GLUTAMIINIHAPPO: OMINAISUUDET, TOIMINNOT, BIOSYNTEESI - BIOLOGIA - 2025

Glutamiinihappo on yksi 22 aminohappoja, jotka muodostavat proteiineja kaikissa elollisen ja yksi runsaasti luonnossa. Koska ihmiskeholla on luontaisia ​​polkuja biosynteesilleen, sitä ei pidetä välttämättömänä.

Yhdessä asparagiinihapon kanssa glutamiinihappo kuuluu negatiivisesti varautuneiden polaaristen aminohappojen ryhmään, ja kahden nykyisen nimikkeistöjärjestelmän mukaan (kolme tai yksi kirjain) sitä kutsutaan nimellä " Glu " tai " E ".

Glutamiinihapon aminohapon rakenne (Lähde: Hbf878 Wikimedia Commonsin kautta)

Saksalainen kemisti Rittershausen löysi tämän aminohapon vuonna 1866 tutkiessaan hydrolysoitua vehnän gluteenia, josta sen nimi on "glutamiini". Löytönsä jälkeen sen läsnäolo on määritetty suuressa osassa eläviä olentoja, joten sen uskotaan olevan elintärkeitä toimintoja.

L-glutamiinihappoa pidetään yhtenä tärkeimmistä välittäjistä herättävien signaalien välittämisessä selkärankaisten eläinten keskushermostoon, ja sitä tarvitaan myös normaaliin aivojen toimintaan sekä kognitiiviseen kehitykseen, muistiin ja Oppiminen.

Joillakin sen johdannaisista on myös tärkeitä toimintoja teollisella tasolla, etenkin kulinaaristen valmisteiden suhteen, koska ne auttavat parantamaan ruuan makua.

ominaisuudet

Vaikka glutamaatilla (glutamiinihapon ionisoidulla muodolla) ei ole välttämätöntä aminohappoa, sillä on tärkeitä ravitsemuksellisia vaikutuksia eläinten kasvuun, ja sillä on ehdotettu olevan paljon korkeampi ravintoarvo kuin muilla välttämättömillä aminohapoilla.

Tämä aminohappo on erityisen runsas aivoissa, erityisesti solunsisäisessä tilassa (sytosoli), mikä sallii gradientin olemassaolon sytosolin ja solunulkoisen tilan välillä, jonka hermosolujen plasmamembraani rajoittaa.

Koska sillä on monia toimintoja herättävissä synapsissa ja että se suorittaa toimintonsa toimimalla tiettyihin reseptoreihin, sen pitoisuus pidetään kontrolloidulla tasolla, etenkin solunulkoisessa ympäristössä, koska nämä reseptorit "näyttävät" yleensä soluista.

Suurimman glutamaatin pitoisuuden kohdat ovat hermopäätteet, mutta sen jakautumisen estävät solujen energian tarpeet koko kehossa.

Solutyypistä riippuen, kun glutamiinihappo saapuu soluun, se voidaan suunnata mitokondrioihin, energiatarkoituksiin, tai se voidaan jakaa uudelleen synaptisiin rakkuloihin, ja molemmat prosessit käyttävät erityisiä solunsisäisiä kuljetusjärjestelmiä.

Rakenne

Glutamiinihappo, kuten muutkin aminohapot, on α-aminohappo, jolla on keskeinen hiiliatomi (joka on kiraalinen), α-hiili, johon on kiinnittynyt neljä muuta ryhmää: karboksyyliryhmä, aminoryhmä, a vetyatomi ja substituenttiryhmä (sivuketju tai R-ryhmä).

Glutamiinihapon R-ryhmä antaa molekyylille toisen karboksyyliryhmän (-COOH) ja sen rakenne on -CH2-CH2-COOH (-CH2-CH2-COO- ionisoidussa muodossaan), joten atomien summa molekyylin kokonaishiili on viisi.

