GLUTAMĪNSKĀBE: RAKSTUROJUMS, FUNKCIJAS, BIOSINTĒZE - BIOLOĢIJA - 2025

Glutamīnskābe ir viena no 22 aminoskābēm, kas veido olbaltumvielas visās dzīves lietām, un viens no visvairāk bagātīgāka dabā. Tā kā cilvēka ķermenim ir raksturīgi biosintēzes ceļi, tas netiek uzskatīts par būtisku.

Kopā ar asparagīnskābi glutamīnskābe pieder pie negatīvi lādētu polāro aminoskābju grupas, un saskaņā ar divām esošajām nomenklatūras sistēmām (ar trīs vai viena burta burtiem) tā tiek apzīmēta kā " Glu " vai kā " E ".

Glutamīnskābes aminoskābes struktūra (Avots: Hbf878, izmantojot Wikimedia Commons)

Šo aminoskābi 1866. gadā atklāja vācu ķīmiķis Rittershauzens, kamēr viņš pētīja hidrolizētu kviešu lipekli, tātad tā nosaukums bija “glutamīns”. Pēc atklāšanas tā klātbūtne ir noteikta lielā daļā dzīvo būtņu, tāpēc tiek uzskatīts, ka tai ir dzīvībai būtiskas funkcijas.

L-glutamīnskābe tiek uzskatīta par vienu no vissvarīgākajiem mediatoriem ierosmes signālu pārnešanā mugurkaulnieku centrālajā nervu sistēmā, un tā ir nepieciešama arī normālai smadzeņu darbībai, kā arī kognitīvajai attīstībai, atmiņai un Mācības.

Dažiem tā atvasinājumiem ir arī svarīgas funkcijas rūpnieciskā līmenī, īpaši attiecībā uz kulinārijas izstrādājumiem, jo ​​tie palīdz uzlabot pārtikas aromātu.

raksturojums

Neskatoties uz to, ka glutamātam (glutamīnskābes jonizētajai formai) nav būtiskas aminoskābes, tam ir liela ietekme uz uzturu dzīvnieku augšanā, un ir ierosināts, ka tam ir daudz augstāka uzturvērtība nekā citām nebūtiskām aminoskābēm.

Šī aminoskābe ir īpaši izplatīta smadzenēs, it īpaši intracelulārā telpā (citosolā), kas ļauj pastāvēt gradientam starp citosolu un ārpusšūnu telpu, ko ierobežo nervu šūnu plazmas membrāna.

Tā kā tai ir daudz funkciju ierosinošajās sinapsēs un tā darbojas, iedarbojoties uz specifiskiem receptoriem, tā koncentrācija tiek uzturēta kontrolētā līmenī, īpaši ārpusšūnu vidē, jo šie receptori parasti "izskatās" ārpus šūnām.

Vietas, kur glutamāta koncentrācija ir visaugstākā, ir nervu gali, tomēr tā izplatību ietekmē šūnu enerģijas vajadzības visā ķermenī.

Atkarībā no šūnas veida, kad glutamīnskābe nonāk šūnā, enerģijas vajadzībām to var virzīt mitohondriju virzienā vai arī to var pārdalīt sinaptisko pūslīšu virzienā, un abos procesos izmanto īpašas intracelulāras transporta sistēmas.

Uzbūve

Glutamīnskābe, tāpat kā pārējās aminoskābes, ir α-aminoskābe, kurai ir centrālais oglekļa atoms (kas ir hirāls), α ogleklis, pie kura ir pievienotas četras citas grupas: karboksilgrupa, aminogrupa, a ūdeņraža atoms un aizvietotāju grupa (sānu ķēde vai R grupa).

R glutamīnskābes grupa piešķir molekulai otro karboksilgrupu (-COOH), un tās struktūra ir -CH2-CH2-COOH (-CH2-CH2-COO- tās jonizētajā formā), tātad atomu summa kopējais molekulas ogleklis ir pieci.

