ASID GLUTAMAT: CIRI, FUNGSI, BIOSINTESIS - BIOLOGI - 2024

The asid glutamik adalah salah satu daripada 22 amino asid yang membentuk protein dalam semua benda hidup dan salah satu yang paling banyak di alam semula jadi. Oleh kerana tubuh manusia mempunyai jalur intrinsik untuk biosintesisnya, ia tidak dianggap mustahak.

Bersama dengan asid aspartat, asid glutamat tergolong dalam kumpulan asid amino kutub bermuatan negatif dan, menurut dua sistem nomenklatur yang ada (tiga atau satu huruf), ia dilambangkan sebagai " Glu " atau sebagai " E ".

Struktur Asid Glutamat Asid amino (Sumber: Hbf878 melalui Wikimedia Commons)

Asid amino ini ditemui pada tahun 1866 oleh ahli kimia Jerman Rittershausen semasa dia mempelajari gluten gandum yang dihidrolisis, sehingga namanya "glutamat". Setelah penemuannya, keberadaannya telah ditentukan di sebahagian besar makhluk hidup, sehingga dianggap bahawa ia mempunyai fungsi penting untuk kehidupan.

Asid L-glutamat dianggap sebagai pengantara yang paling penting dalam penghantaran isyarat rangsangan dalam sistem saraf pusat haiwan vertebrata dan juga diperlukan untuk fungsi otak normal, serta untuk perkembangan kognitif, ingatan dan Pembelajaran.

Sebilangan turunannya juga mempunyai fungsi penting pada tingkat industri, terutama yang berkaitan dengan penyediaan masakan, kerana membantu meningkatkan rasa makanan.

ciri

Walaupun bukan merupakan asid amino penting bagi manusia, glutamat (bentuk asid glutamat yang terionisasi) mempunyai implikasi pemakanan yang penting untuk pertumbuhan haiwan dan telah disarankan mempunyai nilai pemakanan yang jauh lebih tinggi daripada asid amino tidak penting yang lain.

Asid amino ini banyak terdapat di otak, terutama di ruang intraselular (sitosol), yang memungkinkan adanya kecerunan antara sitosol dan ruang ekstraselular, yang dibatasi oleh membran plasma sel-sel saraf.

Oleh kerana ia mempunyai banyak fungsi dalam sinapsis rangsangan dan bahawa ia menjalankan fungsinya dengan bertindak pada reseptor tertentu, konsentrasinya disimpan pada tahap terkawal, terutama di lingkungan ekstraselular, kerana reseptor ini umumnya "melihat" keluar dari sel.

Tapak dengan kepekatan glutamat tertinggi adalah terminal saraf, namun pengedarannya dikondisikan oleh keperluan tenaga sel di seluruh badan.

Bergantung pada jenis sel, ketika asam glutamat memasuki sel itu dapat diarahkan ke mitokondria, untuk tujuan tenaga, atau dapat diagihkan kembali ke vesikel sinaptik dan kedua proses menggunakan sistem pengangkutan intraselular tertentu.

Struktur

Asid glutamat, seperti asid amino yang lain, adalah asid α-amino yang mempunyai atom karbon pusat (yang merupakan kiral), karbon α, yang mana empat kumpulan lain dilampirkan: kumpulan karboksil, kumpulan amino, a atom hidrogen dan kumpulan pengganti (rantai sampingan atau kumpulan R).

Kumpulan R asid glutamat memberikan molekul kumpulan karboksil kedua (-COOH) dan strukturnya adalah -CH2-CH2-COOH (-CH2-CH2-COO- dalam bentuk terioninya), jadi jumlah atom jumlah karbon molekul adalah lima.

Asid amino ini mempunyai jisim relatif 147 g / mol dan pemalar pemisahan (pKa) bagi kumpulan Rnya adalah 4.25. Ia mempunyai titik isoelektrik 3.22 dan rata-rata indeks kehadiran protein sekitar 7%.

Oleh kerana pada pH netral (sekitar 7), asid glutamat diionisasi dan mempunyai muatan negatif, ia diklasifikasikan dalam kumpulan asid amino polar bermuatan negatif, kumpulan di mana asid aspartat (aspartat, dalam bentuk terionnya juga disertakan ).

ciri-ciri

Asid glutamat atau bentuk terionnya, glutamat, mempunyai pelbagai fungsi, bukan hanya dari sudut pandang fisiologi, tetapi juga dari sudut industri, klinikal dan gastronomi.

