GLUTAMIC ACID: MGA KATANGIAN, PAG-ANDAR, BIOSYNTHESIS - BIOLOGY - 2025

Ang glutamic acid ay isa sa 22 amino acid na bumubuo ng mga protina sa lahat ng mga nabubuhay na bagay at isa sa pinaka-sagana sa kalikasan. Yamang ang katawan ng tao ay may mga intrinsikong landas para sa biosynthesis nito, hindi ito itinuturing na mahalaga.

Kasama ng aspartic acid, ang glutamic acid ay kabilang sa pangkat ng mga negatibong sisingilin na polar amino acid at, ayon sa dalawang umiiral na mga sistema ng nomenclature (ng tatlo o isang letra), ito ay sinasabing " Glu " o bilang " E ".

Istraktura ng amino acid Glutamic Acid (Pinagmulan: Hbf878 sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang amino acid na ito ay natuklasan noong 1866 ng chemist ng Aleman na Rittershausen habang pinag-aaralan niya ang hydrolyzed na gluten ng trigo, samakatuwid ang pangalan nito ay "glutamic". Matapos itong matuklasan, ang pagkakaroon nito ay natutukoy sa isang malaking bahagi ng mga buhay na nilalang, kaya naisip na mayroon itong mahahalagang pag-andar para sa buhay.

Ang L-glutamic acid ay itinuturing na isa sa pinakamahalagang tagapamagitan sa paghahatid ng mga excitatory signal sa gitnang sistema ng nerbiyos ng mga hayop ng vertebrate at kinakailangan din para sa normal na pag-andar ng utak, pati na rin para sa pag-unlad ng nagbibigay-malay, memorya at Ang pag-aaral.

Ang ilan sa mga derivatives nito ay mayroon ding mahahalagang pag-andar sa isang pang-industriya na antas, lalo na tungkol sa mga paghahanda sa culinary, dahil makakatulong ito upang mapahusay ang lasa ng pagkain.

katangian

Sa kabila ng hindi pagiging isang mahalagang amino acid para sa mga tao, ang glutamate (ang ionized form ng glutamic acid) ay may mahalagang implikasyon sa nutrisyon para sa paglaki ng hayop at iminungkahing magkaroon ng mas mataas na halaga ng nutritional kaysa sa iba pang mga hindi kinakailangang amino acid.

Ang amino acid na ito ay lalo na sagana sa utak, lalo na sa intracellular space (cytosol), na nagpapahintulot sa pagkakaroon ng isang gradient sa pagitan ng cytosol at extracellular space, na kung saan ay pinapawi ng plasma lamad ng mga selula ng nerbiyos.

Dahil maraming mga pag-andar ito sa mga excitatory synapses at inilalabas nito ang mga pag-andar nito sa pamamagitan ng pag-arte sa mga tiyak na receptor, ang konsentrasyon ay pinapanatili sa mga kontrol na antas, lalo na sa kalangitan ng extracellular, dahil ang mga receptor na ito ay "tumingin" sa labas ng mga cell.

Ang mga site ng pinakamataas na konsentrasyon ng glutamo ay ang mga nerve terminals, gayunpaman, ang pamamahagi nito ay kinondisyon ng mga pangangailangan ng enerhiya ng mga cell sa buong katawan.

Nakasalalay sa uri ng cell, kapag ang glutamic acid ay pumapasok sa cell maaari itong idirekta patungo sa mitochondria, para sa mga layunin ng enerhiya, o maaari itong ibigay muli sa mga synaptic vesicle at ang parehong mga proseso ay gumagamit ng mga tiyak na intracellular transport system.

Istraktura

Ang glutamic acid, tulad ng natitirang mga amino acid, ay isang amino-amino acid na mayroong gitnang carbon atom (na chiral), ang α carbon, kung saan apat na iba pang mga grupo ang nakalakip: isang carboxyl group, isang amino group, a hydrogen atom at isang substituent na grupo (side chain o R group).

Ang pangkat ng R ng glutamic acid ay nagbibigay sa molekula ng pangalawang grupo ng carboxyl (-COOH) at ang istraktura nito ay -CH2-CH2-COOH (-CH2-CH2-COO- sa mga ionized form nito), kaya ang kabuuan ng mga atoms limang carbon ng molekula ay limang.