Šīs aminoskābes relatīvā masa ir 147 g / mol, un tās R grupas disociācijas konstante (pKa) ir 4,25. Tā izoelektriskais punkts ir 3,22, un vidējais olbaltumvielu klātbūtnes indekss ir aptuveni 7%.

Tā kā neitrālā pH līmenī (apmēram 7) glutamīnskābe ir jonizēta un tai ir negatīvs lādiņš, to klasificē negatīvi lādētu polāro aminoskābju grupā, kurā ietilpst arī asparagīnskābe (aspartāts, tā jonizētajā formā) ).

Iespējas

Glutamīnskābei vai tās jonizētajai formai, glutamātam, ir vairākas funkcijas, ne tikai no fizioloģiskā, bet arī no rūpnieciskā, klīniskā un gastronomiskā viedokļa.

Glutamīnskābes fizioloģiskās funkcijas

Viena no populārākajām glutamīnskābes fizioloģiskajām funkcijām vairuma mugurkaulnieku ķermenī ir tā loma smadzenēs kā ierosinoša neirotransmitera lomai. Tika noteikts, ka vairāk nekā 80% ierosinošo sinapsu sazinās, izmantojot glutamātu vai kādu no tā atvasinājumiem.

Starp sinapses funkcijām, kuras signalizācijas laikā izmanto šo aminoskābi, ir atpazīšana, mācīšanās, atmiņa un citas.

Glutamāts ir saistīts arī ar nervu sistēmas attīstību, ar sinapses sākšanu un izvadīšanu, kā arī ar šūnu migrāciju, diferenciāciju un nāvi. Tas ir svarīgi saziņai starp perifērajiem orgāniem, piemēram, gremošanas traktu, aizkuņģa dziedzeri un kauliem.

Turklāt glutamātam ir funkcijas gan olbaltumvielu un peptīdu sintēzes procesos, gan taukskābju sintēzē, šūnu slāpekļa līmeņa regulēšanā un anjonu un osmotiskā līdzsvara kontrolē.

Tas kalpo kā priekšnoteikums dažādiem trikarbonskābes cikla (Krebsa cikls) starpproduktiem, kā arī citiem neirotransmiteriem, piemēram, GABA (gamma aminosviestskābe). Tas savukārt ir citu aminoskābju, piemēram, L-prolīna, L-arginīna un L-alanīna, sintēzes priekštecis.

Klīniskie lietojumi

Atšķirīgas farmaceitiskas pieejas galvenokārt balstās uz glutamīnskābes receptoriem kā terapeitiskiem mērķiem psihisko slimību un citu ar atmiņu saistītu patoloģiju ārstēšanā.

Glutamāts ir izmantots arī kā aktīvs līdzeklis dažādās farmakoloģiskās kompozīcijās, kas paredzētas miokarda infarkta un funkcionālās dispepsijas (kuņģa problēmu vai gremošanas traucējumu) ārstēšanai.

Glutamīnskābes rūpnieciskais pielietojums

Glutamīnskābi un tās atvasinājumus dažādās nozarēs izmanto dažādi. Piemēram, glutamāta mononātrija sāli izmanto pārtikas rūpniecībā kā garšvielu.

Šī aminoskābe ir arī izejmateriāls citu ķīmisku vielu sintēzei, un glutamīnskābe ir dabisks anjonu polimērs, kas ir bioloģiski noārdāms, ēdams un nav toksisks cilvēkiem vai videi.

Pārtikas rūpniecībā to izmanto arī kā sabiezinātāju un kā dažādu pārtikas produktu rūgtuma "atvieglojumu".

To izmanto arī kā krioaizsardzības līdzekli, kā "ārstējamu" bioloģisku līmi, kā zāļu nesēju, lai izstrādātu bioloģiski noārdāmas šķiedras un hidrogēlus, kas cita starpā var absorbēt lielu daudzumu ūdens.

