Глютаминовая кислота

Глютаминовая кислота (сокращенно Glu или Е) является одной из 20-22 протеиногенных аминокислот, ее кодоны – GAA и GAG. Эта аминокислота не является незаменимой. Карбоксилат-анионы и соли глютаминовой кислоты известны как глутаматы. В неврологии глутамат является важным нейромедиатором, играющим ключевую роль в долгосрочном потенцировании и процессах обучения и запоминания.

Фармакологическая группа: Аминокислоты; ноотропные препараты; препараты, применяемые при печеночной недостаточности; препараты, нормализующие метаболизм миокарда, уменьшающие гипоксию тканей; препараты, улучшающие метаболизм головного мозга; поливитамины.
Фармакологическое действие:нейромедиаторное, стимулирующее метаболизм в ЦНС. Средство, улучшающее мозговой метаболизм. Стимулирует передачу возбуждения в синапсах ЦНС, способствует нейтрализации и выведению из организма аммиака, повышает устойчивость организма к гипоксии. Является одним из компонентов миофибрилл, участвует в синтезе других аминокислот, ацетилхолина, АТФ, мочевины, способствует переносу и поддержанию необходимой концентрации ионов калия в мозге, служит связующим звеном между обменом углеводов и нуклеиновых кислот, нормализует содержание показателей гликолиза в крови и тканях. Оказывает гепатопротекторное действие, угнетает секреторную функцию желудка.
Воздействие на рецепторы: глютаматные рецепторы; NMDA-рецепторы.

Боковая цепь глютаминовой кислоты, карбоновая кислота, имеет рКа 4,1 и, следовательно, существует почти исключительно в отрицательно заряженных депротонирующихся формах карбоксилата при значениях рН больше 4,1, поэтому она имеет отрицательный заряд при физиологическом значении рН в пределах от 7,35 до 7,45.

Хотя глютаминовая кислота естественно встречается во многих продуктах питания, вкусовые добавки глютаминовой и других аминокислот были научно классифицированы только в начале двадцатого века. Вещество было обнаружено и идентифицировано в 1866 году немецким химиком Карлом Генрихом Леопольдом Риттхаузеном при обработке пшеничной клейковины (gluten) серной кислотой. В 1908 году японский исследователь Кикунаэ Икеда из Токийского Императорского Университета обнаружил коричневые кристаллы, остававшиеся после испарения большого количества бульона от варки морской капусты, которые оказались глютаминовой кислотой. Эти кристаллы имели невыразимый, но ясно ощутимый вкус, который исследователь обнаружил во многих продуктах, в особенности в морских водорослях. Профессор Икеда назвал этот вкус «умами». Затем он запатентовал способ массового производства кристаллической соли глютаминовой кислоты, глутамата натрия.

Глутамат является ключевым соединением в клеточном метаболизме. В организме человека пищевые белки распадаются путем расщепления на аминокислоты, служащие в качестве метаболического топлива для выполнения других функций в организме. Ключевым процессом в распаде аминокислот является трансаминирование, когда аминогруппа аминокислоты передается в альфа-кетокислоту, обычно катализируемую трансаминазой. Эту реакцию можно обобщить следующим образом:
R1-аминокислота + R2-альфа-кетокислота ? R1-альфа-кетокислота + R2-аминокислота
Очень часто альфа-кетокислота является альфа-кетоглютаратом, промежуточным звеном в цикле лимонной кислоты. При трансаминировании из альфа-кетоглутарата создается глутамат. Полученный в результате продукт альфа-кетокислоты может служить в качестве топлива или субстрата для дальнейших процессов метаболизма. Например:
Аланин + альфа -КГ ? пируват + глутамат
Аспартат + альфа -КГ ? оксалоацетат + глутамат
Как пируват, так и оксалоацетат, являются ключевыми компонентами клеточного метаболизма, выступая в качестве субстратов или промежуточных продуктов в таких фундаментальных процессах, как гликолиз, глюконеогенез и цикл лимонной кислоты.
Глутамат также играет важную роль в очищении организма от избытков или отходов азота. Глутамат подвергается дезаминированию, окислительная реакция катализируется глутаматдегидрогеназой:
глутамат + H2O + NADP + ? альфа -КГ + НАДФН + NH3 + Н +
Затем аммиак (аммоний) выводится из организма преимущественно в виде мочевины, синтезированной в печени. Трансаминирование может, таким образом, быть связано с дезаминированием, что позволяет эффективно удалять азот из аминогрупп аминокислот с использованием глутамата в качестве промежуточного соединения, в результате чего происходит его выведение из организма в виде мочевины.

