ÀCID GLUTÀMIC: CARACTERÍSTIQUES, FUNCIONS, BIOSÍNTESI - BIOLOGIA - 2025

L' àcid glutàmic és un dels 22 aminoàcids que componen a les proteïnes de tots els éssers vius i un dels més abundants en la naturalesa. Ja que el cos humà té vies intrínseques per a la seva biosíntesi, aquest no és considerat com essencial.

Juntament amb l'àcid aspàrtic, l'àcid glutàmic pertany a el grup dels aminoàcids polars carregats negativament i, d'acord amb els dos sistemes de nomenclatura existents (de tres o una lletra), es denota com " Glu " o com " I ".

Estructura de l'aminoàcid àcid glutàmic (Font: Hbf878 via Wikimedia Commons)

Aquest aminoàcid va ser descobert en 1866 pel químic alemany Rittershausen mentre estudiava hidrolitzats de gluten de blat, d'allí la seva denominació "glutàmic". Després del seu descobriment, s'ha determinat la seva presència a gran part dels éssers vius, per la qual cosa es pensa que té funcions essencials per a la vida.

L'àcid L-glutàmic es considera com un dels més importants mediadors en la transmissió de senyals excitatorias en el sistema nerviós central dels animals vertebrats i també és necessari per al funcionament normal de el cervell, així com per al desenvolupament cognitiu, la memòria i l'aprenentatge.

Alguns dels seus derivats, a més, tenen importants funcions a nivell industrial, especialment pel que fa a preparacions culinàries, ja que ajuda a potenciar el sabor dels menjars.

Característiques

Tot i no ser un aminoàcid essencial per als humans, el glutamat (la forma ionitzada de l'àcid glutàmic) té importants implicacions nutricionals per al creixement animal i s'ha plantejat que posseeix un valor nutritiu molt més gran que el d'altres aminoàcids no essencials.

Aquest aminoàcid és especialment abundant en el cervell, sobretot en l'espai intracel·lular (citosol), el que permet l'existència d'un gradient entre el citosol i l'espai extracel·lular, que és delimitat per la membrana plasmàtica de les cèl·lules nervioses.

A causa de que té moltes funcions en les sinapsis excitatòries ja que exerceix les seves funcions actuant sobre receptors específics, la seva concentració es manté en nivells controlats, especialment en l'ambient extracel·lular, ja que aquests receptors generalment "miren" cap a fora de les cèl·lules.

Els llocs de major concentració de glutamat són els terminals nerviosos, però, la seva distribució està condicionada per les necessitats energètiques de les cèl·lules de tot el cos.

Depenent de l'tipus de cèl·lula, quan l'àcid glutàmic entra a la mateixa pot ser dirigit cap a la mitocòndria, amb finalitats energètiques, o pot redistribuir cap a vesícules sinàptiques i tots dos processos fan servir sistemes específics de transport intracel·lular.

estructura

L'àcid glutàmic, com la resta dels aminoàcids, és un α-aminoàcid que posseeix un àtom de carboni central (que és quiral), el carboni α, a què s'uneixen altres quatre grups: un grup carboxil, un grup amino, 1 àtom d'hidrogen i un grup substituent (cadena lateral o grup R).

El grup R de l'àcid glutàmic li atorga a la molècula un segon grup carboxil (-COOH) i la seva estructura és -CH2-CH2-COOH (-CH2-CH2-COO- en la seva forma ionitzada), de manera que la suma d'àtoms de carboni totals de la molècula és de cinc.

Aquest aminoàcid té una massa relativa de 147 g / mol i la constant de dissociació (pKa) del seu grup R és de 4.25. Té un punt isoelèctric de 3.22 i l'índex de presència mitjana en proteïnes està al voltant del 7%.

Ja que a pH neutre (al voltant de 7), l'àcid glutàmic està ionitzat i posseeix càrrega negativa, és classificat dins el grup dels aminoàcids polars carregats negativament, grup en el qual també està inclòs l'àcid aspàrtic (aspartat, en la seva forma ionitzada).

funcions

L'àcid glutàmic o la seva forma ionitzada, el glutamat, té múltiples funcions, no només des del punt de vista fisiològic, sinó també des del punt de vista industrial, clínic i gastronòmic.

