Charakterystyka kwasu glutaminowego, funkcje, biosynteza

On Kwas glutaminowy Jest to jeden z 22 aminokwasów, które składają się na białka wszystkich żywych istot i jeden z najliczniejszych w naturze. Ponieważ ludzkie ciało ma wewnętrzne drogi biosyntezy, nie jest to uważane za niezbędne.

Wraz z kwasem asparaginowym kwas glutaminowy należy do negatywnie obciążonej grupy aminokwasów polarnych i, zgodnie z dwoma istniejącymi systemami nomenklatury (trzy lub jedna litera), jest on oznaczony jako ”Glu„Lub jako”I".

Struktura aminokwasów kwasu glutaminowego (źródło: HBF878 [CC0] przez Wikimedia Commons)

Ten aminokwas został odkryty w 1866 r. Przez niemiecki chemik Rittershause podczas badania glutenu pszenicy, stąd jego „glutamiczna” denominacja. Po jego odkryciu ustalono jego obecność w większości żywych istot, więc uważa się, że ma istotne funkcje na całe życie.

Kwas L-glutaminowy jest uważany za jeden z najważniejszych mediatorów w przenoszeniu sygnałów pobudzających w ośrodkowym układzie nerwowym zwierząt kręgowców i jest również niezbędny do normalnego funkcjonowania mózgu, a także do rozwoju poznawczego, pamięci i pamięci oraz w pamięci oraz w pamięci oraz w pamięci i pamięci oraz na uczenie się.

Niektóre z jego pochodnych mają ponadto ważne funkcje na poziomie przemysłowym, szczególnie w odniesieniu do przygotowań kulinarnych, ponieważ pomaga zwiększyć smak posiłków.

[TOC]

Charakterystyka

Pomimo tego, że nie jest niezbędnym aminokwasem dla ludzi, glutaminian (jonizowany kształt kwasu glutaminowego) ma ważne implikacje żywieniowe dla wzrostu zwierząt i zaproponowano, że ma on znacznie większą wartość odżywczą niż w przypadku innych nieistotnych aminokwasów.

Ten aminokwas jest szczególnie obfity w mózgu, szczególnie w przestrzeni wewnątrzkomórkowej (cytosol), co pozwala na istnienie gradientu między cytosolem a przestrzenią pozakomórkową, która jest ograniczona przez błonę plazmatyczną komórek nerwowych.

Ponieważ ma wiele funkcji w synapsach pobudzających i aby wykonać swoje funkcje działające na określone receptory, jego stężenie jest utrzymywane na kontrolowanych poziomach, szczególnie w środowisku pozakomórkowym, ponieważ receptory te na ogół „wyglądają” z komórek.

Miejsca o najwyższym stężeniu glutaminianu są terminalami nerwowymi, jednak ich rozkład jest uwarunkowany potrzebami energii komórek w całym ciele.

W zależności od rodzaju komórki, gdy wchodzi do niego kwas glutaminowy, można go skierować w kierunku mitochondriów, do celów energetycznych lub może być redystrybuowany w kierunku pęcherzyków synaptyczny.

Struktura

Kwas glutaminowy, podobnie jak reszta aminokwasów, jest α-aminokwasem, który ma centralny atom węgla (który jest chiralny), węgiel α, który łączy cztery inne grupy: grupa karboksylowa, grupa aminowa, grupa aminowa, a Atom wodoru i grupa zastępcza (łańcuch boczny lub grupa R).

Grupa R kwasu glutaminowego nadaje cząsteczce drugą grupę karboksylową (-COH), a jej struktura to -ch2-CH2-COOH (-ch2-CH2-COO- w jej jonizowanej postaci), więc suma atomów całkowity węgiel cząsteczki cząsteczki ma pięć.

Ten aminokwas ma względną masę 147 g/mol, a stała dysocjacji (PKA) jego grupy R wynosi 4.25. Ma punkt izoelektryczny 3.22 i średni wskaźnik obecności białka wynosi około 7%.

Ponieważ neutralne pH (około 7) kwas glutaminowy jest jonizowany i ma obciążenie ujemne, jest klasyfikowane w ujemnie obciążonej grupie aminokwasów polarnych, grupie, w której uwzględniono również kwas asparaginowy (asparaginian, w jej jonizowanej postaci).

Funkcje

Kwas glutaminowy lub jego jonizowany kształt, glutaminian, ma wiele funkcji, nie tylko z fizjologicznego punktu widzenia, ale także z przemysłowego, klinicznego i gastronomicznego punktu widzenia.

