GLUTAMINSAV: JELLEMZŐK, FUNKCIÓK, BIOSZINTÉZIS - BIOLÓGIA - 2025

A glutaminsav egyike annak a 22 aminosavnak, amelyek minden élőlényben fehérjéket alkotnak, és a természetben egyik leggazdagabb. Mivel az emberi test belső bioszintézisének útjai vannak, ezért ezt nem tekintjük alapvető fontosságúnak.

Az aszparaginsavval együtt a glutaminsav a negatív töltésű poláris aminosavak csoportjába tartozik, és a két létező (három vagy egy betűből álló) nómenklatúra rendszer szerint azt " Glu " -nak vagy " E " -nek nevezik.

A glutaminsav aminosav szerkezete (Forrás: Hbf878 a Wikimedia Commons segítségével)

Ezt az aminosavat 1866-ban fedezte fel a német vegyész, Rittershausen, miközben hidrolizált búzaglutént tanulmányozott, ennek neve "glutamin". Felfedezése után az élőlények nagy részében meghatározták jelenlétét, ezért úgy gondolják, hogy az élet szempontjából alapvető funkciókkal rendelkezik.

Az L-glutaminsavat az egyik legfontosabb közvetítőnek tekintik a gerjesztő jelek átvitelében a gerinces állatok központi idegrendszerében, és az agy normál működéséhez, valamint a kognitív fejlődéshez, a memóriához és a A tanulás.

Néhány származékának szintén fontos funkciói vannak ipari szinten, különös tekintettel a kulináris készítményekre, mivel elősegítik az élelmiszerek ízének fokozását.

jellemzők

Annak ellenére, hogy a glutamát (a glutaminsav ionizált formája) nem nélkülözhetetlen aminosav, fontos táplálkozási következményekkel jár az állatok növekedésére, és azt feltételezik, hogy sokkal magasabb táplálkozási értékkel rendelkezik, mint más nem nélkülözhetetlen aminosavak.

Ez az aminosav különösen bőséges az agyban, különösen az intracelluláris térben (citoszol), amely lehetővé teszi gradiens létezését a citoszol és az extracelluláris tér között, amelyet az idegsejtek plazmamembránja határol.

Mivel számos funkcióval rendelkezik az izgató szinapszisban, és hogy a specifikus receptorokra hatással gyakorolja funkcióit, a koncentrációját ellenőrzött szinten tartják, különösen az extracelluláris környezetben, mivel ezek a receptorok általában "kinéznek" a sejtekből.

A glutamát legnagyobb koncentrációjú helyei az idegvégződések, azonban eloszlását a sejtek energiaszükséglete függ a testben.

A sejttípustól függően, amikor a glutaminsav belép, energiás célból a mitokondriumok felé lehet irányítani, vagy pedig szinaptikus hólyagok felé lehet elosztani, és mindkét eljárás specifikus intracelluláris transzportrendszereket alkalmaz.

Szerkezet

A glutaminsav, mint a többi aminosav, egy α-aminosav, amelynek központi szénatomja (királis), az α-szénatom, amelyhez négy másik csoport kapcsolódik: karboxilcsoport, aminocsoport, a hidrogénatom és egy szubsztituens csoport (oldallánc vagy R csoport).

A glutaminsav R csoportja egy második karboxilcsoportot (-COOH) ad a molekulanak és szerkezete -CH2-CH2-COOH (-CH2-CH2-COO- ionizált formájában), tehát az atomok összege a molekula összes szénje öt.

Ennek az aminosavnak a relatív tömege 147 g / mol, R-csoport disszociációs állandója (pKa) 4,25. Izoelektromos pontja 3,22, és az átlagos fehérje-jelenléti index körülbelül 7%.

Mivel semleges pH-n (kb. 7) a glutaminsav ionizált és negatív töltéssel rendelkezik, ezért azt a negatív töltésű poláris aminosavak csoportjába kell besorolni, amelybe az aszparaginsav is beletartozik (aszpartát, ionizált formájában)).

Jellemzők

A glutaminsavnak vagy annak ionizált formájának, a glutamátnak több funkciója van, nemcsak élettani szempontból, hanem ipari, klinikai és gasztronómiai szempontból is.

