ACIDUL GLUTAMIC: CARACTERISTICI, FUNCȚII, BIOSINTEZĂ - BIOLOGIE - 2025

Acidul glutamic este unul dintre cei 22 de aminoacizi care alcătuiesc proteinele în toate lucrurile vii și una dintre cele mai abundente în natură. Deoarece organismul uman are căi intrinseci pentru biosinteza sa, acesta nu este considerat esențial.

Împreună cu acidul aspartic, acidul glutamic aparține grupului de aminoacizi polari încărcați negativ și, conform celor două sisteme de nomenclatură existente (de trei sau una litere), este denumit „ Glu ” sau „ E ”.

Structura aminoacidului Acid glutamic (Sursa: Hbf878 prin Wikimedia Commons)

Acest aminoacid a fost descoperit în 1866 de chimistul german Rittershausen în timp ce studia glutenul de grâu hidrolizat, de unde și numele său „glutamic”. După descoperirea sa, prezența sa a fost determinată într-o mare parte a ființelor vii, deci se crede că are funcții esențiale pentru viață.

Acidul L-glutamic este considerat unul dintre cei mai importanți mediatori în transmiterea semnalelor excitatorii din sistemul nervos central al animalelor vertebrate și este, de asemenea, necesar pentru funcționarea normală a creierului, precum și pentru dezvoltarea cognitivă, memoria și Învățarea.

Unii dintre derivații săi au, de asemenea, funcții importante la nivel industrial, în special în ceea ce privește preparatele culinare, deoarece ajută la îmbunătățirea aromei alimentare.

caracteristici

În ciuda faptului că nu este un aminoacid esențial pentru oameni, glutamatul (forma ionizată de acid glutamic) are implicații nutriționale importante pentru creșterea animalelor și s-a sugerat că are o valoare nutritivă mult mai mare decât alți aminoacizi neesențiali.

Acest aminoacid este deosebit de abundent în creier, în special în spațiul intracelular (citosol), ceea ce permite existența unui gradient între citosol și spațiul extracelular, care este delimitat de membrana plasmatică a celulelor nervoase.

Deoarece are multe funcții în sinapsele excitatorii și că își exercită funcțiile acționând asupra receptorilor specifici, concentrația sa este menținută la niveluri controlate, în special în mediul extracelular, deoarece acești receptori în general „privesc” din celule.

Siturile cu cea mai mare concentrație de glutamat sunt terminalele nervoase, cu toate acestea, distribuția sa este condiționată de nevoile energetice ale celulelor în întregul corp.

În funcție de tipul de celulă, atunci când acidul glutamic intră în celulă, acesta poate fi direcționat către mitocondrii, în scopuri energetice sau poate fi redistribuit către vezicule sinaptice și ambele procese folosesc sisteme de transport intracelulare specifice.

Structura

Acidul glutamic, ca și restul aminoacizilor, este un α-aminoacid care are un atom de carbon central (care este chiral), carbonul a, la care sunt atașate alte patru grupări: o grupare carboxil, o grupă amino, un atom de hidrogen și o grupare substituentă (lanț lateral sau grupa R).

Grupa R a acidului glutamic conferă moleculei oa doua grupare carboxilică (-COOH), iar structura sa este -CH2-CH2-COOH (-CH2-CH2-COO- în forma sa ionizată), deci suma atomilor carbonul total al moleculei este de cinci.

Acest aminoacid are o masă relativă de 147 g / mol, iar constanta de disociere (pKa) a grupei sale R este de 4,25. Are un punct izoelectric de 3,22, iar indicele mediu de prezență a proteinei este de aproximativ 7%.

Întrucât la un pH neutru (în jur de 7), acidul glutamic este ionizat și are o sarcină negativă, este clasificat în grupul de aminoacizi polari încărcați negativ, grup în care este inclus și acidul aspartic (aspartat, în forma sa ionizată) ).

Caracteristici

Acidul glutamic sau forma sa ionizată, glutamatul, are multiple funcții, nu numai din punct de vedere fiziologic, ci și din punct de vedere industrial, clinic și gastronomic.