Ang amino acid na ito ay may isang kamag-anak na masa na 147 g / mol at ang dissociation constant (pKa) ng grupong R nito ay 4.25. Mayroon itong isang isoelectric point na 3.22 at ang average na index ng pagkakaroon ng protina ay nasa paligid ng 7%.

Dahil sa isang neutral na pH (sa paligid ng 7), ang glutamic acid ay ionized at may negatibong singil, ito ay naiuri sa loob ng grupo ng mga negatibong sisingilin na polar amino acid, isang pangkat na kung saan ang aspartic acid (aspartate, sa ionized form nito ay kasama rin ).

Mga Tampok

Ang glutamic acid o ang ionized form na ito, glutamate, ay may maraming mga function, hindi lamang mula sa isang physiological point of view, kundi pati na rin mula sa isang pang-industriya, klinikal at gastronomic point of view.

Mga pag-andar ng phologicalological ng glutamic acid

Ang isa sa mga pinakatanyag na pagpapaandar ng physiological ng glutamic acid sa katawan ng karamihan sa mga vertebrates ay ang papel nito bilang isang excitatory neurotransmitter sa utak. Napagpasyahan na higit sa 80% ng excitatory synapses makipag-usap gamit ang glutamate o isa sa mga derivatives nito.

Kabilang sa mga function ng mga synapses na gumagamit ng amino acid na ito sa panahon ng pagbibigay ng senyas ay ang pagkilala, pag-aaral, memorya, at iba pa.

Ang Glutamate ay nauugnay din sa pag-unlad ng sistema ng nerbiyos, sa pagsisimula at pag-aalis ng mga synapses, at sa paglilipat ng cell, pagkakaiba-iba, at kamatayan. Mahalaga para sa komunikasyon sa pagitan ng mga peripheral organ tulad ng alimentary tract, pancreas, at mga buto.

Bilang karagdagan, ang glutamate ay may mga function pareho sa mga proseso ng protina at peptide synthesis, pati na rin sa synthesis ng mga fatty acid, sa regulasyon ng mga antas ng cellular nitrogen at sa kontrol ng balanse ng anionic at osmotic.

Ito ay nagsisilbing isang paunang-una para sa iba't ibang mga tagapamagitan ng tricarboxylic acid cycle (Krebs cycle) at din para sa iba pang mga neurotransmitters tulad ng GABA (gamma aminobutyric acid). Kaugnay nito, ito ay isang prekursor sa synthesis ng iba pang mga amino acid tulad ng L-proline, L-arginine at L-alanine.

Mga klinikal na aplikasyon

Ang iba't ibang mga diskarte sa parmasyutiko ay higit sa lahat ay nakasalalay sa glutamic acid receptor bilang therapeutic target para sa paggamot ng mga sakit sa saykayatriko at iba pang mga pathologies na may kaugnayan sa memorya.

Ang Glutamate ay ginamit din bilang isang aktibong ahente sa iba't ibang mga formasyong parmasyutiko na idinisenyo upang gamutin ang mga myocardial infarctions at functional dyspepsia (mga problema sa o ukol sa sikmura).

Pang-industriya na aplikasyon ng glutamic acid

Ang glutamic acid at mga derivatives nito ay may magkakaibang mga aplikasyon sa iba't ibang mga industriya. Halimbawa, ang monosodium salt ng glutamate ay ginagamit sa industriya ng pagkain bilang isang condiment.

Ang amino acid na ito ay din ang nagsisimula na materyal para sa synthesis ng iba pang mga kemikal at glutamic polyacid ay isang likas na anionic polimer na maaaring mabuhay, nakakain at hindi nakakalason sa mga tao o sa kapaligiran.

Sa industriya ng pagkain ay ginagamit din ito bilang isang pampalapot at bilang isang "reliever" ahente ng kapaitan ng iba't ibang mga pagkain.

Ginagamit din ito bilang isang cryoprotectant, bilang isang "curable" biological adhesive, bilang isang carrier ng gamot, para sa disenyo ng mga biodegradable fibers at hydrogels na may kakayahang sumipsip ng maraming tubig, bukod sa iba pa.