Глутамат является наиболее распространенным возбуждающим нейромедиатором в нервной системе позвоночных. В химических синапсах глутамат находится в синаптических пузырьках. В результате воздействия нервных импульсов глутамат высвобождается из пресинаптической клетки. В противоположной постсинаптической клетке глутаматные рецепторы, такие как рецепторы NMDA, связывают глутамат и активизируются. Из-за своей роли в синаптической пластичности глутамат участвует в выполнении когнитивных функций, таких как обучение и запоминание. Форма пластичности, известная как долговременная потенциация синаптической передачи, осуществляется на глутаматергических синапсах в гиппокампе, коре головного мозга и других частях мозга. Глутамат работает не только как передатчик от точки к точке, но и через побочные синаптические перекрестные помехи между синапсами, и при этом общий объем глутамата, высвобождаемый из соседних синапсов, создает внесинаптическую сигнализацию/объемную передачу.
Глутаматные транспортеры находятся в нейронах и глиальных мембранах. Они быстро удаляют глутамат из внеклеточного пространства. При травмах мозга или болезнях они могут работать в обратном направлении, и избыток глутамата может скапливаться вне клеток. Этот процесс вызывает проникновение ионов кальция в клетки через каналы NMDA-рецепторов, что приводит к повреждению нейронов и в конечном итоге вызывает гибель клеток, явление, называемое эксайтотоксичностью. Механизмы гибели клеток включают:
Повреждение митохондрий от чрезмерно высокого уровня внутриклеточного Ca 2 +
Glu/Ca2 +-опосредованное продвижение факторов транскрипции для про-апоптотических генов или снижение экспрессии факторов транскрипции для антиапоптозных генов.
Эксайтотоксичность из-за чрезмерного высвобождения глутамата и нарушение поглощения происходит как часть ишемического каскада и связана с инсультом и такими заболеваниями, как боковой амиотрофический склероз, латиризм, аутизм, некоторые формы умственной отсталости и болезнь Альцгеймера. В отличие от этого, снижение высвобождения глутамата, наблюдаемое при классической фенилкетонурии, приводит к развитию нарушений экспрессии глутаматных рецепторов.
Глютаминовая кислота задействована и при эпилептических припадках. Микроинъекции глютаминовой кислоты в нейроны производят спонтанные деполяризации с интервалом около одной секунды, и схема их действия похожа на эффекты, происходящие при пароксизмальном деполяризующем сдвиге во время эпилептических припадков. Это изменение мембранного потенциала покоя может вызывать самопроизвольное открытие кальциевых каналов, активирующих напряжение, что приводит к выпуску глютаминовой кислоты и дальнейшей деполяризации.
Экспериментальные методы обнаружения глутамата в неповрежденных клетках включают в себя использование генномодифицированных наносенсоров. Датчик представляет собой слияние глутамат-связывающего белка и двух флуоресцентных белков. При связывании глутамата флуоресценция датчика в ультрафиолетовом свете изменяется из-за резонанса между двумя флуорофорами. Введение наносенсора в клетки позволяет оптически обнаружить глутамат. Также были описаны синтетические аналоги глютаминовой кислоты, которые могут быть активированы ультрафиолетовым освещением и двухфотонным лазерным микроскопом.
Этот способ быстрого выпуска при фотостимуляции полезен для отображения связи между нейронами и понимания функции синапса.
У беспозвоночных, в частности, членистоногих и нематод, эволюция рецепторов глутамата является полностью противоположной. У них глутамат стимулирует хлоридные каналы. Бета-субъединицы рецептора реагируют с очень высоким сродством к глутамату и глицину. Ориентация на эти рецепторы была терапевтической целью антигельминтной терапии с использованием авермектинов. Цель авермектинов – альфа-субъединицы каналов хлорида с высокой аффинностью. Эти рецепторы были также описаны у членистоногих, например, дрозофилов и паразитов Lepeophtheirus salmonis. Необратимые активации этих рецепторов авермектинами проявляются гиперполяризацией в синапсах и нервно-мышечных синапсах, что приводит к возникновению вялого паралича и смерти нематод и членистоногих.