Funcțiile fiziologice ale acidului glutamic

Una dintre cele mai populare funcții fiziologice ale acidului glutamic din corpul majorității vertebratelor este rolul său de neurotransmițător excitant în creier. S-a stabilit că mai mult de 80% din sinapsele excitate comunică folosind glutamat sau unul dintre derivații săi.

Printre funcțiile sinapselor care utilizează acest aminoacid în timpul semnalizării se numără recunoașterea, învățarea, memoria și altele.

Glutamatul este, de asemenea, legat de dezvoltarea sistemului nervos, de inițierea și eliminarea sinapselor și de migrația celulară, diferențierea și moartea. Este important pentru comunicarea între organele periferice, cum ar fi tractul alimentar, pancreasul și oasele.

În plus, glutamatul are funcții atât în ​​procesele de sinteză de proteine ​​și peptide, cât și în sinteza acizilor grași, în reglarea nivelului de azot celular și în controlul echilibrului anionic și osmotic.

Servește ca un precursor pentru diferiți intermediari ai ciclului acidului tricarboxilic (ciclul Krebs) și, de asemenea, pentru alți neurotransmițători, cum ar fi GABA (gama aminobutirică). La rândul său, este un precursor în sinteza altor aminoacizi precum L-prolina, L-arginina și L-alanina.

Aplicații clinice

Diferite abordări farmaceutice se bazează în principal pe receptorii acidului glutamic ca ținte terapeutice pentru tratamentul bolilor psihiatrice și a altor patologii legate de memorie.

Glutamatul a fost de asemenea utilizat ca agent activ în diferite formulări farmacologice concepute pentru a trata infarcturile miocardice și dispepsia funcțională (probleme gastrice sau indigestie).

Aplicații industriale ale acidului glutamic

Acidul glutamic și derivații săi au aplicații diverse în diferite industrii. De exemplu, sarea monosodică a glutamatului este utilizată în industria alimentară ca condiment.

Acest aminoacid este, de asemenea, materialul de pornire pentru sinteza altor substanțe chimice, iar poliacidul glutamic este un polimer anionic natural care este biodegradabil, comestibil și non-toxic pentru om sau pentru mediu.

În industria alimentară este folosit și ca îngroșător și ca agent „de eliberare” a amărăciunii diferitelor alimente.

De asemenea, este utilizat ca crioprotectant, ca adeziv biologic „curabil”, ca purtător de medicamente, pentru proiectarea fibrelor biodegradabile și a hidrogelilor capabili să absoarbă cantități mari de apă, printre altele.

biosinteza

Toți aminoacizii sunt derivați de la intermediații glicolitici, ciclul Krebs sau calea fosfatului pentoză. Glutamatul, în mod special, este obținut din glutamină, α-cetoglutarat și 5-oxoprolină, toate derivate din ciclul Krebs.

Calea biosintetică pentru acest aminoacid este destul de simplă, iar etapele sale se găsesc în aproape toate organismele vii.

Metabolism glutamat și azot

În metabolismul azotului, prin glutamat și glutamină, amoniul este încorporat în diferitele biomolecule ale corpului și, prin reacții de transaminare, glutamatul furnizează grupările amino ale majorității aminoacizilor.

Astfel, această cale implică asimilarea ionilor de amoniu cu moleculele de glutamat, care are loc în două reacții.

Prima etapă a căii este catalizată de o enzimă cunoscută sub numele de glutamină sintaza, care este prezentă în aproape toate organismele și este implicată în reducerea glutamatului și a amoniacului pentru a produce glutamină.

În bacterii și plante, în schimb, glutamatul este produs din glutamină de enzima cunoscută sub numele de glutamat sintaza.

La animale, acest lucru este produs din transaminarea α-cetoglutaratului, care are loc în timpul catabolismului de aminoacizi. Principala sa funcție la mamifere este de a transforma amoniacul liber toxic în glutamină, care este transportat de sânge.

În reacția catalizată de enzima glutamat sintaza, α-cetoglutaratul trece printr-un proces de aminare reductivă, unde glutamina participă ca donator al grupării de azot.

Deși apare într-o proporție mult mai mică, glutamatul este produs și la animale prin reacția la un pas între α-cetoglutarat și amoniu (NH4), care este catalizat de enzima L-glutamat dehidrogenază, omniprezentă în aproape toate organisme vii.

