GLUTAMO RŪGŠTIS: SAVYBĖS, FUNKCIJOS, BIOSINTEZĖ - BIOLOGIJA - 2025

Glutamo rūgštis yra viena iš 22 amino rūgščių, kurios sudaro baltymus visų gyvų būtybių ir vienas iš gausiausių pobūdžio. Kadangi žmogaus kūnas turi savo biosintezės kelius, jis nelaikomas esminiu.

Kartu su asparto rūgštimi, glutamo rūgštis priklauso neigiamai įkrautų poliarinių aminorūgščių grupei ir pagal dvi egzistuojančias nomenklatūros sistemas (trijų arba vienos raidės) ji žymima kaip „ Glu “ arba kaip „ E “.

Aminorūgšties glutamo rūgšties struktūra (Šaltinis: Hbf878 per Wikimedia Commons)

Šią aminorūgštį 1866 m. Atrado vokiečių chemikas Rittershausenas, tyrinėdamas hidrolizuotą kviečių glitimą, todėl jos pavadinimas yra „glutamo“. Po atradimo, jo buvimas buvo nustatytas didelėje dalyje gyvų būtybių, todėl manoma, kad jis turi esminių funkcijų visam gyvenimui.

L-glutamo rūgštis laikoma viena iš svarbiausių mediatorių perduodant sužadinimo signalus į stuburinių gyvūnų centrinę nervų sistemą. Ji taip pat reikalinga normaliai smegenų funkcijai, pažintinei raidai, atminčiai ir Mokymasis.

Kai kurie jo dariniai taip pat atlieka svarbias funkcijas pramoniniu lygmeniu, ypač kalbant apie kulinarinius gaminius, nes jie padeda sustiprinti maisto skonį.

charakteristikos

Nepaisant to, kad glutamatas (jonizuota glutamo rūgšties forma) nėra būtina aminorūgštis, jis turi didelę įtaką mitybai gyvūnų augimui ir buvo pasiūlyta, kad jo maistinė vertė yra daug didesnė nei kitų nereikalingų aminorūgščių.

Šios aminorūgšties ypač gausu smegenyse, ypač tarpląstelinėje erdvėje (citozolyje), kuri leidžia egzistuoti gradientui tarp citozolio ir tarpląstelinės erdvės, kurią riboja nervų ląstelių plazminė membrana.

Kadangi jis turi daug sužadinamųjų sinapsių funkcijų ir kad jis atlieka savo funkcijas veikdamas specifinius receptorius, jo koncentracija palaikoma kontroliuojamu lygiu, ypač tarpląstelinėje aplinkoje, nes šie receptoriai paprastai „atrodo“ iš ląstelių.

Didžiausia gliutamato koncentracijos vieta yra nerviniai galai, tačiau jo pasiskirstymą lemia ląstelių energijos poreikis visame kūne.

Priklausomai nuo ląstelės tipo, kai glutamo rūgštis patenka į ląstelę, energijos tikslais ji gali būti nukreipta į mitochondrijas arba gali būti perskirstyta į sinapsines pūsleles, o abu procesai naudoja specifines tarpląstelines transportavimo sistemas.

Struktūra

Glutamo rūgštis, kaip ir visos kitos aminorūgštys, yra α-aminorūgštis, turinti centrinį anglies atomą (kuris yra chiralinis), α anglis, prie kurio yra prijungtos keturios kitos grupės: karboksilo grupė, amino grupė, a vandenilio atomas ir pakaitų grupė (šoninė grandinė arba R grupė).

R grupė glutamo rūgšties suteikia molekulei antrąją karboksilo grupę (-COOH), o jos struktūra yra -CH2-CH2-COOH (-CH2-CH2-COO- jo jonizuotoje formoje), taigi atomų suma bendros molekulės anglies yra penkios.

Šios aminorūgšties santykinė masė yra 147 g / mol, o jos R grupės disociacijos konstanta (pKa) yra 4,25. Jo izoelektrinis taškas yra 3,22, o vidutinis baltymų buvimo indeksas yra apie 7%.

Kadangi esant neutraliam pH (maždaug 7), glutamo rūgštis yra jonizuota ir turi neigiamą krūvį, ji priskiriama neigiamai įkrautų polinių aminorūgščių grupei, kuriai taip pat priskiriama asparto rūgštis (aspartatas, jo jonizuota forma). ).

funkcijos

Glutamo rūgštis arba jos jonizuota forma, glutamatas, turi daug funkcijų ne tik fiziologiniu, bet ir pramoniniu, klinikiniu ir gastronominiu požiūriu.