Tämän aminohapon suhteellinen massa on 147 g / mol ja sen R-ryhmän dissosiaatiovakio (pKa) on 4,25. Sen isoelektrinen piste on 3,22 ja keskimääräinen proteiinin esiintymisindeksi on noin 7%.

Koska neutraalissa pH: ssa (noin 7) glutamiinihappo on ionisoitunut ja sillä on negatiivinen varaus, se luokitellaan negatiivisesti varautuneiden polaaristen aminohappojen ryhmään, ryhmään, johon myös asparagiinihappo (aspartaatti, sen ionisoidussa muodossa) sisältyy).

ominaisuudet

Glutamiinihapolla tai sen ionisoidulla muodolla, glutamaatilla, on useita toimintoja, ei vain fysiologisesta, vaan myös teollisesta, kliinisestä ja gastronomisesta näkökulmasta.

Glutamiinihapon fysiologiset toiminnot

Yksi glutamiinihapon suosituimmista fysiologisista toiminnoista useimpien selkärankaisten kehossa on sen rooli hermostollisena välittäjäaineena aivoissa. On määritetty, että yli 80% herättävistä synapsista kommunikoi glutamaatin tai jonkin sen johdannaisen avulla.

Sinapsien toimintoihin, jotka käyttävät tätä aminohappoa signaloinnin aikana, ovat tunnistus, oppiminen, muisti ja muut.

Glutamaatti liittyy myös hermoston kehitykseen, synapsien aloittamiseen ja eliminointiin sekä solujen migraatioon, erilaistumiseen ja kuolemaan. Se on tärkeä kommunikaatio perifeeristen elinten, kuten ruuansulatuksen, haiman ja luiden välillä.

Lisäksi glutamaatilla on tehtäviä sekä proteiini- ja peptidisynteesiprosesseissa, samoin kuin rasvahappojen synteesissä, solun typpitasojen säätelyssä ja anionisen ja osmoottisen tasapainon kontrolloimisessa.

Se toimii edeltäjänä trikarboksyylihapposyklin (Krebs-sykli) eri välituotteille ja myös muille välittäjäaineille, kuten GABA (gamma-aminovoihappo). Se puolestaan ​​on edeltäjä muiden aminohappojen, kuten L-proliinin, L-arginiinin ja L-alaniinin synteesissä.

Kliiniset sovellukset

Erilaiset farmaseuttiset lähestymistavat tukeutuvat pääasiassa glutamiinihapporeseptoreihin terapeuttisina kohteina psykiatristen sairauksien ja muiden muistiin liittyvien patologioiden hoidossa.

Glutamaattia on käytetty myös aktiivisena aineena erilaisissa farmakologisissa formulaatioissa, jotka on suunniteltu sydäninfarktien ja funktionaalisen dyspepsian (mahalaukun ongelmat tai ruoansulatushäiriöt) hoitoon.

Glutamiinihapon teolliset sovellukset

Glutamiinihapolla ja sen johdannaisilla on monenlaisia ​​sovelluksia eri toimialoilla. Esimerkiksi glutamaatin mononatriumsuolaa käytetään elintarviketeollisuudessa mausteena.

Tämä aminohappo on myös lähtöaine muiden kemikaalien synteesille, ja glutamiinihappo on luonnollinen anioninen polymeeri, joka on biohajoava, syötävä ja myrkytön ihmisille tai ympäristölle.

Elintarviketeollisuudessa sitä käytetään myös sakeutusaineena ja "helpottavana aineena" erilaisten ruokien katkeruudesta.

Sitä käytetään myös kylmäsuoja-aineena, "kovettuvana" biologisena liima-aineena, lääkkeen kantaja-aineena biohajoavien kuitujen ja hydrogeelien suunnitteluun, jotka kykenevät absorboimaan mm. Suuria määriä vettä.

biosynteesissä

Kaikki aminohapot on johdettu glykolyyttisistä välituotteista, Krebs-syklisestä tai pentoosifosfaattipolusta. Erityisesti glutamaatti saadaan glutamiinista, a-ketoglutaraatista ja 5-oksoproliinista, jotka kaikki on johdettu Krebs-syklistä.