Biosynthesis

Ang lahat ng mga amino acid ay nagmula sa mga glycolytic mediator, ang Krebs cycle, o ang pentose phosphate pathway. Ang glutamate, partikular, ay nakuha mula sa glutamine, α-ketoglutarate at 5-oxoproline, lahat ay nagmula sa ikot ng Krebs.

Ang biosynthetic pathway para sa amino acid ay medyo simple at ang mga hakbang nito ay matatagpuan sa halos lahat ng mga buhay na organismo.

Glutamate at Nitrogen Metabolism

Sa metabolismo ng nitrogen, sa pamamagitan ng glutamate at glutamine na ang ammonium ay isinama sa iba't ibang mga biomolecules ng katawan at, sa pamamagitan ng mga reaksyon ng transaminasyon, ang glutamate ay nagbibigay ng mga amino na grupo ng karamihan sa mga amino acid.

Sa gayon, ang ruta na ito ay nagsasangkot ng assimilation ng mga ammonons na i-glutamo na molekula, na nagaganap sa dalawang reaksyon.

Ang unang hakbang sa daanan ay naparalisa ng isang enzyme na kilala bilang glutamine synthetase, na naroroon sa halos lahat ng mga organismo at kasangkot sa pagbawas ng glutamate at ammonia upang makagawa ng glutamine.

Sa mga bakterya at halaman, sa halip, ang glutamate ay ginawa mula sa glutamine ng enzyme na kilala bilang glutamate synthase.

Sa mga hayop, ito ay ginawa mula sa transaminasyon ng α-ketoglutarate, na nagaganap sa panahon ng catabolism ng mga amino acid. Ang pangunahing tungkulin nito sa mga mammal ay ang pag-convert ng nakakalason na libreng ammonia sa glutamine, na dinadala ng dugo.

Sa reaksyon na nabalisa ng synthase ng enzyme glutamate, ang α-ketoglutarate ay dumadaan sa isang proseso ng reductive amination, kung saan nakikilahok ang glutamine bilang isang donor ng grupong nitrogen.

Bagaman nangyayari ito sa isang mas maliit na proporsyon, ang glutamate ay ginawa din sa mga hayop sa pamamagitan ng isang hakbang na reaksyon sa pagitan ng α-ketoglutarate at ammonium (NH4), na kung saan ay napaparalisa ng enzyme L-glutamate dehydrogenase, na nasa lahat ng halos lahat buhay na mga organismo.

Ang sinabi ng enzyme ay nakikipag-ugnay sa mitochondrial matrix at ang reaksyon na ito ay catalyzes ay maaaring maisulat nang halos mga sumusunod, kung saan gumagana ang NADPH sa pagbibigay ng pagbabawas ng kapangyarihan:

α-ketoglutarate + NH4 + NADPH → L-glutamate + NADP (+) + tubig

Metabolismo at marawal na kalagayan

Ang glutamic acid ay ginagamit ng mga cell ng katawan upang maghatid ng iba't ibang mga layunin, bukod sa kung saan ay protina synthesis, enerhiya metabolism, ammonium fixation, o neurotransmission.

Ang glutamate na kinuha mula sa extracellular medium sa ilang mga uri ng mga selula ng nerbiyos ay maaaring "recycled" sa pamamagitan ng pag-convert sa glutamine, na pinakawalan sa extracellular fluid at kinuha ng mga neuron na ibabalik pabalik sa glutamate, na kilala bilang glutamine cycle. -glutamate .

Sa sandaling naiinis na may pagkain sa diyeta, ang pagsipsip ng bituka ng glutamic acid sa pangkalahatan ay nagtatapos sa pagbabago nito sa iba pang mga amino acid tulad ng alanine, isang proseso na pinapamagitan ng mga selula ng mucosa ng bituka, na ginagamit din ito bilang isang mapagkukunan ng enerhiya.

Ang atay, sa kabilang banda, ay responsable para sa pag-convert nito sa glucose at lactate, mula sa kung saan ang enerhiya ng kemikal ay nakuha sa pangunahin sa anyo ng ATP.