Może ci służyć: kwas alfa: funkcja, właściwości, korzyści, przeciwwskazania

Fizjologiczne funkcje kwasu glutaminowego

Jedną z najpopularniejszych fizjologicznych funkcji kwasu glutaminowego w ciele większości kręgowców jest ich udział jako neuroprzekaźnik wzbudnicy w mózgu. Ustalono, że ponad 80% synaps pobudzających komunikuje się przy użyciu glutaminianu lub dowolnego z jego pochodnych.

Wśród funkcji, które synapsy używają tego aminokwasu podczas sygnalizacji, są rozpoznawanie, uczenie się, pamięć i inne.

Glutaminian jest również związany z rozwojem układu nerwowego, inicjacji i eliminacji synaps i migracji, różnicowania i śmierci komórki. Ważne jest, aby komunikacja między narządami peryferyjnymi, takimi jak przewód pokarmowy, trzustka i kości.

Ponadto glutaminian ma funkcje zarówno w procesach białka i peptydu, jak i w syntezie kwasów tłuszczowych, w regulacji poziomów komórkowych azotu, jak i w kontroli równowagi anionowej i osmotycznej.

Służy jako prekursor różnych pośredników cyklu kwasu trikarboksylowego (cykl Krebsa), a także inne neuroprzekaźniki, takie jak GABA (kwas aminobutyryczny). Z kolei jest prekursorem syntezy innych aminokwasów, takich jak L-prolina, L-arginina i L-Alanina.

Zastosowania kliniczne

Różne podejścia farmaceutyczne opierają się głównie na receptorach kwasu glutaminowego, takich jak cele terapeutyczne w leczeniu chorób psychicznych i innych patologii związanych z pamięcią.

Glutaminian był również stosowany jako czynnik w różnych preparatach farmakologicznych zaprojektowanych do leczenia zawałów mięśnia sercowego i dyspepsji funkcjonalnej (problemy żołądka lub niestrawności).

Przemysłowe zastosowania kwasu glutaminowego

Kwas glutaminowy i jego pochodne mają różne zastosowania w różnych branżach. Na przykład monosodyczna sól glutaminianu jest stosowana w przemyśle spożywczym jako przyprawa.

Ten aminokwas jest również materiałem wyjściowym do syntezy innych chemikaliów, a poliksydy glutamiczne jest biodegradowalnym, jadalnym i nietoksycznym naturalnym polimerem anionowym dla ludzi lub dla środowiska.

W przemyśle spożywczym jest również wykorzystywany jako zagęszczacz i jako „ulga” goryczy różnych żywności.

Jest również stosowany jako krioprotektor, jako „uleczalny” klej biologiczny, jako transporter leku, do projektowania biodegradowalnych włókien i hydrożeli zdolnych do wchłaniania dużych ilości wody, między innymi, między innymi.

Biosynteza

Wszystkie aminokwasy pochodzą z pośredników glikolitycznych, z cyklu Krebsa lub trasy fosforanowej pentozowej. Glutaminian jest konkretnie.

Biosyntetyczna droga tego aminokwasu jest dość prosta, a jej kroki znajdują się w prawie wszystkich żywych organizmach.

Metabolizm glutaminianu i azotu

W metabolizmie azotu przez glutaminian i glutaminę amon jest włączany do różnych biomolekuł ciała i, poprzez reakcje transaminacji, glutaminian zapewnia grupy aminowe większości aminokwasów.

Zatem droga ta implikuje asymilacja jonów amonowych do cząsteczek glutaminianowych, które zachodzą w dwóch reakcjach.

Pierwszy krok trasy jest katalizowany przez enzym znany jako glutamina syntetazy, która jest obecna w praktycznie wszystkich organizmach i uczestniczy w zmniejszaniu glutaminianu i amonu w celu wytworzenia glutaminy.

Z drugiej strony w bakteriach i roślinach glutaminian powstaje z glutaminy przez enzymę znaną jako glutaminian syntazy.

U zwierząt wynika to z transaminacji α-zetoglutaranu, który zachodzi podczas katabolizmu aminokwasowego. Jego główną funkcją u ssaków jest przekształcenie toksycznego wolnego amonu w glutaminę, która jest transportowana krwią.

Może ci służyć: embriologia: historia, dziedzina studiów i gałęzi

W reakcji katalizowanej przez enzym syntazę glutaminianową, α-ketoglutaran przechodzi przez proces aminacji redukujący, w którym glutamina uczestniczy jako dawca grupy azotu.