Biosynteettinen reitti tälle aminohapolle on melko yksinkertainen ja sen vaiheet löytyvät melkein kaikista elävistä organismeista.

Glutamaatti ja typen aineenvaihdunta

Typen aineenvaihdunnassa ammoniakki sisällytetään glutamaatin ja glutamiinin välityksellä kehon erilaisiin biomolekyyleihin ja transaminaatioreaktioiden kautta glutamaatti tarjoaa useimpien aminohappojen aminoryhmät.

Siksi tämä reitti käsittää ammoniumionien assimilaation glutamaattimolekyyleiksi, mikä tapahtuu kahdessa reaktiossa.

Polun ensimmäistä vaihetta katalysoi entsyymi, joka tunnetaan nimellä glutamiinisyntetaasi, jota on läsnä käytännöllisesti katsoen kaikissa organismeissa ja joka osallistuu glutamaatin ja ammoniakin pelkistykseen glutamiinin tuottamiseksi.

Sen sijaan bakteereissa ja kasveissa glutamaatti tuottaa glutamiinia glutamaattisyntaasina tunnetun entsyymin avulla.

Eläimissä tämä tuotetaan a-ketoglutaraatin transaminoinnista, joka tapahtuu aminohappojen katabolismin aikana. Sen päätehtävä nisäkkäillä on muuntaa myrkyllinen vapaa ammoniakki glutamiiniksi, jota verensiirto tapahtuu veressä.

Glutamaattisyntaasi-entsyymin katalysoimassa reaktiossa a-ketoglutaraatti käy läpi pelkistävän aminointiprosessin, jossa glutamiini osallistuu typpiryhmän luovuttajana.

Vaikka glutamaattia esiintyy paljon vähemmän, eläimissä glutamaattia tuotetaan myös yksivaiheisella α-ketoglutaraatin ja ammoniumin (NH4) välisellä reaktiolla, jota katalysoi entsyymi L-glutamaattidehydrogenaasi, joka on kaikkialla läsnä käytännössä kaikissa eläviä organismeja.

Mainittu entsyymi assosioituu mitokondriaalimatriisiin ja reaktio, jota se katalysoi, voidaan kirjoittaa karkeasti seuraavasti, missä NADPH toimii toimittaessa vähentävää tehoa:

α-ketoglutaraatti + NH4 + NADPH → L-glutamaatti + NADP (+) + vesi

Metabolia ja hajoaminen

Kehon solut käyttävät glutamiinihappoa erilaisiin tarkoituksiin, joihin kuuluvat proteiinisynteesi, energian metabolia, ammoniumfiksaatio tai neurotransmissio.

Tietyntyyppisissä hermosoluissa solunulkoisesta väliaineesta otettu glutamaatti voidaan "kierrättää" muuttamalla se glutamiiniksi, joka vapautuu solunulkoisiksi nesteiksi ja jonka neuronit ottavat takaisin muuntamaan glutamaatiksi, jota kutsutaan glutamiinisykliksi. -glutamaatti.

Kun ruokavaliosta nautitaan ruokaa, glutamiinihapon imeytyminen suolesta tapahtuu yleensä muuttumalla muiksi aminohapoiksi, kuten alaniiniksi, prosessiksi, jota välittävät suolen limakalvon solut, jotka myös käyttävät sitä energian lähteenä.

Toisaalta maksa on vastuussa sen muuttamisesta glukoosiksi ja laktaatiksi, josta kemiallinen energia uutetaan pääasiassa ATP: n muodossa.