A glutaminsav élettani funkciói

A glutaminsav egyik legnépszerűbb élettani funkciója a legtöbb gerinces testben az agy izgató neurotranszmitter szerepe. Megállapítottuk, hogy az gerjesztõ szinapszisok több mint 80% -a glutamát vagy annak származékai segítségével kommunikál.

A szinapszis funkciói között, amelyek ezt az aminosavat használják a jelzés során, a felismerés, a tanulás, a memória és mások.

A glutamát az idegrendszer fejlődésével, a szinapszisok megindításával és megszüntetésével, valamint a sejtek migrációjával, differenciálódásával és halálával is összefügg. Fontos a perifériás szervek, például az emésztőrendszer, a hasnyálmirigy és a csontok közötti kommunikációban.

Ezenkívül a glutamát funkciója van mind a fehérje- és peptidszintézis folyamatában, mind a zsírsavak szintézisében, a sejtek nitrogénszintjének szabályozásában, valamint az anionos és ozmotikus egyensúly szabályozásában.

Előfutáraként szolgál a trikarbonsav ciklusának (Krebsz ciklus) különböző intermediereinek, valamint más neurotranszmittereknek, például a GABA (gamma-amino-vajsav) számára. Ez viszont más aminosavak, például L-prolin, L-arginin és L-alanin szintézisének prekurzora.

Klinikai alkalmazások

A különféle gyógyszerészeti megközelítések elsősorban a glutaminsav receptorokra támaszkodnak, mint pszichiátriai betegségek és más memóriával kapcsolatos patológiák kezelésének terápiás célpontjai.

A glutamátot hatóanyagként is használták a szívizom-infarktusok és funkcionális dyspepsia (gyomorproblémák vagy emésztési zavarok) kezelésére szolgáló különféle farmakológiai készítményekben.

A glutaminsav ipari felhasználása

A glutaminsavnak és származékainak különféle alkalmazásai vannak az iparágakban. Például a glutamát mononátrium-sóját fűszerként használják az élelmiszeriparban.

Ez az aminosav más vegyi anyagok szintézisének kiindulási anyaga is, és a glutamin-polisav egy természetes anionos polimer, amely biológiailag lebontható, ehető és nem mérgező az emberekre vagy a környezetre.

Az élelmiszeriparban sűrítőként és a különféle ételek keserűségének „enyhítésére” is használják.

Használják továbbá krioprotektánsként, "gyógyítható" biológiai ragasztóanyagként, gyógyszerhordozóként biológiailag lebontható szálak és hidrogélek tervezésére, többek között nagy mennyiségű víz felszívására.

bioszintézise

Az összes aminosav glikolitikus közbenső termékekből, Krebs-ciklusból vagy a pentóz-foszfát útból származik. A glutamátot kifejezetten glutaminból, α-ketoglutarátból és 5-oxoprolinból nyerik, amelyek mindegyike Krebs-ciklusból származik.

Ennek az aminosavnak a bioszintézis útja meglehetősen egyszerű, és lépései szinte minden élő szervezetben megtalálhatók.

Glutamát és nitrogén metabolizmus

A nitrogén metabolizmusában az glutamát és a glutamin révén az ammónium beépül a test különféle biomolekuláibe, és a transzaminációs reakciók révén a glutamát biztosítja a legtöbb aminosav aminocsoportjait.

Tehát ez az út magában foglalja az ammónium-ionok glutamát-molekulákhoz történő asszimilációját, amely két reakcióban zajlik le.

Az út első lépését egy glutamin-szintetáz néven ismert enzim katalizálja, amely gyakorlatilag minden szervezetben jelen van, és részt vesz a glutamát és az ammónia redukciójában glutamin előállításához.

Ehelyett a baktériumokban és a növényekben a glutamátot glutaminból állítja elő a glutamát-szintáz néven ismert enzim.

Állatokban ez az α-ketoglutarát transzaminációjából származik, amely az aminosavak katabolizmusa során zajlik. Az emlősökben az a fő funkció, hogy a mérgező szabad ammóniát glutaminná alakítsák, amelyet a vér szállít.

A glutamát-szintáz enzim által katalizált reakcióban az α-ketoglutarát reduktív aminálási folyamaton megy keresztül, ahol a glutamin a nitrogéncsoport donorjaként vesz részt.

