GLUTAMIK ASIT: ÖZELLIKLER, FONKSIYONLAR, BIYOSENTEZ - BIYOLOJI - 2024

Glutamik asit tüm canlılarda proteinleri oluşturan ve doğada en bol bir 22 amino asit biridir. İnsan vücudunun biyosentezi için kendine özgü yolları olduğundan, gerekli görülmemektedir.

Aspartik asit ile birlikte glutamik asit, negatif yüklü polar amino asitler grubuna aittir ve mevcut iki isimlendirme sistemine (üç veya bir harfli) göre " Glu " veya " E " olarak adlandırılır.

Glutamik Asit amino asitinin yapısı (Kaynak: Hbf878, Wikimedia Commons)

Bu amino asit, 1866 yılında Alman kimyager Rittershausen tarafından hidrolize buğday gluteni üzerinde çalışırken keşfedildi, dolayısıyla adı "glutamik" idi. Keşfedildikten sonra canlıların büyük bir kısmında varlığı tespit edilmiş, bu nedenle yaşam için temel işlevlere sahip olduğu düşünülmektedir.

L-glutamik asit, omurgalı hayvanların merkezi sinir sistemindeki uyarıcı sinyallerin iletilmesinde en önemli aracılardan biri olarak kabul edilir ve ayrıca normal beyin işlevi ve bilişsel gelişim, hafıza ve Öğrenme.

Türevlerinden bazıları, gıdanın lezzetini artırmaya yardımcı olduğu için özellikle mutfak müstahzarları açısından endüstriyel düzeyde önemli işlevlere sahiptir.

karakteristikleri

İnsanlar için gerekli bir amino asit olmamasına rağmen, glutamat (glutamik asidin iyonize formu) hayvan büyümesi için önemli besleyici etkilere sahiptir ve diğer esansiyel olmayan amino asitlerden çok daha yüksek besin değerine sahip olduğu öne sürülmüştür.

Bu amino asit özellikle beyinde, özellikle hücre içi boşlukta (sitozol) bol miktarda bulunur ve bu, sitozol ile hücre dışı boşluk arasında, sinir hücrelerinin plazma zarı tarafından sınırlandırılan bir gradyanın varlığına izin verir.

Uyarıcı sinapslarda birçok işlevi olduğundan ve işlevlerini belirli reseptörler üzerinde hareket ederek gerçekleştirdiğinden, konsantrasyonu, özellikle hücre dışı ortamda kontrollü seviyelerde tutulur, çünkü bu reseptörler genellikle hücrelerin dışına "bakar".

En yüksek glutamat konsantrasyonu bölgeleri sinir terminalleridir, ancak dağılımı tüm vücuttaki hücrelerin enerji ihtiyaçları tarafından düzenlenir.

Hücre tipine bağlı olarak, glutamik asit hücreye girdiğinde, enerji amacıyla mitokondriye doğru yönlendirilebilir veya sinaptik veziküllere doğru yeniden dağıtılabilir ve her iki işlemde spesifik hücre içi taşıma sistemleri kullanılır.

yapı

Glutamik asit, amino asitlerin geri kalanı gibi, merkezi bir karbon atomuna (kiral olan), diğer dört grubun bağlı olduğu a karbona sahip bir a-amino asittir: bir karboksil grubu, bir amino grubu, a hidrojen atomu ve bir ikame grubu (yan zincir veya R grubu).

Glutamik asidin R grubu, moleküle ikinci bir karboksil grubu (-COOH) verir ve yapısı -CH2-CH2-COOH'dir (iyonize formunda -CH2-CH2-COO-), dolayısıyla atomların toplamı molekülün toplam karbonu beştir.

Bu amino asidin nispi kütlesi 147 g / mol'dür ve R grubunun ayrışma sabiti (pKa) 4,25'tir. İzoelektrik noktası 3.22'dir ve ortalama protein varlığı indeksi% 7 civarındadır.

Nötr bir pH'ta (yaklaşık 7), glutamik asit iyonize olduğundan ve negatif bir yüke sahip olduğundan, aspartik asitin (iyonize formunda aspartatın da dahil olduğu bir grup olan negatif yüklü polar amino asitler grubu içinde sınıflandırılır. ).

Özellikleri

Glutamik asit veya iyonize formu olan glutamat, yalnızca fizyolojik açıdan değil, aynı zamanda endüstriyel, klinik ve gastronomik açıdan da çok sayıda işleve sahiptir.

Glutamik asidin fizyolojik fonksiyonları

Omurgalıların çoğunun vücudundaki glutamik asidin en popüler fizyolojik işlevlerinden biri, beyindeki uyarıcı bir nörotransmiter olarak oynadığı roldür. Uyarıcı sinapsların% 80'inden fazlasının glutamat veya bunun türevlerinden birini kullanarak iletişim kurduğu tespit edilmiştir.

