Glutaminezuur

Glutaminezuur (symbool Glu of E) is een α-aminozuur dat door bijna alle levende wezens wordt gebruikt bij de biosynthese van eiwitten. Het is niet essentieel bij mensen, wat betekent dat het lichaam het kan synthetiseren. Het is ook een exciterende neurotransmitter, in feite de meest voorkomende, in het zenuwstelsel van gewervelde dieren. Het dient als voorloper voor de synthese van het remmende gamma-aminoboterzuur (GABA) in GABA-ergische neuronen.

Het heeft een formule C5H9O4N. De moleculaire structuur zou kunnen worden geïdealiseerd als HOOC-CH (NH2) - (CH2) 2-COOH, met twee carboxylgroepen -COOH en één aminogroep -NH2. In vaste en licht zure wateroplossingen neemt het molecuul echter een elektrisch neutrale zwitterionstructuur aan - OOC-CH (NH +3) - (CH2) 2-COOH. Het wordt gecodeerd door de codons GAA of GAG.

Het zuur kan één proton uit zijn tweede carboxylgroep verliezen om de geconjugeerde base te vormen, het enkelvoudig negatieve anionglutamaat −OOC-CH (NH +3) - (CH2) 2-COO−. Deze vorm van de verbinding komt veel voor in neutrale oplossingen. De glutamaat-neurotransmitter speelt de belangrijkste rol bij neurale activering. Dit anion is ook verantwoordelijk voor de hartige smaak (umami) van bepaalde voedingsmiddelen en wordt gebruikt in glutamaataroma's zoals MSG. In Europa is het geclassificeerd als levensmiddelenadditief E620. In sterk alkalische oplossingen is het dubbel negatieve anion −OOC-CH (NH2) - (CH2) 2-COO-prevaleert. Het radicaal dat overeenkomt met glutamaat wordt glutamyl genoemd.

Functie en gebruik

-Metabolisme

Glutamaat is een belangrijke stof in het celmetabolisme. Bij mensen worden voedingseiwitten door vertering afgebroken tot aminozuren, die dienen als metabole brandstof voor andere functionele rollen in het lichaam. Een sleutelproces bij de afbraak van aminozuren is transaminatie, waarbij de aminogroep van een aminozuur wordt overgebracht naar een a-ketozuur, typisch gekatalyseerd door een transaminase. De reactie kan als zodanig worden gegeneraliseerd:

R1-aminozuur + R2-α-ketozuur ⇌ R1-α-ketozuur + R2-aminozuur

Een veel voorkomend α-ketozuur is α-ketoglutaraat, een tussenproduct in de citroenzuurcyclus. Transaminatie van α-ketoglutaraat geeft glutamaat. Het resulterende α-ketozuurproduct is vaak ook nuttig, dat kan bijdragen als brandstof of als substraat voor verdere metabolismeprocessen. Voorbeelden zijn als volgt:

Alanine + α-ketoglutaraat ⇌ pyruvaat + glutamaat

Aspartaat + α-ketoglutaraat ⇌ oxaloacetaat + glutamaat

Zowel pyruvaat als oxaloacetaat zijn belangrijke componenten van het cellulaire metabolisme en dragen als substraten of tussenproducten bij aan fundamentele processen zoals glycolyse, gluconeogenese en de citroenzuurcyclus.

Glutamaat speelt ook een belangrijke rol bij de afvoer van overtollige of afvalstikstof door het lichaam. Glutamaat ondergaat deaminatie, een oxidatieve reactie gekatalyseerd door glutamaatdehydrogenase, als volgt:

glutamaat + H2O + NADP + → α-ketoglutaraat + NADPH + NH3 + H +

Ammoniak (als ammonium) wordt vervolgens voornamelijk uitgescheiden als ureum, dat wordt aangemaakt in de lever. Transaminatie kan dus worden gekoppeld aan deaminatie, waardoor stikstof uit de aminegroepen van aminozuren effectief kan worden verwijderd, via glutamaat als tussenproduct en uiteindelijk uit het lichaam wordt uitgescheiden in de vorm van ureum.

Glutamaat is ook een neurotransmitter, waardoor het een van de meest voorkomende moleculen in de hersenen is. Kwaadaardige hersentumoren die bekend staan ​​als glioma of glioblastoma maken gebruik van dit fenomeen door glutamaat als energiebron te gebruiken, vooral wanneer deze tumoren afhankelijker worden van glutamaat door mutaties in het gen IDH1.