Respectiva enzimă se asociază cu matricea mitocondrială și reacția pe care o catalizează poate fi scrisă după cum urmează, unde NADPH funcționează în furnizarea puterii reducătoare:

α-cetoglutarat + NH4 + NADPH → L-glutamat + NADP (+) + apă

Metabolism și degradare

Acidul glutamic este utilizat de celulele corpului pentru a servi scopuri diferite, printre care se numără sinteza proteinelor, metabolismul energetic, fixarea amoniuului sau neurotransmisia.

Glutamatul prelevat din mediul extracelular în unele tipuri de celule nervoase poate fi „reciclat” prin transformarea acestuia în glutamină, care este eliberat în fluide extracelulare și preluat de neuroni pentru a fi transformat înapoi în glutamat, care este cunoscut sub numele de ciclu de glutamină . -glutamat .

Odată ingerat cu alimente în dietă, absorbția intestinală a acidului glutamic se încheie, în general, în transformarea sa în alți aminoacizi, cum ar fi alanina, un proces mediat de celulele mucoasei intestinale, care îl folosesc și ca sursă de energie.

Ficatul, pe de altă parte, este responsabil de transformarea lui în glucoză și lactat, din care energia chimică este extrasă în principal sub formă de ATP.

Existența diferitelor enzime metabolizante ale glutamatului a fost raportată în diferite organisme, precum este cazul de glutamate dehidrogenaze, glutamat-amoniu liaze și glutaminaze, iar multe dintre acestea au fost implicate în boala Alzheimer.

Alimente bogate în acid glutamic

Acidul glutamic este prezent în majoritatea alimentelor consumate de om și unii autori susțin că pentru o ființă umană care cântărește 70 kg, aportul zilnic de acid glutamic derivat din dietă este de aproximativ 28 g.

Printre alimentele cele mai bogate în acest aminoacid se numără cele de origine animală, unde se evidențiază carne (bovine, porc, ovine etc.), ouă, lactate și pește. Alimentele pe bază de plante bogate în glutamat includ semințe, boabe, sparanghel și altele.

În plus față de diferitele tipuri de alimente bogate în mod natural în acest aminoacid, un derivat al acestuia, sarea monosodică a glutamatului este utilizată ca aditiv pentru a spori sau crește aroma multor preparate și alimentelor procesate industrial.

Beneficiile aportului său

Glutamatul adăugat la diferite preparate culinare ajută la „inducerea” gustului și la îmbunătățirea senzației gustului în cavitatea bucală, care aparent are o semnificație fiziologică și nutrițională importantă.

Studiile clinice au arătat că ingestia de acid glutamic are aplicații potențiale în tratamentul „tulburărilor” sau a patologiilor orale legate de gust și „hiposalivare” (producție scăzută de salivă).

De asemenea, acidul glutamic (glutamatul) este un nutrient de mare importanță pentru menținerea activității normale a celulelor din mucoasa intestinală.

Furnizarea acestui aminoacid la șobolani care au fost supuși tratamentelor chimioterapice s-a dovedit că crește caracteristicile imunologice ale intestinului, pe lângă menținerea și intensificarea activității și funcțiilor mucoasei intestinale.

În Japonia, pe de altă parte, dietele medicale bazate pe alimente bogate în acid glutamic au fost concepute pentru pacienții supuși „gastronomiei endoscopice percutanate”, adică trebuie alimentați printr-un tub stomacal conectat prin perete. abdominale.

Acest aminoacid este, de asemenea, utilizat pentru a induce pofta de mâncare la pacienții vârstnici cu gastrită cronică, care sunt în mod normal inapetenți.

În sfârșit, studiile referitoare la furnizarea orală de acid glutamic și arginină sugerează că acestea sunt implicate în reglarea pozitivă a genelor legate de adipogeneza în țesutul muscular și lipoliza în țesuturile adipose.

Tulburări de deficiență

Deoarece acidul glutamic servește ca un precursor în sinteza diferitelor tipuri de molecule precum aminoacizii și alți neurotransmițători, defectele genetice asociate cu expresia enzimelor legate de biosinteza și reciclarea acestuia pot avea consecințe asupra sănătății organismului oricărui animal.

