olubodun, JO, Zulkifli, I., Farjam, AS, Hair-Bejo, M. a Kasim, A. (2015). Doplnění glutaminu a kyseliny glutamové zvyšuje výkonnost kuřat brojlerů v horkých a vlhkých tropických podmínkách. Italian Journal of Animal Science, 14 (1), 25–29.
Umbarger, H. (1978). Biosyntéza aminokyselin a její regulace. Ann. Biochem., 47, 533-606.
Waelsch, H. (1951). Kyselina glutamová a mozková funkce. Advances in Protein Chemistry, 6, 299–341.
Yelamanchi, SD, Jayaram, S., Thomas, JK, Gundimeda, S., Khan, AA, Singhal, A.,… Gowda, H. (2015). Mapa cesty metabolismu glutamátu. Journal of Cell Communication and Signaling, 10 (1), 69–75.

KYSELINA GLUTAMOVÁ: VLASTNOSTI, FUNKCE, BIOSYNTÉZA - BIOLOGIE - 2025