Chociaż występuje w znacznie mniejszej proporcji, u zwierząt glutaminian jest również wytwarzany przez reakcję pojedynczego etapu między α-zotoglutaranu i amonu (NH4), który jest katalizowany przez enzym dehydrogenazę l-glutaminianu, praktycznie wszechobecną.

Ten enzym jest związany z matrycą mitochondrialną i reakcją, że katalizatory można zapisać mniej więcej w następujący sposób, gdzie NADPH działa w dostawie mocy zmniejszającej:

α-ketoglutaran + NH4 + NADPH → L-glutaminian + NADP ( +) + woda

Metabolizm i degradacja

Kwas glutaminowy jest wykorzystywany przez komórki ciała do obsługi różnych celów, wśród których wyróżniają się synteza białka, metabolizm energetyczny, fiksacja amonu lub neuroprzekaźnik.

Glutaminian pobrany z pożywki pozakomórkowej w niektórych typach komórek nerwowych można „poddać recyklingowi”, gdy jest zamieniony w glutaminę, która jest uwalniana do płynów pozakomórkowych i przyjmowana przez neurony, które mają zostać ponownie przekształcone w glutaminian, który jest znany jako cykl Glutamina-glutaminian.

Po spożyciu pokarmem dietetycznym wchłanianie jelit kwasu glutaminowego zwykle kończy się jego transformacją w inne aminokwasy, takie jak alanina, proces za pośrednictwem komórek błony śluzowej jelit, który również wykorzystuje go jako źródło energii.

Z drugiej strony wątroba jest odpowiedzialna za stawanie się glukozy i mleczanu, których energia chemiczna jest głównie w kształcie ATP.

Zgłoszono istnienie różnych enzymów metabolizujących glutaminianu w różnych organizmach, w ten sposób w przypadku dehydrogennego glutaminianu, glutaminian-amonium i glutaminaz i wiele z nich było zaangażowanych z chorobą Alzheimera.

Pokarmy bogate w kwas glutaminowy

Kwas glutaminowy jest obecny w większości żywności spożywanej przez człowieka, a niektórzy autorzy twierdzą, że w przypadku istoty ludzkiej 70 kg codzienne spożycie kwasu glutaminowego pochodzącego z diety wynosi około 28 g.

Wśród najbogatszych pokarmów w tym aminokwasie są pochodzenie zwierząt, w którym mięso (bydlęcy, świnia, owce itp.), Jajka, nabiał i ryby. Pokarmy pochodzenia roślinnego bogate w glutaminian to nasiona, ziarna, szparagi i inne.

Oprócz różnych rodzajów żywności naturalnie bogatych w ten aminokwas, jego pochodna, monosodyczna sól glutaminian.

Korzyści z Twojego spożycia

Glutaminian dodany do różnych preparatów kulinarnych pomaga „indukować” smak i poprawić poczucie smaku w jamie ustnej, co najwyraźniej ma ważne znaczenia fizjologiczne i odżywcze.

Badania kliniczne wykazały, że spożycie kwasu glutaminowego ma potencjalne zastosowanie w leczeniu „zaburzeń” lub patologii doustnych związanych z smakiem i „hiposaliwacją” (produkcja o niskiej ślinie)).

Podobnie, kwas glutaminowy (glutaminian) jest składnikiem odżywczym dla utrzymania normalnej aktywności komórkowej w błonie śluzowej jelitowej.

Wykazano, że podaż tego aminokwasu do szczurów, które przeszły leczenie chemioterapeutyczne, zwiększa cechy immunologiczne jelit, oprócz utrzymywania i zwiększania aktywności i funkcji błony śluzowej jelit.

Z drugiej strony w Japonii diety medyczne zostały zaprojektowane na podstawie żywności bogatej w kwas glutaminowy u pacjentów poddawanych brzuchowi.

Może ci służyć: troponina: charakterystyka, struktura, funkcje i testy

Ten aminokwas jest również stosowany do indukowania apetytu u pacjentów z starszymi z przewlekłym zapaleniem błony śluzowej żołądka, którzy zwykle są nieodpowiednie.

Wreszcie, badania związane z doustnym dopływem kwasu glutaminowego i argininy sugerują, że są one zaangażowane w pozytywną regulację genów związanych z adipogenezą w tkance mięśniowej i z lipolizą w tkankach tłuszczowych.

Zaburzenia niedoboru

Ponieważ kwas glutaminowy służy jako prekursor w syntezie różnych rodzajów cząsteczek, takich jak aminokwasy i inne neuroprzekaźniki, wady genetyczne związane z ekspresją enzymów związanych z ich biosyntezy i recyklingem mogą mieć konsekwencje dla zdrowia każdego zwierzęcego ciała zwierzęcego zwierząt.