Noha sokkal kisebb arányban fordul elő, a glutamát az állatokban az α-ketoglutarát és az ammónium (NH4) egylépéses reakciójával is termelődik, amelyet az L-glutamát dehidrogenáz enzim katalizál, gyakorlatilag mindenütt jelen van. élő organizmusok.

Az említett enzim társul a mitokondriális mátrixhoz, és a reakciót, amelyet katalizál, nagyjából a következőképpen írhatjuk le, ahol a NADPH működik a redukáló erő biztosításában:

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

Metabolizmus és lebomlás

A glutaminsavat a test sejtjei különböző célokra használják, amelyek között szerepel a fehérje szintézis, az energia anyagcseréje, az ammónium rögzítése vagy a neurotranszmisszió.

Az extracelluláris tápközegből bizonyos típusú idegsejtekben glutamát "újrafeldolgozható" glutaminná történő átalakításával, amely extracelluláris folyadékká alakul ki, és amelyet az idegsejtek felvesznek, hogy visszaálljon glutamáttá, amelyet glutamin ciklusnak neveznek. -glutamát.

A táplálékkal való táplálékfelvétel után a glutaminsav bélben történő felszívódása általában véve más aminosavakká, például alaninná történő átalakulással ér véget, és ezt a folyamatot a bélnyálkahártya sejtjei közvetítik, és szintén energiaforrásként használják.

A máj viszont felelős annak átalakításáért glükózzá és laktáttá, amelyből a kémiai energiát elsősorban ATP formájában nyerik ki.

Különböző szervezetekben különféle glutamát metabolizáló enzimek létezéséről számoltak be, ilyenek például a glutamát dehidrogenázok, glutamát-ammónium-lázok és glutaminázok esetében, és ezek közül sokuk szerepet játszik Alzheimer-kórban.

Glutaminsavban gazdag ételek

A glutaminsav jelen van az ember által fogyasztott élelmiszerek többségében, és egyes szerzők azt állítják, hogy 70 kg súlyú ember esetében az étrendből származó glutaminsav napi bevétele körülbelül 28 g.

Az aminosavban leggazdagabb élelmiszerek között vannak az állati eredetű élelmiszerek, amelyek közül a hús (szarvasmarha, sertés, juh, stb.), Tojás, tejtermék és hal különbözik egymástól. A glutamátban gazdag növényi alapanyagok maguk, gabonafélék, spárga és mások.

Az ezen aminosavban, annak származékában természetesen gazdag különféle ételek mellett a glutamát mononátrium sóját adalékanyagként használják számos étel és iparilag feldolgozott élelmiszer aromájának fokozására vagy fokozására.

A bevitel előnyei

A különféle kulináris készítményekhez hozzáadott glutamát hozzájárul az íz "indukálásához" és javítja a szájüreg ízérzetét, amelynek nyilvánvalóan fontos élettani és táplálkozási jelentősége van.

Klinikai vizsgálatok kimutatták, hogy a glutaminsav elnyelése potenciálisan alkalmazható az ízléshez és a hyposalivationhoz (alacsony nyáltermeléshez) kapcsolódó rendellenességek vagy orális patológiák kezelésében.

Hasonlóképpen, a glutaminsav (glutamát) tápanyag, amely nagy jelentőséggel bír a bélnyálkahártya sejtjeinek normális aktivitásának fenntartásában.

Kimutatták, hogy ennek az aminosavnak a patkányokba történő bejuttatása, akik kemoterápiás kezelésben részesültek, növeli a belek immunológiai tulajdonságait, a bél nyálkahártya aktivitásának és funkcióinak fenntartása mellett.

Ezzel szemben Japánban a glutaminsavban gazdag ételeken alapuló orvosi táplálkozást olyan betegek számára tervezték, akik "perkután endoszkópos gasztronómiában" részesülnek, azaz azokat a falon keresztül összekapcsolt gyomorcsövön keresztül kell táplálni. hasi.

Ezt az aminosavat étvágy indukálására is használják időskorú, krónikus gastritisben szenvedő, normál esetben inappent betegeknél.

Végül, a glutaminsav és az arginin szájon át történő adagolására vonatkozó vizsgálatok azt sugallják, hogy ezek részt vesznek az izomszövet adipogenezisével és a zsírszövetek lipolízisével kapcsolatos gének pozitív szabályozásában.