Sinyal verme sırasında bu amino asidi kullanan sinapsların işlevleri arasında tanıma, öğrenme, hafıza ve diğerleri bulunur.

Glutamat ayrıca sinir sisteminin gelişimi, sinapsların başlaması ve ortadan kaldırılması ve hücre göçü, farklılaşması ve ölümüyle de ilgilidir. Sindirim sistemi, pankreas ve kemikler gibi periferik organlar arasındaki iletişim için önemlidir.

Ek olarak, glutamat, hem protein hem de peptit sentezi süreçlerinde ve ayrıca yağ asitlerinin sentezinde, hücresel nitrojen seviyelerinin düzenlenmesinde ve anyonik ve ozmotik dengenin kontrolünde işlevlere sahiptir.

Trikarboksilik asit döngüsünün (Krebs döngüsü) farklı ara maddeleri ve ayrıca GABA (gama aminobütirik asit) gibi diğer nörotransmiterler için bir öncü görevi görür. Buna karşılık, L-prolin, L-arginin ve L-alanin gibi diğer amino asitlerin sentezinde bir öncüdür.

Klinik uygulamalar

Farklı farmasötik yaklaşımlar, psikiyatrik hastalıkların ve diğer hafıza ile ilgili patolojilerin tedavisi için terapötik hedef olarak esas olarak glutamik asit reseptörlerine dayanır.

Glutamat ayrıca miyokardiyal enfarktüsleri ve fonksiyonel dispepsi (mide problemleri veya hazımsızlık) tedavi etmek için tasarlanmış farklı farmakolojik formülasyonlarda aktif bir ajan olarak kullanılmıştır.

Glutamik asidin endüstriyel uygulamaları

Glutamik asit ve türevlerinin farklı endüstrilerde çeşitli uygulamaları vardır. Örneğin, glutamatın monosodyum tuzu gıda endüstrisinde çeşni olarak kullanılır.

Bu amino asit aynı zamanda diğer kimyasalların sentezi için başlangıç ​​malzemesidir ve glutamik poliasit biyolojik olarak parçalanabilen, yenilebilir ve insanlar veya çevre için toksik olmayan doğal bir anyonik polimerdir.

Gıda endüstrisinde, aynı zamanda bir koyulaştırıcı ve farklı yiyeceklerin acılığını gideren bir ajan olarak da kullanılmaktadır.

Aynı zamanda bir kriyoprotektan olarak, diğerlerinin yanı sıra biyolojik olarak parçalanabilen elyafların ve hidrojellerin tasarımı için bir ilaç taşıyıcısı olarak bir "iyileştirilebilir" biyolojik yapıştırıcı olarak kullanılır.

biosentezi

Tüm amino asitler glikolitik ara ürünlerden, Krebs döngüsünden veya pentoz fosfat yolundan türetilir. Glutamat, spesifik olarak hepsi Krebs döngüsünden türetilen glutamin, a-ketoglutarat ve 5-oksoprolinden elde edilir.

Bu amino asidin biyosentetik yolu oldukça basittir ve adımları neredeyse tüm canlı organizmalarda bulunur.

Glutamat ve Azot Metabolizması

Nitrojen metabolizmasında, amonyumun vücudun farklı biyomoleküllerine dahil edilmesi glutamat ve glutamin yoluyla olur ve transaminasyon reaksiyonları yoluyla glutamat, çoğu amino asidin amino gruplarını sağlar.

Bu nedenle, bu yol, amonyum iyonlarının iki reaksiyonda gerçekleşen glutamat moleküllerine asimilasyonunu içerir.

Yoldaki ilk adım, hemen hemen tüm organizmalarda bulunan ve glutamin üretmek için glutamat ve amonyağın indirgenmesinde rol oynayan glutamin sentetaz olarak bilinen bir enzim tarafından katalize edilir.

Bakterilerde ve bitkilerde bunun yerine glutamat, glutamat sentaz olarak bilinen enzim tarafından glutaminden üretilir.

Hayvanlarda bu, amino asitlerin katabolizması sırasında meydana gelen α-ketoglutaratın transaminasyonundan üretilir. Memelilerdeki ana işlevi, toksik serbest amonyağı kan yoluyla taşınan glutamine dönüştürmektir.

Glutamat sentaz enzimi tarafından katalize edilen reaksiyonda, α-ketoglutarat, glutaminin nitrojen grubunun bir donörü olarak katıldığı indirgeyici bir aminasyon sürecinden geçer.