Biosintēze

Visas aminoskābes tiek atvasinātas no glikolītiskiem starpproduktiem, Krebsa cikla vai pentozes fosfāta ceļa. Īpaši glutamātu iegūst no glutamīna, α-ketoglutarāta un 5-oksoprolīna, kas visi iegūti Krebsa ciklā.

Šīs aminoskābes biosintētiskais ceļš ir diezgan vienkāršs, un tā posmi ir sastopami gandrīz visos dzīvos organismos.

Glutamāta un slāpekļa metabolisms

Slāpekļa metabolismā amonijs tiek iesaistīts dažādās ķermeņa biomolekulās caur glutamātu un glutamīnu, un caur transaminēšanas reakcijām glutamāts nodrošina vairuma aminoskābju aminogrupas.

Tādējādi šis ceļš ietver amonija jonu asimilāciju glutamāta molekulās, kas notiek divās reakcijās.

Pirmo ceļa posmu katalizē ferments, kas pazīstams kā glutamīna sintetāze, kurš atrodas praktiski visos organismos un ir iesaistīts glutamāta un amonjaka reducēšanā, iegūstot glutamīnu.

Tā vietā baktērijās un augos glutamātu no glutamīna ražo ferments, kas pazīstams kā glutamāta sintāze.

Dzīvniekiem tas rodas no α-ketoglutarāta transaminēšanas, kas notiek aminoskābju katabolisma laikā. Tās galvenā funkcija zīdītājiem ir toksiska brīvā amonjaka pārvēršana glutamīnā, ko pārvadā asinis.

Reakcijā, ko katalizē enzīma glutamāta sintāze, α-ketoglutarāts iziet reduktīvās aminēšanas procesu, kurā glutamīns piedalās kā slāpekļa grupas donors.

Kaut arī glutamāts notiek daudz mazākā skaitā, tas dzīvniekiem rodas arī ar vienpakāpju reakciju starp α-ketoglutamātu un amoniju (NH4), ko katalizē enzīms L-glutamāta dehidrogenāze, visuresošs gandrīz visos. dzīvie organismi.

Minētais enzīms asociējas ar mitohondriju matricu, un reakciju, ko tā katalizē, var uzrakstīt aptuveni šādi, kur NADPH darbojas, piegādājot reducējošo jaudu:

α-ketoglutarāts + NH4 + NADPH → L-glutamāts + NADP (+) + ūdens

Metabolisms un noārdīšanās

Glutamīnskābi ķermeņa šūnas izmanto dažādiem mērķiem, starp kuriem ir olbaltumvielu sintēze, enerģijas metabolisms, amonija fiksācija vai neirotransmisija.

Glutamātu, kas ņemts no ārpusšūnu barotnes dažu veidu nervu šūnās, var "pārstrādāt", pārveidojot to glutamīnā, kas izdalās ārpusšūnu šķidrumos un kuru neironi pārņem atpakaļ, lai pārveidotu par glutamātu, kas ir pazīstams kā glutamīna cikls. -glutamāts .

Pēc tam, kad uzturā norīts ar pārtiku, glutamīnskābes uzsūkšanās zarnās parasti beidzas ar tā pārvēršanu citās aminoskābēs, piemēram, alanīnā - procesā, ko mediē zarnu gļotādas šūnas, kas to arī izmanto kā enerģijas avotu.

Savukārt aknas ir atbildīgas par to pārvēršanu glikozē un laktātā, no kuriem ķīmiskā enerģija tiek iegūta galvenokārt ATP veidā.

Dažādos organismos ir ziņots par dažādu glutamātu metabolizējošu enzīmu esamību, piemēram, glutamāta dehidrogenāzes, glutamāta-amonija lināzes un glutamināzes, un daudzi no tiem ir saistīti ar Alcheimera slimību.