Hiányos rendellenességek

Mivel a glutaminsav előfutára különféle típusú molekulák, például aminosavak és más neurotranszmitterek szintézisében, a bioszintézishez és az újrahasznosításhoz kapcsolódó enzimek expressziójához kapcsolódó genetikai hibák következményekkel járhatnak bármely állat testének egészségére.

Például a glutaminsav-dekarboxiláz enzim felelős a glutamátnak gamma-amino-vajsavvá (GABA) való átalakításáért, amely neurotranszmitter elengedhetetlen a gátló idegreakciókhoz.

Ezért a glutaminsav és a GABA közötti egyensúly rendkívül fontos a kortikális ingerlékenység ellenőrzésének fenntartása érdekében, mivel a glutamát főként az izgató idegszinapszison működik.

Mivel viszont, mivel a glutamát számos agyi funkcióban részt vesz, mint például a tanulás és a memória, hiánya hibákat okozhat a kognitív folyamatok ezen osztályaiban, amelyek neurotranszmitterként szükségesek rá.

Irodalom

1. Ariyoshi, M., Katane, M., Hamase, K., Miyoshi, Y., Nakane, M., Hoshino, A.,… Matoba, S. (2017). A D-glutamát metabolizálódik a szív mitokondriumaiban. Tudományos jelentések, 7. (2016. augusztus), 1–9.
2. Barret, G. (1985). Az aminosavak kémiája és biokémiája. New York: Chapman és Hall.
3. Danbolt, NC (2001). Glutamát felvétel. Haladás a neurobiológiában, 65, 1–105.
4. Fonnum, F. (1984). Glutamát: neurotranszmitter az emlősök agyában. Journal of Neurochemistry, 18 (1), 27–33.
5. Garattini, S. (2000). Nemzetközi szimpózium a glutamátról. Glutaminsav, húsz évvel később.
6. Graham, TE, Sgro, V., Friars, D., és Gibala, MJ (2000). Glutamát lenyelése: Pihenő emberek plazma- és izommentes aminosavkészletei. 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). Az argininnel és glutaminsavval történő étrend-kiegészítő javítja a kulcsfontosságú lipogén génexpressziót a növekvő sertésekben. Journal of Animal Science, 95 (12), 5507–5515.
8. Johnson, JL (1972). Glutaminsav mint szinaptikus adó az idegrendszerben. Felülvizsgálat. Brain Research, 37, 1–19.
9. Kumar, R., Vikramachakravarthi, D., és Pal, P. (2014). Glutaminsav előállítása és tisztítása: Kritikus áttekintés a folyamat intenzitása felé. Kémiai technika és feldolgozás: A folyamat intenzifikálása, 81, 59–71.
10. Mourtzakis, M. és Graham, TE (2002). A glutamát felszívódása és annak hatásai nyugalomban és edzés közben az emberekben. Journal of Applied Physiology, 93 (4), 1251-1259.
11. Neil, E. (2010). Biológiai folyamatok a hidrogén előállításához. Előrelépések a biokémiai mérnöki munkában / biotechnológiában, 123 (2015. július), 127–141.
12. Okumoto, S., Funck, D., Trovato, M., és Forlani, G. (2016). A glutamát család aminosavai: A primer anyagcserén kívüli funkciók. Határok a növénytudományban, 7, 1–3.
13. Olubodun, JO, Zulkifli, I., Farjam, AS, Hair-Bejo, M., és Kasim, A. (2015). A glutamin és a glutaminsav kiegészítése javítja a brojlercsirkék teljesítményét forró és párás trópusi körülmények között. Italian Journal of Animal Science, 14. (1), 25–29.
14. Umbarger, H. (1978). Aminosav bioszintézis és szabályozása. Ann. Biochem. 47, 533-606.
15. Waelsch, H. (1951). Glutaminsav és agyi funkciók. Advances in Protein Chemistry, 6, 299–341.
16. Yelamanchi, SD, Jayaram, S., Thomas, JK, Gundimeda, S., Khan, AA, Singhal, A.,… Gowda, H. (2015). A glutamát anyagcserének útiterve. Journal of Cell Communication and Signaling, 10. (1), 69–75.