Fiziologinės glutamo rūgšties funkcijos

Viena iš populiariausių fiziologinių glutamo rūgšties funkcijų daugumos stuburinių organizme yra jos, kaip sužadinančio neuromediatoriaus, vaidmuo smegenyse. Nustatyta, kad daugiau nei 80% sužadinamųjų sinapsių bendrauja naudodamiesi glutamatu arba vienu iš jo darinių.

Tarp sinapsių, naudojančių šią aminorūgštį signalizacijos metu, funkcijų yra atpažinimas, mokymasis, atmintis ir kitos.

Glutamatas taip pat yra susijęs su nervų sistemos vystymusi, sinapsių inicijavimu ir pašalinimu, ląstelių migracija, diferenciacija ir mirtimi. Tai svarbu palaikant ryšį tarp periferinių organų, tokių kaip virškinamasis traktas, kasa ir kaulai.

Be to, glutamatas turi funkcijas tiek baltymų ir peptidų sintezės procesuose, tiek riebalų rūgščių sintezėje, reguliuodamas ląstelių azoto lygį ir kontroliuodamas anijoninę ir osmosinę pusiausvyrą.

Jis tarnauja kaip pirmtakas įvairiems tarpikliams tarp trikarboksirūgšties ciklo (Krebso ciklo) ir kitiems neuromediatoriams, tokiems kaip GABA (gama aminosviesto rūgštis). Savo ruožtu jis yra kitų amino rūgščių, tokių kaip L-prolinas, L-argininas ir L-alaninas, sintezės pirmtakas.

Klinikiniai pritaikymai

Skirtingi farmaciniai metodai daugiausia priklauso nuo glutamo rūgšties receptorių, kaip terapinių taikinių gydant psichines ligas ir kitas su atmintimi susijusias patologijas.

Glutamatas taip pat buvo naudojamas kaip aktyvus agentas įvairiose farmakologinėse kompozicijose, skirtose miokardo infarktams ir funkcinei dispepsijai (skrandžio problemoms ar nevirškinimui) gydyti.

Pramoninis glutamo rūgšties pritaikymas

Glutamo rūgštis ir jos dariniai gali būti įvairiai pritaikomi įvairiose pramonės šakose. Pavyzdžiui, glonamato mononatrio druska naudojama maisto pramonėje kaip prieskonis.

Ši aminorūgštis taip pat yra pradinė medžiaga kitų cheminių medžiagų sintezei, o glutamo polio rūgštis yra natūralus anijoninis polimeras, biologiškai skaidus, valgomas ir netoksiškas žmonėms ar aplinkai.

Maisto pramonėje jis taip pat naudojamas kaip tirštiklis ir kaip „malšinantis“ įvairių maisto produktų kartumas.

Jis taip pat naudojamas kaip kriofrotektantas, kaip „kietėjantys“ biologiniai klijai, kaip vaistų nešiklis, projektuojant biologiškai skaidžius pluoštus ir hidrogelius, gebančius absorbuoti didelį vandens kiekį, be kita ko.

Biosintezė

Visos aminorūgštys yra gaunamos iš tarpinių glikolitinių junginių, Krebso ciklo arba pentozės fosfato kelio. Gliutamatas, visų pirma, gaunamas iš glutamino, α-ketoglutarato ir 5-oksoprolino, visi gauti Krebso ciklo metu.

Biosintetinis šios aminorūgšties kelias yra gana paprastas, jo žingsniai randami beveik visuose gyvuose organizmuose.

Glutamatas ir azoto metabolizmas

Azoto apykaitoje amonis per įvairias organizmo biomolekules patenka per glutamatą ir glutaminą, o per transaminacijos reakcijas glutamatas suteikia daugumos aminorūgščių aminorūgščių.

Taigi šis būdas apima amonio jonų įsisavinimą į glutamato molekules, kuris vyksta dviem reakcijomis.

Pirmąjį kelio žingsnį katalizuoja fermentas, žinomas kaip glutamino sintetazė, kurio yra praktiškai visuose organizmuose ir kuris yra susijęs su glutamato ir amonio redukcija, kad būtų gautas glutaminas.

Vietoj to, bakterijose ir augaluose glutamatas gaminamas iš glutamino fermento, žinomo kaip gliutamato sintazė.

Gyvūnams jis gaminamas transaminuojant α-ketoglutaratą, vykstantį aminorūgščių katabolizmo metu. Pagrindinė jo žinduolių funkcija yra paversti nuodingą laisvą amoniaką į glutaminą, kurį perneša kraujas.

Reakcijos metu, katalizuojamos fermento glutamato sintazės, α-ketoglutaratas pereina redukcinio amiinavimo procesą, kuriame glutaminas dalyvauja kaip azoto grupės donoras.