-Neurotransmitter

Glutamaat is de meest voorkomende exciterende neurotransmitter in het zenuwstelsel van gewervelde dieren. Bij chemische synapsen wordt glutamaat opgeslagen in blaasjes. Zenuwimpulsen veroorzaken de afgifte van glutamaat uit de presynaptische cel. Glutamaat werkt op ionotrope en metabotrope (G-proteïne gekoppelde) receptoren. In de tegenovergestelde postsynaptische cel binden glutamaatreceptoren, zoals de NMDA-receptor of de AMPA-receptor, glutamaat en worden geactiveerd. Vanwege zijn rol in synaptische plasticiteit is glutamaat betrokken bij cognitieve functies zoals leren en geheugen in de hersenen. De vorm van plasticiteit die bekend staat als langdurige versterking vindt plaats bij glutamaterge synapsen in de hippocampus, neocortex en andere delen van de hersenen. Glutamaat werkt niet alleen als een point-to-point-zender, maar ook door overloop van synaptische overspraak tussen synapsen waarbij sommatie van glutamaat dat vrijkomt uit een naburige synaps extrasynaptische signalering / volumetransmissie creëert. Bovendien speelt glutamaat een belangrijke rol bij de regulering van groeikegels en synaptogenese tijdens hersenontwikkeling, zoals oorspronkelijk beschreven door Mark Mattson.

-Niet-synaptische glutamaterge signaalcircuits in de hersenen

Extracellulair glutamaat in Drosophila-hersenen bleek de postsynaptische glutamaatreceptorclustering te reguleren, via een proces waarbij de receptor ongevoelig wordt gemaakt. Een gen dat in gliacellen tot expressie wordt gebracht, transporteert glutamaat actief naar de extracellulaire ruimte, terwijl dit gen in de nucleus accumbens-stimulerende groep II metabotrope glutamaatreceptoren de extracellulaire glutamaatspiegels verlaagde. Dit verhoogt de mogelijkheid dat dit extracellulaire glutamaat een "endocriene-achtige" rol speelt als onderdeel van een groter homeostatisch systeem.
GABA-voorloper

Glutamaat dient ook als voorloper voor de synthese van het remmende gamma-aminoboterzuur (GABA) in GABA-ergische neuronen. Deze reactie wordt gekatalyseerd door glutamaatdecarboxylase (GAD), dat het meest voorkomt in het cerebellum en de alvleesklier.

Het syndroom van Stiff Person is een neurologische aandoening veroorzaakt door anti-GAD-antilichamen, die leidt tot een afname van de GABA-synthese en daardoor tot een verminderde motorische functie zoals spierstijfheid en spasmen. Aangezien de alvleesklier een overvloedige GAD heeft, vindt er een directe immunologische vernietiging plaats in de alvleesklier en zullen de patiënten diabetes mellitus hebben.

-Smaakversterker

Glutaminezuur, een bestanddeel van eiwitten, is aanwezig in voedingsmiddelen die eiwitten bevatten, maar het kan alleen worden geproefd als het in ongebonden vorm aanwezig is. Significante hoeveelheden vrij glutaminezuur zijn aanwezig in een grote verscheidenheid aan voedingsmiddelen, waaronder kazen en sojasaus, en glutaminezuur is verantwoordelijk voor umami, een van de vijf basissmaken van het menselijke smaakgevoel. Glutaminezuur wordt vaak gebruikt als voedseladditief en smaakversterker in de vorm van natriumzout, bekend als mononatriumglutamaat (MSG).

-Nutriënt

Alle soorten vlees, gevogelte, vis, eieren, zuivelproducten en kombu zijn uitstekende bronnen van glutaminezuur. Sommige eiwitrijke plantaardige voedingsmiddelen dienen ook als bronnen. 30% tot 35% van gluten (veel van het eiwit in tarwe) is glutaminezuur. Vijfennegentig procent van het glutamaat in de voeding wordt in een eerste doorgang gemetaboliseerd door darmcellen.

-Plantengroei

Auxigro is een plantengroeipreparaat dat 30% glutaminezuur bevat.

-NMR-spectroscopie

In de afgelopen jaren is veel onderzoek gedaan naar het gebruik van residuele dipolaire koppeling (RDC) in kernspinresonantiespectroscopie (NMR). Een glutaminezuurderivaat, poly-y-benzyl-L-glutamaat (PBLG), wordt vaak gebruikt als uitlijnmedium om de schaal van de waargenomen dipolaire interacties te beheersen.