Funcions fisiològiques de l'àcid glutàmic

Una de les funcions fisiològiques més populars de l'àcid glutàmic en el cos de la major part dels vertebrats és la seva participació com a neurotransmissor excitador en el cervell. S'ha determinat que més de l'80% de les sinapsis excitatòries es comuniquen emprant glutamat o algun dels seus derivats.

Entre les funcions que tenen les sinapsis que fan servir aquest aminoàcid durant la senyalització estan el reconeixement, l'aprenentatge, la memòria i altres.

El glutamat també està relacionat amb el desenvolupament de el sistema nerviós, amb la iniciació i l'eliminació de la sinapsis i amb la migració, la diferenciació i la mort cel·lular. És important per a la comunicació entre òrgans perifèrics com el tracte alimentari, el pàncrees i els ossos.

Addicionalment, el glutamat té funcions tant en els processos de síntesi proteica i peptídica, com en la síntesi d'àcids grassos, en la regulació dels nivells cel·lulars de nitrogen i en el control de l'balanç aniònic i osmòtic.

Serveix com a precursor per a diferents intermediaris de l'cicle d'àcids tricarboxílics (cicle de Krebs) i també d'altres neurotransmissors com el GABA (àcid gamma aminobutíric). Al seu torn, és precursor en la síntesi d'altres aminoàcids com la L-prolina, la L-arginina i la L-alanina.

aplicacions clíniques

Diferents enfocaments farmacèutics es basen principalment en els receptors d'àcid glutàmic com blancs terapèutics per al tractament de malalties psiquiàtriques i altres patologies relacionades amb la memòria.

El glutamat també ha estat emprat com a agent actiu en diferents formulacions farmacològiques dissenyades per tractar infarts a l'miocardi i dispèpsia funcional (problemes gàstrics o indigestions).

Aplicacions industrials de l'àcid glutàmic

L'àcid glutàmic i els seus derivats tenen diverses aplicacions en diferents indústries. Per exemple, la sal monosódica de glutamat és emprada en la indústria alimentària com a condiment.

Aquest aminoàcid també és el material de partida per a la síntesi d'altres químics i el poliácido glutàmic és un polímer aniònic natural biodegradable, comestible i no tòxic per als humans o per al medi ambient.

En la indústria alimentària és també emprat com espessidor i com a agent "aliviador" de l'amargor de diferents aliments.

També és emprat com crioprotector, com adhesiu biològic "curable", com a transportador de drogues, per al disseny de fibres biodegradables i d'hidrogels capaços d'absorbir grans quantitats d'aigua, entre d'altres.

biosíntesi

Tots els aminoàcids deriven d'intermediaris glucolíticos, de el cicle de Krebs o de la ruta de les pentoses fosfat. El glutamat, específicament, és obtingut a partir de la glutamina, de l'α-cetoglutarato i de la 5-oxoprolina, tots derivats de el cicle de Krebs.

La ruta biosintètica d'aquest aminoàcid és bastant simple i els seus passos estan en gairebé tots els organismes vius.

El glutamat i el metabolisme de l'nitrogen

En el metabolisme de l'nitrogen, és a través de l'glutamat i la glutamina que l'amoni és incorporat a les diferents biomolècules de el cos i, per mitjà de reaccions de transaminació, el glutamat proporciona els grups amino de la majoria dels aminoàcids.

Així, aquesta ruta implica l'assimilació dels ions amoni a molècules de glutamat, el que té lloc en dues reaccions.

El primer pas de la ruta és catalitzat per un enzim conegut com glutamina sintetasa, que està present en pràcticament tots els organismes i que participa en la reducció de glutamat i amoni per produir glutamina.

En els bacteris i les plantes, en canvi, el glutamat és produït a partir de la glutamina per l'enzim coneguda com glutamat sintasa.

En els animals, aquest és produït a partir de la transaminación de l'α-cetoglutarato, que té lloc durant el catabolisme d'aminoàcids. La seva funció principal en els mamífers és la de convertir l'amoni lliure tòxic en glutamina, que és transportada per la sang.