Nors glutamatas pasireiškia žymiai mažiau, gyvūnai taip pat gaminami α-ketoglutarato ir amonio (NH4) vienos pakopos reakcijos, kurią katalizuoja L-glutamato dehidrogenazės fermentas, visur esančio beveik visose vietose, metu. gyvieji organizmai.

Minėtas fermentas asocijuojasi su mitochondrijų matrica ir jo katalizuojama reakcija gali būti užrašyta maždaug taip, kai NADPH veikia tiekiant redukuojamąją galią:

α-ketoglutaratas + NH4 + NADPH → L-glutamatas + NADP (+) + vanduo

Metabolizmas ir skaidymas

Glutamo rūgštį kūno ląstelės naudoja įvairiems tikslams, tarp kurių yra baltymų sintezė, energijos apykaita, amonio fiksacija ar neurotransmisija.

Iš tarpląstelinės terpės paimtas kai kurių rūšių nervinių ląstelių glutamatas gali būti „perdirbamas“ paverčiant jį glutaminu, kuris išsiskiria į tarpląstelinius skysčius ir kurį neuronai paima, kad būtų paversti atgal į glutamatą, vadinamą glutamino ciklu. -glutamatas .

Patekęs į maistą kartu su maistu, glutamo rūgšties absorbcija žarnyne paprastai baigiasi jos virsmu kitomis amino rūgštimis, pavyzdžiui, alaninu, procesu, kurį skatina žarnyno gleivinės ląstelės, kurie taip pat naudoja jį kaip energijos šaltinį.

Kita vertus, kepenys yra atsakingos už jų pavertimą gliukoze ir laktatu, iš kurių cheminė energija išgaunama daugiausia ATP pavidalu.

Buvo pranešta, kad skirtinguose organizmuose yra įvairių glutamatą metabolizuojančių fermentų, pvz., Glutamato dehidrogenazių, glutamato-amonio klijų ir glutaminų, ir daugelis jų yra susiję su Alzheimerio liga.

Maistas, kuriame gausu glutamino rūgšties

Glutamo rūgšties yra daugumoje žmogaus vartojamų maisto produktų, o kai kurie autoriai tvirtina, kad 70 kg sveriančiam žmogui per parą suvartojama maždaug 28 g glutamo rūgšties.

Tarp turtingiausių šios amino rūgšties maisto produktų yra gyvūninės kilmės maisto produktai, kuriuose išsiskiria mėsa (galvijai, kiaulės, avys ir kt.), Kiaušiniai, pienas ir žuvis. Augalinis maistas, kuriame gausu gliutamato, yra sėklos, grūdai, šparagai ir kiti.

Be įvairių rūšių maisto produktų, kuriuose natūraliai gausu šios aminorūgšties, jos darinio, mononatrio glutamato druska naudojama kaip priedas, siekiant sustiprinti ar sustiprinti daugelio patiekalų ir pramoniniu būdu perdirbtų maisto produktų skonį.

Jo vartojimo pranašumai

Į skirtingus kulinarinius preparatus pridėtas gliutamatas padeda „sukelti“ skonį ir pagerinti skonio pojūtį burnos ertmėje, o tai, matyt, turi didelę fiziologinę ir maistinę reikšmę.

Klinikiniai tyrimai parodė, kad glutamo rūgšties vartojimas gali būti naudojamas gydant „sutrikimus“ ar burnos patologijas, susijusias su skoniu ir „hiposalizaciją“ (mažas seilių susidarymas).

Taip pat glutamo rūgštis (glutamatas) yra labai svarbi maistinė medžiaga palaikant normalų žarnyno gleivinės ląstelių aktyvumą.

Įrodyta, kad šios aminorūgšties tiekimas žiurkėms, kurioms buvo atliktas chemoterapinis gydymas, padidina imunologines žarnyno savybes, be to, palaiko ir sustiprina žarnyno gleivinės veiklą ir funkcijas.

Kita vertus, Japonijoje medicininės dietos, kurių pagrindą sudaro maistas, kuriame gausu glutamo rūgšties, buvo skirtos pacientams, kuriems atliekama „perkutaninė endoskopinė gastronomija“, tai yra, jie turi būti maitinami per skrandžio vamzdelį, sujungtą per sieną. pilvo.

Ši aminorūgštis taip pat naudojama apetitui sukelti senyvo amžiaus pacientams, sergantiems lėtiniu gastritu, kurie paprastai būna nepakankami.

Galiausiai, tyrimai, susiję su peroraliniu glutamo rūgšties ir arginino tiekimu, rodo, kad šie vaistai yra susiję su teigiamu genų, susijusių su adipogeneze raumenų audinyje, ir lipolizės riebaliniuose audiniuose, reguliavimu.