Fungsi fisiologi asid glutamat

Salah satu fungsi fisiologi asid glutamat yang paling popular di dalam badan kebanyakan vertebrata adalah peranannya sebagai neurotransmitter rangsangan di otak. Telah ditentukan bahawa lebih daripada 80% sinaps rangsangan berkomunikasi menggunakan glutamat atau salah satu turunannya.

Antara fungsi sinaps yang menggunakan asid amino ini semasa memberi isyarat adalah pengecaman, pembelajaran, ingatan, dan lain-lain.

Glutamat juga berkaitan dengan pengembangan sistem saraf, dengan permulaan dan penghapusan sinapsis, dan dengan migrasi sel, pembezaan, dan kematian. Penting untuk komunikasi antara organ periferal seperti saluran pencernaan, pankreas, dan tulang.

Selain itu, glutamat mempunyai fungsi baik dalam proses sintesis protein dan peptida, serta dalam sintesis asid lemak, dalam pengaturan tahap nitrogen sel dan dalam kawalan keseimbangan anionik dan osmotik.

Ia berfungsi sebagai pendahulu bagi perantaraan yang berbeza dari kitaran asid tricarboxylic (kitaran Krebs) dan juga untuk neurotransmitter lain seperti GABA (asid gamma aminobutyric). Sebaliknya, ia adalah pendahulu dalam sintesis asid amino lain seperti L-proline, L-arginine dan L-alanine.

Aplikasi klinikal

Pendekatan farmaseutikal yang berbeza berdasarkan terutamanya pada reseptor asid glutamat sebagai sasaran terapi untuk rawatan penyakit psikiatri dan patologi yang berkaitan dengan ingatan.

Glutamat juga telah digunakan sebagai agen aktif dalam formulasi farmakologi yang berbeza yang dirancang untuk merawat infark miokard dan dispepsia berfungsi (masalah gastrik atau gangguan pencernaan).

Aplikasi industri asid glutamat

Asid glutamat dan turunannya mempunyai pelbagai aplikasi dalam industri yang berbeza. Sebagai contoh, garam monosodium glutamat digunakan dalam industri makanan sebagai perasa.

Asid amino ini juga merupakan bahan permulaan untuk sintesis bahan kimia lain dan poliasid glutamat adalah polimer anionik semula jadi yang boleh terbiodegradasi, boleh dimakan dan tidak beracun kepada manusia atau alam sekitar.

Dalam industri makanan, ia juga digunakan sebagai pengental dan sebagai "pereda penenang" kepahitan makanan yang berbeza.

Ia juga digunakan sebagai cryoprotectant, sebagai pelekat biologi "yang dapat disembuhkan", sebagai pembawa ubat, untuk reka bentuk serat dan hidrogel yang dapat terurai yang dapat menyerap sejumlah besar air, antara lain.

Biosintesis

Semua asid amino berasal dari perantaraan glikolitik, kitaran Krebs atau laluan fosfat pentosa. Glutamat, secara khusus, diperoleh dari glutamin, α-ketoglutarate dan 5-oxoproline, semuanya berasal dari kitaran Krebs.

Jalan biosintetik untuk asid amino ini cukup mudah dan langkahnya terdapat di hampir semua organisma hidup.

Metabolisme Glutamat dan Nitrogen

Dalam metabolisme nitrogen, melalui glutamat dan glutamin amonium dimasukkan ke dalam biomolekul tubuh yang berlainan dan, melalui reaksi transaminasi, glutamat menyediakan kumpulan amino bagi kebanyakan asid amino.

Oleh itu, laluan ini melibatkan asimilasi ion amonium ke molekul glutamat, yang berlaku dalam dua reaksi.

Langkah pertama dalam jalur dikatalisis oleh enzim yang dikenali sebagai glutamin synthetase, yang terdapat di hampir semua organisma dan terlibat dalam pengurangan glutamat dan amonia untuk menghasilkan glutamin.

Pada bakteria dan tumbuhan, sebaliknya, glutamat dihasilkan dari glutamin oleh enzim yang dikenali sebagai glutamat synthase.

Pada haiwan, ini dihasilkan dari transaminasi α-ketoglutarate, yang berlaku semasa katabolisme asid amino. Fungsi utamanya pada mamalia adalah mengubah amonia bebas toksik menjadi glutamin, yang diangkut oleh darah.

Dalam reaksi yang dikatalisis oleh enzim glutamat synthase, α-ketoglutarate melalui proses aminasi reduktif, di mana glutamin mengambil bahagian sebagai penderma kumpulan nitrogen.