Ang pagkakaroon ng iba't ibang mga glutamate metabolizing enzymes ay naiulat sa iba't ibang mga organismo, tulad ng kaso ng glutamate dehydrogenases, glutamate-ammonium lyases, at glutaminases, at marami sa mga ito ay naiintindihan sa sakit na Alzheimer.

Glutamic Acid Rich Foods

Ang glutamic acid ay naroroon sa karamihan ng mga pagkain na natupok ng tao at inaangkin ng ilang mga may-akda na para sa isang tao na may timbang na 70 kg, ang pang-araw-araw na paggamit ng glutamic acid na nagmula sa diyeta ay nasa paligid ng 28 g.

Kabilang sa mga pagkaing pinakamayaman sa amino acid ay ang mga pinagmulan ng hayop, kung saan ang karne (bovine, baboy, ovine, atbp.), Mga itlog, pagawaan ng gatas at isda. Ang mga pagkaing nakabase sa halaman na mayaman sa glutamo ay may kasamang mga buto, butil, asparagus, at iba pa.

Bilang karagdagan sa iba't ibang uri ng mga pagkain na likas na mayaman sa amino acid na ito, isang derivative nito, ang monosodium salt ng glutamate ay ginagamit bilang isang additive upang mapahusay o madagdagan ang lasa ng maraming pinggan at mga pagkaing naproseso sa industriya.

Mga pakinabang ng paggamit nito

Ang idinagdag na glutamate sa iba't ibang mga paghahanda sa pagluluto ay nakakatulong upang "mag-udyok" ng lasa at mapabuti ang pang-amoy ng panlasa sa lukab ng bibig, na tila may mahalagang kahalagahan sa physiological at nutritional.

Ang mga klinikal na pagsubok ay ipinakita na ang ingestion ng glutamic acid ay may mga potensyal na aplikasyon sa paggamot ng "karamdaman" o oral pathologies na may kaugnayan sa panlasa at "hyposalivation" (mababang produksiyon ng laway).

Gayundin, ang glutamic acid (glutamate) ay isang nutrient na may kahalagahan para sa pagpapanatili ng normal na aktibidad ng mga cell sa mucosa ng bituka.

Ang supply ng amino acid na ito sa mga daga na sumailalim sa mga chemotherapeutic na paggamot ay ipinakita upang madagdagan ang mga immunological na katangian ng bituka, bilang karagdagan sa pagpapanatili at pagpapahusay ng aktibidad at pag-andar ng bituka mucosa.

Sa bansang Hapon, sa kabilang banda, ang mga medikal na diyeta batay sa mga pagkaing mayaman sa glutamic acid ay idinisenyo para sa mga pasyente na sumasailalim sa "percutaneous endoscopic gastronomy", iyon ay, dapat silang pakainin sa pamamagitan ng isang tubo ng tiyan na konektado sa pamamagitan ng dingding tiyan.

Ginagamit din ang amino acid na ito upang maipukaw ang gana sa mga matatandang pasyente na may talamak na gastritis na normal na walang sakit.

Panghuli, ang mga pag-aaral na may kaugnayan sa oral supply ng glutamic acid at arginine ay nagmumungkahi na ang mga ito ay kasangkot sa positibong regulasyon ng mga gen na nauugnay sa adipogenesis sa kalamnan tissue at lipolysis sa mga adipose tisyu.

Mga karamdaman sa kakulangan

Dahil ang glutamic acid ay nagsisilbing isang paunang-una sa synthesis ng iba't ibang uri ng mga molekula tulad ng mga amino acid at iba pang mga neurotransmitters, ang mga genetic defect na nauugnay sa pagpapahayag ng mga enzymes na may kaugnayan sa biosynthesis at recycling ay maaaring magkaroon ng mga kahihinatnan para sa kalusugan ng katawan ng anumang hayop.

Halimbawa, ang enzyme glutamic acid decarboxylase ay may pananagutan sa pag-convert ng glutamate sa gamma aminobutyric acid (GABA), isang neurotransmitter na mahalaga para sa mga reaksyon ng pagbawas sa nerve.

Samakatuwid, ang balanse sa pagitan ng glutamic acid at GABA ay pinakamahalaga para sa pagpapanatili ng kontrol ng cortical excitability, dahil ang pag-andar ng glutamate higit sa lahat sa mga excitatory nerve synapses.