En la reacció catalitzada per l'enzim glutamat sintasa, el α-cetoglutarato passa per un procés de aminació reductiva, on la glutamina participa com a donant de el grup nitrogenat.

Encara que ocorre en molta menor proporció, en els animals el glutamat també és produït per la reacció d'un sol pas entre el α-cetoglutarato i l'amoni (NH4), que és catalitzada per l'enzim L-glutamat deshidrogenasa, ubiqua virtualment en tots els organismes vius.

Aquesta enzim s'associa amb la matriu mitocondrial i la reacció que catalitza pot escriure més o menys com segueix, on el NADPH funciona al subministrament de poder reductor:

α-cetoglutarato + NH4 + NADPH → L-glutamat + NADP (+) + aigua

Metabolisme i degradació

L'àcid glutàmic és emprat per les cèl·lules de el cos per servir diferents propòsits, entre els quals ressalten la síntesi de proteïnes, el metabolisme energètic, la fixació d'amoni o la neurotransmissió.

El glutamat pres d'el medi extracel·lular en alguns tipus de cèl·lules nervioses pot ser "reciclat" a l'ésser convertir-lo en glutamina, que és alliberada als fluids extracel·lulars i presa per les neurones per a ser transformada novament en glutamat, el que es coneix com el cicle glutamina -glutamato.

Un cop ingerit amb els aliments de la dieta, l'absorció intestinal de l'àcid glutàmic acaba, generalment, en la seva transformació en altres aminoàcids com l'alanina, procés mediat per les cèl·lules de la mucosa intestinal, que també ho fan servir com a font d'energia.

El fetge, d'altra banda, s'encarrega de convertir-lo en glucosa i lactat, dels quals s'extreu energia química principalment en forma d'ATP.

S'ha reportat l'existència de diversos enzims metabolitzadors de glutamat en diferents organismes, com és el cas de les glutamat deshidrogenases, de les glutamat-amoni liasas i de les glutaminasas i moltes d'aquestes han estat implicades amb la malaltia d'Alzheimer.

Aliments rics en àcid glutàmic

L'àcid glutàmic és present en la major part dels aliments consumits per l'home i alguns autors afirmen que per a un ésser humà de 70 kg de pes, la ingesta diària d'àcid glutàmic derivada de la dieta està al voltant dels 28 g.

Entre els aliments més rics en aquest aminoàcid es troben els d'origen animal, on ressalten els carnis (boví, porcí, oví, etc.), ous, làctics i peix. Els aliments d'origen vegetal rics en glutamat són les llavors, els grans, els espàrrecs i altres.

A més dels diferents tipus d'aliments naturalment rics en aquest aminoàcid, un derivat de la mateixa, la sal monosódica de l'glutamat és emprat com a additiu per potenciar o incrementar el gust de nombrosos platets i aliments processats industrialment.

Beneficis de la seva ingesta

El glutamat afegit a diferents preparacions culinàries ajuda a "induir" el gust ia millorar la sensació de el gust en la cavitat bucal, el que aparentment té importants significats fisiològics i nutricionals.

Assaigs clínics han demostrat que la ingesta d'àcid glutàmic té aplicacions potencials en el tractament de "desordres" o patologies bucals relacionades amb el gust i la "hiposalivación" (escassa producció de saliva).

Així mateix, l'àcid glutàmic (glutamat) és un nutrient de gran importància per al manteniment de l'activitat normal de les cèl·lules en la mucosa intestinal.

S'ha demostrat que el subministrament d'aquest aminoàcid a rates que han estat sotmeses a tractaments quimioterapèutics incrementa les característiques immunològiques de l'intestí, a més de mantenir i potenciar l'activitat i les funcions de la mucosa intestinal.

Al Japó, d'altra banda, s'han dissenyat dietes mèdiques basades en aliments rics en àcid glutàmic per a pacients sotmesos a "gastronomia endoscòpica percutània", és a dir, que han de ser alimentats a través d'un tub estomacal que es connecta a través de la paret abdominal.

Aquest aminoàcid també és emprat per induir la gana en pacients ancians amb gastritis crònica que són normalment inapetents.

Finalment, estudis relacionats amb el subministrament oral d'àcid glutàmic i arginina suggereixen que aquests estan implicats en la regulació positiva dels gens relacionats amb la adipogènesi en el teixit muscular i amb la lipòlisi en els teixits adiposos.