Walaupun ia berlaku pada tahap yang jauh lebih rendah, pada haiwan glutamat juga dihasilkan oleh reaksi satu langkah antara α-ketoglutarate dan amonium (NH4), yang dikatalisis oleh enzim L-glutamat dehidrogenase, yang terdapat di hampir semua organisma hidup.

Enzim tersebut dikaitkan dengan matriks mitokondria dan reaksi yang dimangkinkannya dapat ditulis kira-kira seperti berikut, di mana NADPH berfungsi dalam membekalkan tenaga pengurangan:

α-ketoglutarate + NH4 + NADPH → L-glutamat + NADP (+) + air

Metabolisme dan penurunan

Asid glutamat digunakan oleh sel-sel tubuh untuk melayani tujuan yang berbeza, di antaranya adalah sintesis protein, metabolisme tenaga, fiksasi amonium, atau transmisi saraf.

Glutamat yang diambil dari medium ekstraselular dalam beberapa jenis sel saraf dapat "dikitar semula" dengan mengubahnya menjadi glutamin, yang dilepaskan menjadi cairan ekstraselular dan diambil oleh neuron untuk diubah kembali menjadi glutamat, yang dikenal sebagai kitaran glutamin . -glutamat .

Setelah dimakan dengan makanan dalam makanan, penyerapan asid glutamat usus secara amnya berakhir dengan transformasinya menjadi asid amino lain seperti alanin, suatu proses yang dimediasi oleh sel-sel mukosa usus, yang juga menggunakannya sebagai sumber tenaga.

Hati, sebaliknya, bertanggungjawab mengubahnya menjadi glukosa dan laktat, dari mana tenaga kimia diekstraksi terutamanya dalam bentuk ATP.

Kewujudan pelbagai enzim metabolisme glutamat telah dilaporkan dalam organisma yang berlainan, seperti kes glutamat dehidrogenase, glutamate-ammonium lyases, dan glutaminase, dan banyak di antaranya telah terlibat dalam penyakit Alzheimer.

Makanan Kaya Asid Glutamat

Asid glutamat terdapat dalam kebanyakan makanan yang dimakan oleh manusia dan sebilangan penulis menyatakan bahawa bagi seorang manusia yang beratnya 70 kg, pengambilan asid glutamat setiap hari yang berasal dari makanan adalah sekitar 28 g.

Di antara makanan yang kaya dengan asid amino ini adalah makanan yang berasal dari haiwan, di mana daging (sapi, babi, telur, dll.), Telur, tenusu dan ikan menonjol. Makanan berasaskan tumbuhan yang kaya dengan glutamat termasuk biji, biji-bijian, asparagus, dan lain-lain.

Sebagai tambahan kepada pelbagai jenis makanan yang kaya dengan asid amino ini, turunannya, garam monosodium glutamat digunakan sebagai bahan tambahan untuk meningkatkan atau meningkatkan rasa banyak hidangan dan makanan yang diproses secara industri.

Kebaikan pengambilannya

Glutamat yang ditambahkan pada sediaan kuliner yang berbeza membantu "mendorong" rasa dan meningkatkan sensasi rasa di rongga mulut, yang nampaknya mempunyai kepentingan fisiologi dan pemakanan yang penting.

Ujian klinikal menunjukkan bahawa pengambilan asid glutamat berpotensi digunakan dalam rawatan "gangguan" atau patologi oral yang berkaitan dengan rasa dan "hiposalivasi" (pengeluaran air liur yang rendah).

Begitu juga, asid glutamat (glutamat) adalah nutrien yang sangat penting untuk mengekalkan aktiviti normal sel pada mukosa usus.

Pembekalan asid amino ini kepada tikus yang telah menjalani rawatan kemoterapi terbukti dapat meningkatkan ciri imunologi usus, selain dapat mengekalkan dan meningkatkan aktiviti dan fungsi mukosa usus.

Di Jepun, sebaliknya, diet perubatan berdasarkan makanan yang kaya dengan asid glutamat telah dirancang untuk pesakit yang menjalani "gastronomi endoskopi perkutan", iaitu, mereka mesti diberi makan melalui saluran perut yang disambungkan melalui dinding perut.

Asid amino ini juga digunakan untuk mendorong selera makan pada pesakit tua dengan gastritis kronik yang biasanya tidak sabar.

Akhir sekali, kajian yang berkaitan dengan bekalan asid glutamat dan arginin oral menunjukkan bahawa ini terlibat dalam peraturan positif gen yang berkaitan dengan adipogenesis pada tisu otot dan lipolisis pada tisu adiposa.