Hayvanlarda çok daha az görülmesine rağmen, glutamat aynı zamanda α-ketoglutarat ve L-glutamat dehidrojenaz enzimi tarafından katalize edilen amonyum (NH4) arasındaki tek aşamalı reaksiyonla da üretilir, neredeyse her yerde bulunur. canlı organizmalar.

Söz konusu enzim mitokondriyal matris ile ilişkilidir ve katalize ettiği reaksiyon kabaca aşağıdaki gibi yazılabilir, burada NADPH indirgeme gücü sağlamada çalışır:

α-ketoglutarat + NH4 + NADPH → L-glutamat + NADP (+) + su

Metabolizma ve bozulma

Glutamik asit, vücut hücreleri tarafından protein sentezi, enerji metabolizması, amonyum fiksasyonu veya nörotransmisyon gibi farklı amaçlara hizmet etmek için kullanılır.

Bazı sinir hücresi türlerinde hücre dışı ortamdan alınan glutamat, glutamine dönüştürülerek "geri dönüştürülebilir", bu glutamin hücre dışı sıvılara salınır ve nöronlar tarafından tekrar glutamin döngüsü olarak bilinen glutamata dönüştürülür. -glutamat .

Diyette besinle birlikte alındığında, glutamik asidin bağırsaktan emilimi genellikle alanin gibi diğer amino asitlere dönüşmesi ile sona erer, bu da onu bir enerji kaynağı olarak kullanan bağırsak mukozasının hücrelerinin aracılık ettiği bir süreçtir.

Öte yandan karaciğer, onu glikoz ve laktata dönüştürmekten sorumludur ve buradan kimyasal enerjinin esas olarak ATP şeklinde çıkarılmasıdır.

Glutamat dehidrojenazlar, glutamat-amonyum liyazlar ve glutaminazlar gibi farklı organizmalarda çeşitli glutamat metabolize edici enzimlerin varlığı rapor edilmiştir ve bunların çoğu Alzheimer hastalığına karışmıştır.

Glutamik Asit Zengin Gıdalar

Glutamik asit, insan tarafından tüketilen yiyeceklerin çoğunda bulunur ve bazı yazarlar, 70 kg ağırlığındaki bir insan için diyetten elde edilen günlük glutamik asit alımının yaklaşık 28 g olduğunu iddia etmektedir.

Bu amino asit açısından en zengin besinler arasında et (sığır, domuz, koyun vb.), Yumurta, süt ürünleri ve balığın öne çıktığı hayvansal menşeli besinler yer alır. Glutamat bakımından zengin bitki bazlı yiyecekler arasında tohumlar, tahıllar, kuşkonmaz ve diğerleri bulunur.

Bu amino asitten doğal olarak zengin olan farklı gıda türlerine ek olarak, bunların bir türevi, glutamatın monosodyum tuzu, birçok yemeğin ve endüstriyel olarak işlenmiş gıdanın lezzetini arttırmak veya arttırmak için bir katkı maddesi olarak kullanılır.

Alımının faydaları

Farklı mutfak preparatlarına eklenen glutamat, aromayı "uyarmaya" ve ağız boşluğunda görünüşe göre önemli fizyolojik ve besinsel önemi olan tat hissini geliştirmeye yardımcı olur.

Klinik deneyler, glutamik asit alımının, tat ve "hiposalivasyon" (düşük tükürük üretimi) ile ilgili "bozuklukların" veya oral patolojilerin tedavisinde potansiyel uygulamalara sahip olduğunu göstermiştir.

Aynı şekilde glutamik asit (glutamat), bağırsak mukozasındaki hücrelerin normal aktivitesini sürdürmek için büyük önem taşıyan bir besindir.

Bu amino asidin kemoterapötik tedavilere tabi tutulmuş sıçanlara verilmesinin, bağırsak mukozasının aktivitesini ve fonksiyonlarını sürdürmeye ve güçlendirmeye ek olarak bağırsağın immünolojik özelliklerini arttırdığı gösterilmiştir.

Japonya'da ise glutamik asit yönünden zengin besinlere dayalı tıbbi diyetler "perkütan endoskopik gastronomi" geçiren hastalar için tasarlanmıştır, yani duvarla bağlanan bir mide tüpünden beslenmeleri gerekir. karın.

Bu amino asit, normalde iştahsız olan kronik gastritli yaşlı hastalarda iştah uyandırmak için de kullanılır.

Son olarak, glutamik asit ve argininin oral beslenmesi ile ilgili çalışmalar, bunların kas dokusunda adipogenez ve adipoz dokularda lipoliz ile ilgili genlerin pozitif düzenlenmesinde rol oynadığını göstermektedir.