Eri organismeissa on raportoitu erilaisten glutamaattia metaboloivien entsyymien olemassaolosta, kuten glutamaattidehydrogenaasien, glutamaatin ja ammoniumin valeiden ja glutamiinien tapauksessa, ja monet näistä ovat liittyneet Alzheimerin tautiin.

Glutamiinihapporikkaat ruokia

Glutamiinihappoa on läsnä useimmissa ihmisen kuluttamissa elintarvikkeissa, ja joidenkin kirjoittajien mukaan 70 kg painavan ihmisen ruokavaliosta peräisin olevan glutamiinihapon päivittäinen saanti on noin 28 g.

Tämän aminohapon rikkaimpia elintarvikkeita ovat eläinperäiset, joista liha (nauta, sika, lammas jne.), Munat, meijerituotteet ja kalat erottuvat. Kasvipohjaisiin glutamaattirikkaisiin ruokia ovat siemenet, jyvät, parsa ja muut.

Erityyppisten elintarvikkeiden lisäksi, jotka ovat luonnollisesti rikkaita tässä aminohapossa, sen johdannaisessa, glutamaatin mononatriumsuolaa käytetään lisäaineena monien ruokien ja teollisesti valmistettujen elintarvikkeiden maun parantamiseksi tai lisäämiseksi.

Sen saannin edut

Eri kulinaarisiin valmisteisiin lisätty glutamaatti auttaa "indusoimaan" makua ja parantamaan suuontelon makutunnetta, jolla on ilmeisesti tärkeä fysiologinen ja ravitsemuksellinen merkitys.

Kliiniset tutkimukset ovat osoittaneet, että glutamiinihapon nauttimisella on potentiaalisia sovelluksia "häiriöiden" tai suun patologioiden hoidossa, jotka liittyvät makuun ja "hyposalivaatioon" (matala syljentuotanto).

Samoin glutamiinihappo (glutamaatti) on ravintoaine, jolla on suuri merkitys suolen limakalvon solujen normaalin toiminnan ylläpitämiselle.

Tämän aminohapon tarjonnan rotille, joille on suoritettu kemoterapeuttisia hoitoja, on osoitettu lisäävän suolen immunologisia ominaisuuksia sen lisäksi, että ne ylläpitävät ja tehostavat suolen limakalvon aktiivisuutta ja toimintoja.

Toisaalta Japanissa lääkkeet, jotka perustuvat glutamiinihappopitoisiin ruokia, on suunniteltu potilaille, joille tehdään "perkutaaninen endoskooppinen gastronomia", ts. Ne on syötettävä vatsan kautta, joka on kytketty seinän läpi vatsan.

Tätä aminohappoa käytetään myös ruokahalun aikaansaamiseen iäkkäillä potilailla, joilla on krooninen gastriitti ja jotka ovat normaalisti epätäydellisiä.

Viimeiseksi, glutamiinihapon ja arginiinin oraaliseen tarjontaan liittyvät tutkimukset viittaavat siihen, että nämä osallistuvat lihaskudoksen adipogeneesiin ja rasvakudosten lipolyysiin liittyvien geenien positiiviseen säätelyyn.

Puutehäiriöt

Koska glutamiinihappo toimii esiasteena erityyppisten molekyylien, kuten aminohappojen ja muiden välittäjäaineiden, synteesissä, geneettisillä virheillä, jotka liittyvät sen biosynteesiin ja kierrätykseen liittyvien entsyymien ilmentymiseen, voi olla vaikutuksia minkä tahansa eläimen kehon terveyteen.

Esimerkiksi glutamiinihappodekarboksylaasi-entsyymi vastaa glutamaatin muuttumisesta gamma-aminovoihapoksi (GABA), välittäjäaineeksi, joka on välttämätöntä estävissä hermoreaktioissa.

Siksi glutamiinihapon ja GABA: n välinen tasapaino on äärimmäisen tärkeätä aivokuoren herkkyyden hallinnan ylläpitämiselle, koska glutamaatti toimii pääasiassa hermoston synapsissa.