Gangguan kekurangan

Oleh kerana asid glutamat berfungsi sebagai pendahulu dalam sintesis pelbagai jenis molekul seperti asid amino dan neurotransmitter lain, kecacatan genetik yang berkaitan dengan ekspresi enzim yang berkaitan dengan biosintesis dan kitar semula boleh membawa kesan kepada kesihatan tubuh haiwan mana pun.

Sebagai contoh, enzim glutamat decarboxylase bertanggungjawab untuk penukaran glutamat menjadi gamma aminobutyric acid (GABA), neurotransmitter yang penting untuk menghalang reaksi saraf.

Oleh itu, keseimbangan antara asid glutamat dan GABA sangat penting untuk mengekalkan kawalan rangsangan kortikal, kerana glutamat berfungsi terutamanya pada sinaps saraf rangsangan.

Pada gilirannya, kerana glutamat terlibat dalam serangkaian fungsi otak seperti pembelajaran dan ingatan, kekurangannya dapat menyebabkan kecacatan pada kelas proses kognitif yang memerlukannya sebagai neurotransmitter.

Rujukan

1. Ariyoshi, M., Katane, M., Hamase, K., Miyoshi, Y., Nakane, M., Hoshino, A.,… Matoba, S. (2017). D-Glutamat dimetabolisme di mitokondria jantung. Laporan Ilmiah, 7 (Ogos 2016), 1–9. https://doi.org/10.1038/srep43911
2. Barret, G. (1985). Kimia dan Biokimia Asid Amino. New York: Chapman and Hall.
3. Danbolt, NC (2001). Pengambilan glutamat. Kemajuan dalam Neurobiologi, 65, 1–105.
4. Fonnum, F. (1984). Glutamat: neurotransmitter di otak mamalia. Jurnal Neurochemistry, 18 (1), 27–33.
5. Garattini, S. (2000). Simposium Antarabangsa mengenai Glutamat. Asid Glutamat, Dua Puluh Tahun Kemudian.
6. Graham, TE, Sgro, V., Friars, D., & Gibala, MJ (2000). Pengambilan glutamat: Kumpulan asid amino bebas plasma dan otot manusia yang sedang berehat. American Journal of Physiology- Endokrinologi dan Metabolisme, 278, 83-89.
7. Hu, CJ, Jiang, QY, Zhang, T., Yin, YL, Li, FN, Su, JY,… Kong, XF (2017). Makanan tambahan dengan arginin dan asid glutamat meningkatkan ekspresi gen lipogenik utama pada babi yang sedang tumbuh. Jurnal Sains Haiwan, 95 (12), 5507-5515.
8. Johnson, JL (1972). Asid Glutamat sebagai Pemancar Sinaptik dalam Sistem Saraf. Satu tinjauan. Brain Research, 37, 1–19.
9. Kumar, R., Vikramachakravarthi, D., & Pal, P. (2014). Pengeluaran dan pemurnian asid glutamat: Kajian kritikal terhadap intensifikasi proses. Kejuruteraan dan Pemprosesan Kimia: Intensifikasi Proses, 81, 59-71.
10. Mourtzakis, M., & Graham, TE (2002). Pengambilan glutamat dan kesannya pada waktu rehat dan semasa bersenam pada manusia. Jurnal Fisiologi Gunaan, 93 (4), 1251-1259.
11. Neil, E. (2010). Proses Biologi untuk Pengeluaran Hidrogen. Kemajuan dalam Kejuruteraan Biokimia / Bioteknologi, 123 (Julai 2015), 127–141. https://doi.org/10.1007/10
12. Okumoto, S., Funck, D., Trovato, M., & Forlani, G. (2016). Asid amino dari keluarga glutamat: Berfungsi di luar metabolisme primer. Batasan dalam Sains Tumbuhan, 7, 1-3.
13. Olubodun, JO, Zulkifli, I., Farjam, AS, Hair-Bejo, M., & Kasim, A. (2015). Suplementasi glutamin dan asid glutamat meningkatkan prestasi ayam pedaging di bawah keadaan tropika yang panas dan lembap. Jurnal Sains Haiwan Itali, 14 (1), 25–29.
14. Umbarger, H. (1978). Biosintesis Asid Amino dan Peraturannya. Ann. Biokimia Pendeta , 47, 533-606.
15. Waelsch, H. (1951). Fungsi Asid Glutamat dan Serebral. Kemajuan dalam Kimia Protein, 6, 299–341.
16. Yelamanchi, SD, Jayaram, S., Thomas, JK, Gundimeda, S., Khan, AA, Singhal, A.,… Gowda, H. (2015). Peta jalan metabolisme glutamat. Jurnal Komunikasi dan Isyarat Sel, 10 (1), 69–75.