Trastorns per deficiència

Ja que l'àcid glutàmic serveix com a precursor en la síntesi de diversos tipus de molècules com aminoàcids i altres neurotransmissors, defectes genètics associats amb l'expressió dels enzims relacionades amb la seva biosíntesi i reciclatge poden tenir conseqüències per a la salut de el cos de qualsevol animal.

Per exemple, l'enzim àcid glutàmic descarboxilasa és l'encarregada de la conversió de l'glutamat en àcid gamma aminobutíric (GABA), un neurotransmissor essencial per a les reaccions nervioses inhibitòries.

Per tant, el balanç entre l'àcid glutàmic i el GABA és de summa importància per al manteniment de l'control de l'excitabilitat cortical, ja que el glutamat funciona principalment en les sinapsis nervioses excitatorias.

Al seu torn, atès que el glutamat està implicat en una sèrie de funcions cerebrals com l'aprenentatge i la memòria, la seva deficiència podria causar defectes en aquestes classes de processos cognitius que ho requereixen com a neurotransmissor.

referències

1. Ariyoshi, M., Katane, M., Hamase, K., Miyoshi, I., Nakane, M., Hoshino, A.,… Matoba, S. (2017). D -Glutamate is metabolized in the heart mitocondri. Scientific Reports, 7 (August 2016), 1-9.
2. Barret, G. (1985). Chemistry and Biochemistry of the Amino Acids. New York: Chapman and Hall.
3. Danbolt, NC (2001). Glutamate uptake. Progress in Neurobiology, 65, 1-105.
4. Fonnum, F. (1984). Glutamate: a neurotransmitter in the mammalian brain. Journal of Neurochemistry, 18 (1), 27-33.
5. Garattini, S. (2000). International Symposium on Glutamate. Glutàmic Acid, Twenty Years Later.
6. Graham, TE, Sgro, V., Friars, D., & Gibala, MJ (2000). Glutamate ingestió: The plasma and muscle free amino acid pools of resting humans. American Journal of Physiology- Endocrinology and Metabolism, 278, 83-89.
7. Hu, CJ, Jiang, QY, Zhang, T., Yin, IL, Li, FN, La seva, JI,… Kong, XF (2017). Dietary supplementation with arginine and glutàmic acid enhances key lipogenic gene expression in growing pigs. Journal of Animal Science, 95 (12), 5507-5515.
8. Johnson, JL (1972). Glutàmic Acid es a Synaptic Transmitter in the Nervous System. A review. Brain Research, 37, 1-19.
9. Kumar, R., Vikramachakravarthi, D., & Pal, P. (2014). Production and purification of glutàmic acid: A critical review towards process intensification. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 81, 59-71.
10. Mourtzakis, M., & Graham, ET (2002). Glutamate ingestió and its effects at rest and during exercise in humans. Journal of Applied Physiology, 93 (4), 1251-1259.
11. Neil, I. (2010). Biological Processes for Hydrogen Production. Advances in Biochemical Engineering / Biotechnology, 123 (July 2015), 127-141.
12. Okumoto, S., Funck, D., Trovato, M., & Forlani, G. (2016). Amino àcids of the glutamate family: Functions beyond primary metabolism. Frontiers in Plant Science, 7, 1-3.
13. Olubodun, JO, Zulkifli, I., Farjam, AS, Hair-Bejo, M., & Kasim, A. (2015). Glutamine and glutàmic acid supplementation enhances performance of broiler Chickens under the hot and HUMID tropical condition. Italian Journal of Animal Science, 14 (1), 25-29.
14. Umbarger, H. (1978). Amino Acid Biosynthesis and its Regulation. Ann. Rev. Biochem., 47, 533-606.
15. Waelsch, H. (1951). Glutàmic Acid and Cerebral Function. Advances in Protein Chemistry, 6, 299-341.
16. Yelamanchi, SD, Jayaram, S., Thomas, JK, Gundimeda, S., Khan, AA, Singhal, A.,… Gowda, H. (2015). A pathway map of glutamate metabolism. Journal of Cell Comunicació a Signaling, 10 (1), 69-75.