Trūkumo sutrikimai

Kadangi glutamo rūgštis yra įvairių rūšių molekulių, tokių kaip aminorūgštys ir kiti neuromediatoriai, sintezės pirmtakas, genetiniai defektai, susiję su fermentų ekspresija, susijusiais su jo biosinteze ir perdirbimu, gali turėti pasekmių bet kurio gyvūno kūno sveikatai.

Pavyzdžiui, fermentas glutamo rūgšties dekarboksilazė yra atsakinga už glutamato virsmą gama aminosviesto rūgštimi (GABA) - neurotransmiteriu, būtinu slopinančioms nervinėms reakcijoms.

Todėl glutamo rūgšties ir GABA pusiausvyra yra ypač svarbi palaikant žievės jaudrumą, nes glutamatas daugiausia veikia sužadinamųjų nervų sinapsėse.

Savo ruožtu, kadangi glutamatas dalyvauja daugelyje smegenų funkcijų, tokių kaip mokymasis ir atmintis, jo trūkumas gali sukelti tokio pobūdžio pažinimo procesų, kuriems reikalingas neurotransmiteris, defektus.

Nuorodos

1. Ariyoshi, M., Katane, M., Hamase, K., Miyoshi, Y., Nakane, M., Hoshino, A.,… Matoba, S. (2017). D-glutamatas metabolizuojamas širdies mitochondrijose. Moksliniai pranešimai, 7 (2016 m. Rugpjūčio mėn.), 1–9. https://doi.org/10.1038/srep43911
2. Barret, G. (1985). Aminorūgščių chemija ir biochemija. Niujorkas: Chapmanas ir salė.
3. Danbolt, NC (2001). Glutamato įsisavinimas. Neurobiologijos pažanga, 65, 1–105.
4. Fonnum, F. (1984). Glutamatas: neuromediatorius žinduolių smegenyse. Neurochemijos žurnalas, 18 (1), 27–33.
5. Garattini, S. (2000). Tarptautinis glutamato simpoziumas. Glutamo rūgštis, po dvidešimties metų.
6. Grahamas, TE, Sgro, V., Friars, D., ir Gibala, MJ (2000). Nurijimas glutamato: ramybės neturinčių žmonių plazmos ir raumenų aminorūgščių baseinai. Amerikos žurnalas apie fiziologiją - endokrinologija ir metabolizmas, 278, 83–89.
7. Hu, CJ, Jiang, QY, Zhang, T., Yin, YL, Li, FN, Su, JY,… Kong, XF (2017). Maisto papildai su argininu ir glutamo rūgštimi padidina lipogeninių genų ekspresiją augančiose kiaulėse. Žurnalas „Animal Science“, 95 (12), 5507–5515.
8. Johnsonas, JL (1972). Glutamo rūgštis, kaip sinapsių perdavėjas nervų sistemoje. Apžvalga. Smegenų tyrimai, 37, 1–19.
9. Kumaras, R., Vikramachakravarthi, D., & Pal, P. (2014). Glutamo rūgšties gamyba ir gryninimas: kritinė apžvalga siekiant sustiprinti procesą. Chemijos inžinerija ir perdirbimas: proceso intensyvinimas, 81, 59–71.
10. Mourtzakis, M., ir Graham, TE (2002). Nurijimas glutamato ir jo poveikis žmonėms ramybės metu ir mankštos metu. Journal of Applied Physiology, 93 (4), 1251–1259.
11. Neil, E. (2010). Biologiniai vandenilio gamybos procesai. Biocheminės inžinerijos / biotechnologijų pažanga, 123 (2015 m. Liepos mėn.), 127–141. https://doi.org/10.1007/10
12. Okumoto, S., Funck, D., Trovato, M., & Forlani, G. (2016). Glutamato šeimos aminorūgštys: funkcijos, nesusijusios su pirminiu metabolizmu. Augalų mokslo ribos, 7, 1–3.
13. Olubodun, JO, Zulkifli, I., Farjam, AS, Hair-Bejo, M., & Kasim, A. (2015). Glutamino ir glutamino rūgšties papildai pagerina viščiukų broilerių produktyvumą karštoje ir drėgnoje atogrąžų sąlygomis. Italijos gyvūnų mokslo žurnalas, 14 (1), 25–29.
14. Umbarger, H. (1978). Amino rūgščių biosintezė ir jos reguliavimas. Ann. Biochem. , 47, 533-606.
15. Waelsch, H. (1951). Glutamo rūgštis ir smegenų veikla. Baltymų chemijos pažanga, 6, 299–341.
16. Yelamanchi, SD, Jayaram, S., Thomas, JK, Gundimeda, S., Khan, AA, Singhal, A.,… Gowda, H. (2015). Glutamato metabolizmo kelio žemėlapis. Žurnalas apie ląstelių komunikaciją ir signalizaciją, 10 (1), 69–75.