Acido glutammico

L'acido glutammico (simbolo Glu o E) è un α-amminoacido utilizzato da quasi tutti gli esseri viventi nella biosintesi delle proteine. Non è essenziale negli esseri umani, il che significa che il corpo può sintetizzarlo. È anche un neurotrasmettitore eccitatorio, infatti il ​​più comune, nel sistema nervoso dei vertebrati. Serve come precursore per la sintesi dell'acido gamma-amminobutirrico inibitorio (GABA) nei neuroni GABA-ergici.

Ha una formula C5H9O4N. La struttura molecolare potrebbe essere idealizzata come HOOC-CH (NH2) - (CH2) 2-COOH, con due gruppi carbossilici -COOH e un gruppo amminico -NH2. Tuttavia, in soluzioni acquose solide e leggermente acide, la molecola adotta una struttura zwitterionica elettricamente neutra - OOC-CH (NH +3) - (CH2) 2-COOH. È codificato dai codoni GAA o GAG.

L'acido può perdere un protone dal suo secondo gruppo carbossilico per formare la base coniugata, il glutammato anionico negativo singolo −OOC-CH (NH +3) - (CH2) 2-COO−. Questa forma del composto è comune nelle soluzioni neutre. Il neurotrasmettitore glutammato svolge il ruolo più importante nell'attivazione neurale. Questo anione è anche responsabile del sapore saporito (umami) di alcuni alimenti e viene utilizzato negli aromi del glutammato come l'MSG. In Europa è classificato come additivo alimentare E620. Nelle soluzioni fortemente alcaline prevale il doppio anione negativo −OOC-CH (NH2) - (CH2) 2-COO-. Il radicale corrispondente al glutammato è chiamato glutamile.

Funzione e utilizzo

-Metabolismo

Il glutammato è una sostanza importante nel metabolismo cellulare. Negli esseri umani, le proteine ​​alimentari vengono scomposte attraverso la digestione in amminoacidi, che servono come carburante metabolico per altri ruoli funzionali nel corpo. Un processo chiave nella scomposizione degli amminoacidi è la transaminazione, in cui il gruppo amminico viene trasferito da un amminoacido a un α-chetoacido, tipicamente catalizzato da una transaminasi. La reazione può essere generalizzata come tale:

R1-amminoacido + R2-α-chetoacido ⇌ R1-α-chetoacido + R2-amminoacido

Un comune α-chetoacido è l'α-chetoglutarato, un intermedio nel ciclo dell'acido citrico. La transaminazione dell'α-chetoglutarato produce glutammato. Il prodotto α-chetoacido risultante è spesso utile, che può contribuire come combustibile o come substrato per ulteriori processi metabolici. Gli esempi sono i seguenti:

Alanina + α-chetoglutarato ⇌ piruvato + glutammato

Aspartato + α-chetoglutarato ⇌ ossalacetato + glutammato

Sia il piruvato che l'ossalacetato sono componenti importanti del metabolismo cellulare e contribuiscono come substrati o intermedi a processi fondamentali come la glicolisi, la gluconeogenesi e il ciclo dell'acido citrico.

Il glutammato svolge anche un ruolo importante nella rimozione dell'azoto in eccesso o di scarto dal corpo. Il glutammato subisce la deaminazione, una reazione ossidativa catalizzata dalla glutammato deidrogenasi, come segue:

glutammato + H2O + NADP + → α-chetoglutarato + NADPH + NH3 + H +

L'ammoniaca (come ammonio) viene quindi escreta principalmente come urea, che viene prodotta nel fegato. Pertanto, la transaminazione può essere collegata alla deaminazione, che consente di rimuovere efficacemente l'azoto dai gruppi amminici di amminoacidi, tramite il glutammato come intermedio, e infine escreto dal corpo sotto forma di urea.

Il glutammato è anche un neurotrasmettitore, rendendolo una delle molecole più abbondanti nel cervello. I tumori cerebrali maligni noti come glioma o glioblastoma sfruttano questo fenomeno utilizzando il glutammato come fonte di energia, soprattutto quando questi tumori diventano più dipendenti dal glutammato a causa di mutazioni nel gene IDH1.