Было обнаружено, что внеклеточный глутамат в мозгу дрозофилы отвечает за регулирование постсинаптической кластеризации глутаматных рецепторов посредством процесса, включающего десенсибилизацию рецептора. Ген, экспрессируемый в глиальные клетки, активно транспортирует глутамат во внеклеточное пространство, в то время как в прилежащей ядро-стимулирующей группе II метаботропных глутаматных рецепторов этот ген уменьшает внеклеточные уровни глутамата. В этой связи возникает возможность того, что этот внеклеточный глутамат играет «эндокринноподобную» роль как часть большей гомеостатической системы.

Глутамат также служит в качестве предшественника для синтеза ингибирующего ГАМК в ГАМК-ергических нейронах. Эта реакция катализируется глутаматдекарбоксилазой (ГТР), наиболее распространенной в мозжечке и поджелудочной железе.
Синдром мышечной скованности – неврологическое нарушение, вызванное анти-GAD антителами, приводящее к снижению синтеза ГАМК и, следовательно, к таким нарушениям двигательной функции, как скованность и спазмы мышц. Так как фермент GAD в больших количествах содержится в поджелудочной железе, здесь также происходит прямое иммунологическое разрушение, и у пациентов в результате развивается сахарный диабет.

Глютаминовая кислота, являясь составным элементом белка, присутствует в любой пище, содержащей белок, но на вкус ее можно ощутить, только когда она представлена в несвязанной форме. Значительные количества свободной глютаминовой кислоты присутствуют в большом разнообразии пищевых продуктов, включая сыр и соевый соус, и отвечают за формирование вкуса умами, одного из пяти основных вкусов, известных человеку. Глютаминовая кислота часто используется в качестве пищевой и вкусовой добавки в виде соли, известной как глутамат натрия (MSG).

Мясо, птица, рыба, яйца, молочные продукты и морская капуста являются отличными источниками глютаминовой кислоты. Некоторые богатые белком растительные продукты также служат ее источником. От 30 до 35% белка в пшенице – глютаминовая кислота. Девяносто пять процентов диетического глутамата метаболизируется в клетках кишечника при первом проходе.

Auxigro – препарат для роста растений, в котором содержится 30% глютаминовой кислоты.

В последние годы было проведено много исследований по использованию аминокислот в ЯМР-спектроскопии. Глютаминовая кислота, поли-гамма-бензил-L-глутамат (PBLG) часто используется для того, чтобы контролировать масштаб дипольных взаимодействий.

Основанная в Китае компания Fufeng Group Limited является крупнейшим производителем глютаминовой кислоты в мире, в конце 2006 года она увеличила производство глютаминовой кислоты до 300000 тонн, по сравнению с 180000 тонн в середине 2006 года, что обеспечивает компании 25-30% китайского рынка. Meihua является вторым по величине китайским производителем глютаминовой кислоты. Вместе пятерка производителей владеют примерно 50% акций Китая. Китайский спрос составляет около 1,1 млн. тонн в год, в то время как мировой спрос, включая Китай, составляет 1,7 млн. тонн в год.

Препарат фенциклидин (более известный как PCP) неконкурентно противодействует глютаминовой кислоте на NMDA-рецепторах. По тем же причинам, декстрометорфан и кетамин также имеют сильные диссоциативные и галлюциногенные эффекты. Глутамат не может легко проникать через гематоэнцефалический барьер, вместо этого он транспортируетсят транспортной системой с высоким сродством. Вещество также может быть преобразовано в глютамин.

Глутаминовая кислота является заменимой аминокислотой, играющей роль медиатора с высокой метаболической активностью в головном мозге, которая стимулирует окислительно-восстановительные процессы в головном мозге, а также обмен белков. Глутаминовая кислота нормализует обмен веществ, изменяя функциональное состояние нервной и эндокринной систем.

:Tags

Читать еще: Гонадорелин , Земплар (Парикальцитол) , Кверцетин , Оксорален (Метоксален) , Оранабол (Оксиместерон) ,