Na przykład enzym kwasu glutaminowego dyskarboksylazy jest odpowiedzialny za konwersję glutaminianu do aminobutyrycznego kwasu gamma (GABA) niezbędny neuroprzekaźnik do hamujących reakcji nerwów.

Dlatego równowaga między kwasem glutaminowym a GABA ma ogromne znaczenie dla utrzymania kontroli pobudliwości korowej, ponieważ glutaminian działa głównie w synapsach nerwów pobudzających.

Z kolei, ponieważ glutaminian bierze udział w szeregu funkcji mózgu, takich jak uczenie się i pamięć, jego niedobór może powodować wady w tych klasach procesów poznawczych, które wymagają tego jako neuroprzekaźnika.

Bibliografia

1. Ariyoshi, m., Katane, m., Hamese, k., Miyoshi i., Nakane, m., Hoshino, a.,… Matoba, S. (2017). D -glutaminian jest metabolizowany w mitochondriach serca. Raporty naukowe, 7(Sierpień 2016), 1-9. https: // doi.Org/10.1038/srep43911
2. Barret, g. (1985). Chemia i biochemia aminokwasów. Nowy Jork: Chapman and Hall.
3. Danbolt, n. C. (2001). Wysyłanie glutaminianu. Postęp w neurobiologii, 65, 1-105.
4. Fonnum, f. (1984). Glutaminian: neuroprzekaźnik w mózgu ssaków. Journal of Neurochemistry, 18(1), 27-33.
5. Gratini, s. (2000). Międzynarodowe sympozjum na temat glutaminianu. Kwas glutaminowy, dwadzieścia lat później.
6. Graham, t. I., SGRO, v., Bracia, zm., & Gibala, m. J. (2000). Spożycie glutaminianowe: baseny aminokwasowe w osoczu i mięśniowych ludzi spoczynkowych ludzi. American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolizm, 278, 83-89.
7. Hu, c. J., Jiang, q. I., Zhang, t., Yin i. L., Li, f. N., Twój, j. I.,... Kong, x. F. (2017). Suplementacja diety argininą i kwasem glutaminowym zwiększa kluczową ekspresję genów lipogenicznych u rosnących świń. Journal of Animal Science, 95(12), 5507-5515.
8. Johnson, J. L. (1972). Kwas glutaminowy jako nadajnik synaptyczny w układzie nerwowym. Recenzja. Badania mózgu, 37, 1-19.
9. Kumar, r., Vikramachakravarthi, zm., & Pal, p. (2014). Produkcja i oczyszczanie kwasu glutaminowego: krytyczny przegląd w kierunku intensywności procesu. Inżynieria chemiczna i przetwarzanie: intensyfikacja procesu, 81, 59-71.
10. Mourtzakis, m., & Graham, t. I. (2002). Spożycie glutaminianu i jego skutki w spoczynku i podczas ćwiczeń u ludzi. Journal of Applied Physiology, 93(4), 1251-1259.
11. Neil, e. (2010). Procesy biologiczne do produkcji wodoru. Postępy w inżynierii biochemicznej/biotechnologii, 123(Lipiec 2015), 127-141. https: // doi.Org/10.1007/10
12. Okumoto, s., Funck, d., Trovato, m., & Forlani, g. (2016). Amininokwasy z rodziny glutaminianu: funkcje poza pierwotnym metabolizmem. Granice w nauce roślinnej, 7, 1-3.
13. OLUBODUN, J. ALBO., Zulkifli, i., Farjam, a. S., Hair-Bajo, m., & Kasim, a. (2015). Suplementacja kwasu jeszoi i kwasu glutaminowego zwiększa wydajność kurczaków brojlerów w stanie gorącym i wilgotnym tropikalnym. Italian Journal of Animal Science, 14(1), 25-29.
14. Umbarger, h. (1978). Biosynteza aminokwasów i jej regulacja. Ann. Obrót silnika. Biochem., 47, 533-606.
15. Waelsch, h. (1951). Kwas glutaminowy i funkcja mózgu. Postęp w chemii białek, 6, 299-341.
16. Yelamanchi, s. D., Jayaram, s., Thomas, J. K., Gundimeda, s., Khan, a. DO., Singhal, a.,... Gowda, H. (2015). Mapa ścieżki metabolizmu glutaminianowego. Journal of Cell Communication and Signaving, 10(1), 69-75.