-Neurotrasmettitore

Il glutammato è il neurotrasmettitore eccitatorio più abbondante nel sistema nervoso dei vertebrati. Nelle sinapsi chimiche, il glutammato viene immagazzinato in vescicole. Gli impulsi nervosi provocano il rilascio di glutammato dalla cellula presinaptica. Il glutammato agisce sui recettori ionotropici e metabotropici (accoppiati a proteine ​​G). Nella cellula postsinaptica opposta, i recettori del glutammato, come il recettore NMDA o il recettore AMPA, si legano al glutammato e si attivano. A causa del suo ruolo nella plasticità sinaptica, il glutammato è coinvolto nelle funzioni cognitive come l'apprendimento e la memoria nel cervello. La forma di plasticità nota come rinforzo sostenuto si verifica nelle sinapsi glutamatergiche nell'ippocampo, nella neocorteccia e in altre parti del cervello. Il glutammato agisce non solo come un trasmettitore punto a punto, ma anche da un crosstalk sinaptico traboccante tra le sinapsi dove la somma del glutammato rilasciato da una sinapsi adiacente crea segnali extrasinaptici / trasmissione di volume. Inoltre, il glutammato svolge un ruolo importante nella regolazione dei coni di crescita e nella sinaptogenesi durante lo sviluppo del cervello, come originariamente descritto da Mark Mattson.

-Circuiti di segnalazione glutamatergici non sinaptici nel cervello

È stato scoperto che il glutammato extracellulare nel cervello della Drosophila regola il raggruppamento dei recettori postsinaptici del glutammato, attraverso un processo di desensibilizzazione del recettore. Un gene espresso nelle cellule gliali trasporta attivamente il glutammato nello spazio extracellulare, mentre nel nucleo accumbens, stimolando i recettori metabotropici del glutammato di gruppo II, questo gene ha ridotto i livelli di glutammato extracellulare. Ciò aumenta la possibilità che questo glutammato extracellulare svolga un ruolo "endocrino" come parte di un più ampio sistema omeostatico.
Precursore del GABA

Il glutammato funge anche da precursore per la sintesi dell'acido gamma-amminobutirrico inibitorio (GABA) nei neuroni GABA-ergici. Questa reazione è catalizzata dalla glutammato decarbossilasi (GAD), che è più abbondante nel cervelletto e nel pancreas.

La sindrome della persona rigida è un disturbo neurologico causato da anticorpi anti-GAD, che porta a una diminuzione della sintesi di GABA e quindi a una ridotta funzione motoria come rigidità muscolare e spasmo. Poiché il pancreas ha un'abbondante GAD, la distruzione immunologica diretta avviene nel pancreas e i pazienti avranno il diabete mellito.

-Esaltatore di sapidità

L'acido glutammico, un costituente delle proteine, è presente negli alimenti contenenti proteine, ma può essere gustato solo quando è presente in forma non legata. Quantità significative di acido glutammico libero sono presenti in un'ampia varietà di alimenti, inclusi formaggi e salsa di soia, e l'acido glutammico è responsabile dell'umami, uno dei cinque gusti fondamentali del senso del gusto umano. L'acido glutammico è spesso usato come additivo alimentare e esaltatore di sapidità sotto forma di sale di sodio, noto come glutammato monosodico (MSG).

-Nutrienti

Tutte le carni, pollame, pesce, uova, latticini e kombu sono ottime fonti di acido glutammico. Alcuni alimenti vegetali ricchi di proteine ​​servono anche come fonti. Dal 30% al 35% del glutine (gran parte delle proteine ​​del grano) è acido glutammico. Il novantacinque per cento del glutammato nella dieta viene metabolizzato in un primo passaggio dalle cellule intestinali.

-Crescita delle piante

Auxigro è un preparato per la crescita delle piante che contiene il 30% di acido glutammico.

Spettroscopia NMR

Negli ultimi anni sono state condotte molte ricerche sull'uso dell'accoppiamento dipolare residuo (RDC) nella spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR). Un derivato dell'acido glutammico, il poli-y-benzil-L-glutammato (PBLG), viene spesso utilizzato come mezzo di allineamento per controllare la scala delle interazioni dipolari osservate.