Eksiklik bozuklukları

Glutamik asit, amino asitler ve diğer nörotransmiterler gibi çeşitli molekül türlerinin sentezinde bir öncü görevi gördüğünden, biyosentezi ve geri dönüşümü ile ilgili enzimlerin ekspresyonuyla ilişkili genetik kusurlar, herhangi bir hayvanın vücudunun sağlığı için sonuçlar doğurabilir.

Örneğin, glutamik asit dekarboksilaz enzimi, inhibitör sinir reaksiyonları için gerekli olan bir nörotransmiter olan glutamatın gama aminobütirik aside (GABA) dönüştürülmesinden sorumludur.

Bu nedenle, glutamat esas olarak uyarıcı sinir sinapslarında işlev gördüğünden, glutamik asit ve GABA arasındaki denge kortikal uyarılabilirliğin kontrolünün sürdürülmesi için son derece önemlidir.

Buna karşılık, glutamat, öğrenme ve hafıza gibi bir dizi beyin fonksiyonunda yer aldığından, eksikliği bu bilişsel süreç sınıflarında onu bir nörotransmiter olarak gerektiren kusurlara neden olabilir.

Referanslar

1. Ariyoshi, M., Katane, M., Hamase, K., Miyoshi, Y., Nakane, M., Hoshino, A.,… Matoba, S. (2017). D-Glutamat, kalp mitokondrisinde metabolize edilir. Scientific Reports, 7 (Ağustos 2016), 1–9. https://doi.org/10.1038/srep43911
2. Barret, G. (1985). Amino Asitlerin Kimyası ve Biyokimyası. New York: Chapman ve Hall.
3. Danbolt, NC (2001). Glutamat alımı. Nörobiyolojide İlerleme, 65, 1-105.
4. Fonnum, F. (1984). Glutamat: memeli beynindeki bir nörotransmiter. Nörokimya Dergisi, 18 (1), 27–33.
5. Garattini, S. (2000). Uluslararası Glutamat Sempozyumu. Glutamik Asit, Yirmi Yıl Sonra.
6. Graham, TE, Sgro, V., Friars, D. ve Gibala, MJ (2000). Glutamat alımı: Dinlenme insanlarının plazma ve kas içermeyen amino asit havuzları. American Journal of Physiology- Endocrinology and Metabolism, 278, 83-89.
7. Hu, CJ, Jiang, QY, Zhang, T., Yin, YL, Li, FN, Su, JY,… Kong, XF (2017). Arginin ve glutamik asit ile diyet takviyesi, büyüyen domuzlarda anahtar lipojenik gen ekspresyonunu artırır. Hayvan Bilimi Dergisi, 95 (12), 5507–5515.
8. Johnson, JL (1972). Sinir Sisteminde Sinaptik Bir Verici Olarak Glutamik Asit. Bir inceleme. Brain Research, 37, 1–19.
9. Kumar, R., Vikramachakravarthi, D. ve Pal, P. (2014). Glutamik asit üretimi ve saflaştırılması: Proses yoğunlaştırmasına yönelik kritik bir inceleme. Kimya Mühendisliği ve İşleme: Proses Yoğunlaştırma, 81, 59–71.
10. Mourtzakis, M. ve Graham, TE (2002). Glutamat alımı ve insanlarda dinlenme ve egzersiz sırasındaki etkileri. Uygulamalı Fizyoloji Dergisi, 93 (4), 1251-1259.
11. Neil, E. (2010). Hidrojen Üretimi için Biyolojik Süreçler. Biyokimya Mühendisliği / Biyoteknolojideki Gelişmeler, 123 (Temmuz 2015), 127–141. https://doi.org/10.1007/10
12. Okumoto, S., Funck, D., Trovato, M. ve Forlani, G. (2016). Glutamat ailesinin amino asitleri: Birincil metabolizmanın ötesinde işlev görür. Bitki Biliminde Sınırlar, 7, 1–3.
13. Olubodun, JO, Zulkifli, I., Farjam, AS, Hair-Bejo, M. ve Kasim, A. (2015). Glutamin ve glutamik asit takviyesi, sıcak ve nemli tropikal koşullar altında etlik piliçlerin performansını artırır. İtalyan Hayvan Bilimi Dergisi, 14 (1), 25–29.
14. Umbarger, H. (1978). Amino Asit Biyosentezi ve Düzenlenmesi. Ann. Rev. Biochem. , 47, 533-606.
15. Waelsch, H. (1951). Glutamik Asit ve Serebral Fonksiyon. Protein Kimyasındaki Gelişmeler, 6, 299–341.
16. Yelamanchi, SD, Jayaram, S., Thomas, JK, Gundimeda, S., Khan, AA, Singhal, A.,… Gowda, H. (2015). Glutamat metabolizmasının bir yol haritası. Journal of Cell Communication and Signaling, 10 (1), 69-75.