Koska glutamaatti liittyy puolestaan ​​aivojen toimintoihin, kuten oppimiseen ja muistiin, sen puutos voi aiheuttaa vikoja näissä kognitiivisten prosessien luokissa, jotka vaativat sitä välittäjäaineena.

Viitteet

1. Ariyoshi, M., Katane, M., Hamase, K., Miyoshi, Y., Nakane, M., Hoshino, A.,… Matoba, S. (2017). D-glutamaatti metaboloituu sydämen mitokondrioissa. Tieteelliset raportit, 7. (elokuu 2016), 1. – 9.
2. Barret, G. (1985). Aminohappojen kemia ja biokemia. New York: Chapman ja Hall.
3. Danbolt, NC (2001). Glutamaatin imeytyminen. Neurobiologian kehitys, 65, 1–105.
4. Fonnum, F. (1984). Glutamaatti: välittäjäaine nisäkkään aivoissa. Journal of Neurochemistry, 18 (1), 27–33.
5. Garattini, S. (2000). Kansainvälinen glutamaattisymposium. Glutamiinihappo, kaksikymmentä vuotta myöhemmin.
6. Graham, TE, Sgro, V., Friars, D., ja Gibala, MJ (2000). Glutamaatin nauttiminen: Lepäävien ihmisten plasma- ja lihasvapaat aminohappoet. American Journal of Physiology - endokrinologia ja aineenvaihdunta, 278, 83–89.
7. Hu, CJ, Jiang, QY, Zhang, T., Yin, YL, Li, FN, Su, JY,… Kong, XF (2017). Ravintolisäaineet arginiinilla ja glutamiinihapolla parantavat lipogeenisten geenien ilmentymistä kasvavilla sioilla. Journal of Animal Science, 95 (12), 5507 - 5515.
8. Johnson, JL (1972). Glutamiinihappo synaptisena välittäjänä hermostoon. Arvostelu. Brain Research, 37, 1–19.
9. Kumar, R., Vikramachakravarthi, D., & Pal, P. (2014). Glutamiinihapon tuotanto ja puhdistus: Kriittinen katsaus prosessin tehostamiseen. Kemian tekniikka ja prosessointi: Prosessin tehostaminen, 81, 59–71.
10. Mourtzakis, M., ja Graham, TE (2002). Glutamaatin nauttiminen ja sen vaikutukset levossa ja liikunnan aikana ihmisillä. Journal of Applied Physiology, 93 (4), 1251 - 1259.
11. Neil, E. (2010). Biologiset vetytuotannon prosessit. Biokemiallisen tekniikan / bioteknologian edistysaskel, 123 (heinäkuu 2015), 127–141.
12. Okumoto, S., Funck, D., Trovato, M., & Forlani, G. (2016). Glutamaattiperheen aminohapot: Toiminnot, jotka ylittävät primaarisen aineenvaihdunnan. Rajat kasvitieteessä, 7, 1–3.
13. Olubodun, JO, Zulkifli, I., Farjam, AS, Hair-Bejo, M., ja Kasim, A. (2015). Glutamiini ja glutamiinihappolisäaine parantavat broilerin kanojen suorituskykyä kuumissa ja kosteissa trooppisissa olosuhteissa. Italian Journal of Animal Science, 14 (1), 25–29.
14. Umbarger, H. (1978). Aminohappobiosynteesi ja sen säätely. Ann. Biochem., 47, 533 - 606.
15. Waelsch, H. (1951). Glutamiinihappo ja aivojen toiminta. Advances in Protein Chemistry, 6, 299–341.
16. Yelamanchi, SD, Jayaram, S., Thomas, JK, Gundimeda, S., Khan, AA, Singhal, A.,… Gowda, H. (2015). Polkukartta glutamaatin aineenvaihdunnasta. Journal of Cell Communication and Signaling, 10 (1), 69–75.