Pārtika ar glutamīnskābi

Glutamīnskābe ir sastopama lielākajā daļā cilvēku patērēto pārtikas produktu, un daži autori apgalvo, ka cilvēkam, kura ķermeņa masa ir 70 kg, no uztura iegūtās glutamīnskābes dienas deva ir aptuveni 28 g.

Starp šīs aminoskābes bagātākajiem pārtikas produktiem ir dzīvnieku izcelsmes pārtikas produkti, no kuriem izceļas gaļa (liellopu, cūku, aitu uc), olas, piena produkti un zivis. Augu pārtikā, kas bagāta ar glutamātu, ietilpst sēklas, graudi, sparģeļi un citi.

Papildus dažādiem pārtikas veidiem, kas dabiski bagāti ar šo aminoskābi, tās atvasinājumu, glutamāta mononātrija sāli izmanto kā piedevu, lai uzlabotu vai palielinātu daudzu ēdienu un rūpnieciski pārstrādātu pārtikas produktu aromātu.

Ieguvumi no tā uzņemšanas

Dažādiem kulinārijas izstrādājumiem pievienots glutamāts palīdz "izraisīt" garšu un uzlabot garšas sajūtu mutes dobumā, kam acīmredzot ir svarīga fizioloģiska un uztura nozīme.

Klīniskie pētījumi ir parādījuši, ka glutamīnskābes norīšana ir izmantojama "traucējumu" vai perorālu patoloģiju, kas saistītas ar garšu un "hiposalivāciju" (zemu siekalu veidošanos), ārstēšanā.

Tāpat glutamīnskābe (glutamāts) ir barības viela, kurai ir liela nozīme zarnu gļotādas šūnu normālas aktivitātes uzturēšanā.

Ir pierādīts, ka šīs aminoskābes piegāde žurkām, kuras ir tikušas pakļautas ķīmijterapijas metodei, palielina zarnu imunoloģiskās īpašības, papildus uzturot un uzlabojot zarnu gļotādas darbību un funkcijas.

Turpretī Japānā medicīniskās diētas, kuru pamatā ir pārtikas produkti, kas bagāti ar glutamīnskābi, ir izstrādāti pacientiem, kuriem tiek veikta “perkutāna endoskopiskā gastronomija”, tas ir, tie jābaro caur kuņģa caurulīti, kas savienota caur sienu vēdera.

Šo aminoskābi izmanto arī ēstgribas ierosināšanai gados vecākiem pacientiem ar hronisku gastrītu, kuriem parasti ir nepietiekama apetīte.

Visbeidzot, pētījumi, kas saistīti ar glutamīnskābes un arginīna perorālu piegādi, liek domāt, ka tie ir iesaistīti pozitīvā gēnu regulēšanā, kas saistīti ar adipogenesis muskuļu audos un lipolīzi taukaudos.

Trūkuma traucējumi

Tā kā glutamīnskābe kalpo kā priekšnoteikums dažādu veidu molekulu, piemēram, aminoskābju un citu neirotransmiteru, sintēzē, ģenētiski defekti, kas saistīti ar fermentu ekspresiju saistībā ar tā biosintēzi un pārstrādi, var ietekmēt jebkura dzīvnieka ķermeņa veselību.

Piemēram, ferments glutamīnskābes dekarboksilāze ir atbildīga par glutamāta pārvēršanu gamma aminosviestskābē (GABA), neirotransmitera, kas ir būtisks inhibējošo nervu reakciju veidošanai.

Tāpēc līdzsvars starp glutamīnskābi un GABA ir ārkārtīgi svarīgs, lai uzturētu kontroli kortikālās uzbudināmības jomā, jo glutamāts galvenokārt darbojas uz ierosināšanas nervu sinapsēm.

Savukārt, tā kā glutamāts ir iesaistīts virknē smadzeņu funkciju, piemēram, mācībās un atmiņā, tā deficīts varētu izraisīt defektus šajās izziņas procesu klasēs, kurām tas nepieciešams kā neirotransmiters.