Kaugnay nito, dahil ang glutamate ay kasangkot sa isang serye ng mga pag-andar ng utak tulad ng pag-aaral at memorya, ang kakulangan nito ay maaaring maging sanhi ng mga depekto sa mga klase na ito ng mga proseso ng cognitive na nangangailangan nito bilang isang neurotransmitter.

Mga Sanggunian

1. Ariyoshi, M., Katane, M., Hamase, K., Miyoshi, Y., Nakane, M., Hoshino, A., … Matoba, S. (2017). Ang D-Glutamate ay isinalin sa mitochondria ng puso. Mga Ulat sa Agham, 7 (Agosto 2016), 1–9. https://doi.org/10.1038/srep43911
2. Barret, G. (1985). Chemistry at Biochemistry ng Amino Acids. New York: Chapman at Hall.
3. Danbolt, NC (2001). Pag-upo ng glutamate. Pag-unlad sa Neurobiology, 65, 1–105.
4. Fonnum, F. (1984). Glutamate: isang neurotransmitter sa utak ng mammalian. Journal of Neurochemistry, 18 (1), 27–33.
5. Garattini, S. (2000). International Symposium sa Glutamate. Glutamic Acid, Dalawampung Taon Mamaya.
6. Graham, TE, Sgro, V., Friars, D., & Gibala, MJ (2000). Glutamate ingestion: Ang plasma at kalamnan libreng amino acid pool ng resting tao. American Journal of Physiology- Endocrinology at Metabolismo, 278, 83–89.
7. Hu, CJ, Jiang, QY, Zhang, T., Yin, YL, Li, FN, Su, JY,… Kong, XF (2017). Ang pandagdag sa diyeta na may arginine at glutamic acid ay nagpapabuti sa pangunahing expression ng lipogenic na gene sa lumalaking mga baboy. Journal of Animal Science, 95 (12), 5507-5515.
8. Johnson, JL (1972). Glutamic Acid bilang isang Synaptic Transmitter sa Nervous System. Isang pagsusuri. Pananaliksik ng Brain, 37, 1–19.
9. Kumar, R., Vikramachakravarthi, D., & Pal, P. (2014). Produksyon at paglilinis ng glutamic acid: Isang kritikal na pagsusuri tungo sa pagpapaigting ng proseso. Teknikal at Pagproseso ng Chemical: Pagproseso ng Proseso, 81, 59–71.
10. Mourtzakis, M., & Graham, TE (2002). Ang glutamate ingestion at ang mga epekto nito sa pamamahinga at sa panahon ng ehersisyo sa mga tao. Journal of Applied Physiology, 93 (4), 1251-1259.
11. Neil, E. (2010). Mga Proseso ng Biolohikal para sa Produksyon ng Hydrogen. Mga Pagsulong sa Biochemical Engineering / Biotechnology, 123 (Hulyo 2015), 127–141. https://doi.org/10.1007/10
12. Okumoto, S., Funck, D., Trovato, M., & Forlani, G. (2016). Mga Amino acid ng pamilya ng glutamo: Mga function na lampas sa pangunahing metabolismo. Mga Frontier sa Science Science, 7, 1–3.
13. Olubodun, JO, Zulkifli, I., Farjam, AS, Buhok-Bejo, M., & Kasim, A. (2015). Ang glutamine at glutamic acid supplementation ay nagpapabuti sa pagganap ng mga broiler manok sa ilalim ng mainit at mahalumigmig na kondisyon ng tropiko. Italian Journal of Animal Science, 14 (1), 25–29.
14. Umbarger, H. (1978). Amino Acid Biosynthesis at ang Regulasyon nito. Si Ann. Rev. Biochem. , 47, 533-606.
15. Waelsch, H. (1951). Glutamic Acid at Cerebral Function. Mga Pagsulong sa Protein Chemistry, 6, 299–341.
16. Yelamanchi, SD, Jayaram, S., Thomas, JK, Gundimeda, S., Khan, AA, Singhal, A.,… Gowda, H. (2015). Isang mapa ng landas ng metabolismo ng glutamate. Journal of Cell Communication and Signaling, 10 (1), 69-75.