De exemplu, enzima decarboxilază a acidului glutamic este responsabilă pentru conversia glutamatului în acid gamma aminobutiric (GABA), un neurotransmițător esențial pentru reacțiile nervoase inhibitoare.

Prin urmare, echilibrul dintre acidul glutamic și GABA este de cea mai mare importanță pentru menținerea controlului excitabilității corticale, deoarece glutamatul funcționează în principal la sinapsele nervoase excitative.

La rândul său, întrucât glutamatul este implicat într-o serie de funcții ale creierului, cum ar fi învățarea și memoria, deficiența acestuia ar putea provoca defecte la aceste clase de procese cognitive care o necesită ca neurotransmițător.

Referințe

1. Ariyoshi, M., Katane, M., Hamase, K., Miyoshi, Y., Nakane, M., Hoshino, A., … Matoba, S. (2017). D-Glutamatul este metabolizat în mitocondrii cardiace. Rapoarte științifice, 7 (august 2016), 1–9. https://doi.org/10.1038/srep43911
2. Barret, G. (1985). Chimia și biochimia aminoacizilor. New York: Chapman și Hall.
3. Danbolt, NC (2001). Adaptarea glutamatului. Progrese în Neurobiologie, 65, 1-105.
4. Fonnum, F. (1984). Glutamat: un neurotransmițător în creierul mamiferului. Journal of Neurochemistry, 18 (1), 27–33.
5. Garattini, S. (2000). Simpozionul internațional privind glutamatul. Acid glutamic, douăzeci de ani mai târziu.
6. Graham, TE, Sgro, V., Friars, D., & Gibala, MJ (2000). Ingestia de glutamat: grupurile de aminoacizi fără plasmă și mușchi ai oamenilor în repaus. American Journal of Physiology- Endocrinologie și Metabolism, 278, 83–89.
7. Hu, CJ, Jiang, QY, Zhang, T., Yin, YL, Li, FN, Su, JY, … Kong, XF (2017). Suplimentarea dietetică cu arginină și acid glutamic îmbunătățește expresia esențială a genei lipogene la porcii în creștere. Journal of Animal Science, 95 (12), 5507–5515.
8. Johnson, JL (1972). Acidul glutamic ca transmițător sinaptic în sistemul nervos. Un comentariu. Cercetarea creierului, 37, 1–19.
9. Kumar, R., Vikramachakravarthi, D., & Pal, P. (2014). Producția și purificarea acidului glutamic: o revizuire critică pentru intensificarea procesului. Inginerie chimică și prelucrare: intensificarea proceselor, 81, 59–71.
10. Mourtzakis, M., și Graham, TE (2002). Ingestia de glutamat și efectele sale în repaus și în timpul exercițiilor fizice la om. Journal of Applied Physiology, 93 (4), 1251-1259.
11. Neil, E. (2010). Procese biologice pentru producerea hidrogenului. Progrese în inginerie biochimică / biotehnologie, 123 (iulie 2015), 127–141. https://doi.org/10.1007/10
12. Okumoto, S., Funck, D., Trovato, M., & Forlani, G. (2016). Aminoacizii din familia glutamatului: Funcții dincolo de metabolismul primar. Frontiere în știința plantelor, 7, 1–3.
13. Olubodun, JO, Zulkifli, I., Farjam, AS, Hair-Bejo, M., & Kasim, A. (2015). Suplimentarea cu glutamină și acid glutamic îmbunătățește performanța puii de carne în condiții tropicale calde și umede. Italian Journal of Animal Science, 14 (1), 25–29.
14. Umbarger, H. (1978). Biosinteza aminoacizilor și reglarea acestuia. Ann. Rev. Biochem. , 47, 533-606.
15. Waelsch, H. (1951). Acidul glutamic și funcția cerebrală. Progrese în chimia proteinelor, 6, 299–341.
16. Yelamanchi, SD, Jayaram, S., Thomas, JK, Gundimeda, S., Khan, AA, Singhal, A., … Gowda, H. (2015). O hartă de cale a metabolismului glutamatului. Journal of Cell Communication and Signaling, 10 (1), 69–75.