Atsauces

1. Ariyoshi, M., Katane, M., Hamase, K., Miyoshi, Y., Nakane, M., Hoshino, A.,… Matoba, S. (2017). D-glutamāts tiek metabolizēts sirds mitohondrijos. Zinātniskie ziņojumi, 7. (2016. gada augusts), 1. – 9. https://doi.org/10.1038/srep43911
2. Barret, G. (1985). Aminoskābju ķīmija un bioķīmija. Ņujorka: Chapman un Hall.
3. Danbolt, NC (2001). Glutamāta uzņemšana. Progress neirobioloģijā, 65, 1–105.
4. Fonnum, F. (1984). Glutamāts: neirotransmiters zīdītāju smadzenēs. Journal of Neurochemistry, 18 (1), 27. – 33.
5. Garattini, S. (2000). Starptautiskais simpozijs par glutamātu. Glutamīnskābe, pēc divdesmit gadiem.
6. Grehems, TE, Sgro, V., Friars, D., & Gibala, MJ (2000). Norīšana ar glutamātu: miera stāvoklī esošu cilvēku plazmas un muskuļu aminoskābju baseini. American Journal of Physiology- Endokrinology and Metabolism, 278, 83–89.
7. Hu, CJ, Jiang, QY, Zhang, T., Yin, YL, Li, FN, Su, JY,… Kong, XF (2017). Uztura bagātinātāji ar arginīnu un glutamīnskābi uzlabo lipogēna gēna ekspresiju augošām cūkām. Journal of Animal Science, 95 (12), 5507–5515.
8. Džonsons, JL (1972). Glutamīnskābe kā sinaptiskais raidītājs nervu sistēmā. Recenzija. Smadzeņu izpēte, 37., 1. – 19.
9. Kumars, R., Vikramachakravarthi, D., & Pal, P. (2014). Glutamīnskābes iegūšana un attīrīšana: kritisks pārskats par procesa intensifikāciju. Ķīmiskā inženierija un apstrāde: Procesa intensifikācija, 81., 59. – 71.
10. Mourtzakis, M., & Graham, TE (2002). Glutamāta norīšana un tā ietekme miera stāvoklī un fiziskās slodzes laikā cilvēkiem. Journal of Applied Physiology, 93 (4), 1251–1225.
11. Neils, E. (2010). Ūdeņraža ražošanas bioloģiskie procesi. Jaunumi bioķīmiskajā inženierijā / biotehnoloģijā, 123 (2015. gada jūlijs), 127. – 141. https://doi.org/10.1007/10
12. Okumoto, S., Funck, D., Trovato, M., & Forlani, G. (2016). Glutamāta ģimenes aminoskābes: Funkcijas ārpus primārā metabolisma. Robežas augu zinātnē, 7., 1. – 3.
13. Oluboduns, JO, Zulkifli, I., Farjam, AS, Hair-Bejo, M., & Kasim, A. (2015). Glutamīna un glutamīnskābes piedevas uzlabo cāļu broileru darbību karstā un mitrā tropiskā stāvoklī. Itālijas dzīvnieku zinātnes žurnāls, 14. (1), 25. – 29.
14. Umbargers, H. (1978). Aminoskābju biosintēze un tās regulēšana. Ann. Rev. Biochem. , 47, 533-606.
15. Waelsch, H. (1951). Glutamīnskābe un smadzeņu darbība. Jaunumi olbaltumvielu ķīmijā, 6, 299. – 341.
16. Yelamanchi, SD, Jayaram, S., Thomas, JK, Gundimeda, S., Khan, AA, Singhal, A.,… Gowda, H. (2015). Glutamāta metabolisma ceļa karte. Žurnāls par šūnu komunikāciju un signalizāciju, 10. (1), 69. – 75.