Caratteristiche dell'acido glutammico, funzioni, biosintesi

Lui acido glutammico È uno dei 22 aminoacidi che compongono le proteine ​​di tutti gli esseri viventi e uno dei più abbondanti in natura. Poiché il corpo umano ha percorsi intrinseci per la biosintesi, questo non è considerato essenziale.

Insieme all'acido aspartico, l'acido glutammico appartiene al gruppo di aminoacidi polari caricati negativamente e, secondo i due sistemi di nomenclatura esistenti (tre o una lettera), è indicato come "Glu"O come"E".

Struttura di aminoacidi dell'acido glutammico (fonte: HBF878 [CC0] tramite Wikimedia Commons)

Questo aminoacido fu scoperto nel 1866 dal chimico tedesco Ritteshause mentre studiava il glutine di grano idrolizzato, da cui la sua denominazione "glutammica". Dopo la sua scoperta, è stata determinata la sua presenza in gran parte degli esseri viventi, quindi si pensa che abbia funzioni essenziali per la vita.

L'acido L-glutammico è considerato uno dei mediatori più importanti nella trasmissione di segnali eccitatori nel sistema nervoso centrale degli animali vertebrati ed è anche necessario per il normale funzionamento del cervello, nonché per lo sviluppo cognitivo, la memoria e apprendimento.

Alcuni dei suoi derivati, inoltre, hanno funzioni importanti a livello industriale, in particolare per quanto riguarda i preparativi culinari, in quanto aiutano a migliorare il gusto dei pasti.

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Caratteristiche

Nonostante non sia un aminoacido essenziale per l'uomo, il glutammato (la forma ionizzata dell'acido glutammico) ha importanti implicazioni nutrizionali per la crescita degli animali ed è stato proposto che abbia un valore nutrizionale molto maggiore di quello di altri aminoacidi non essenziali.

Questo aminoacido è particolarmente abbondante nel cervello, specialmente nello spazio intracellulare (citosol), che consente l'esistenza di un gradiente tra citosol e spazio extracellulare, che è delimitato dalla membrana plasmatica delle cellule nervose.

Poiché ha molte funzioni nelle sinapsi eccitatorie e per esercitare le sue funzioni che agiscono su recettori specifici, la sua concentrazione è mantenuta a livelli controllati, specialmente nell'ambiente extracellulare, poiché questi recettori generalmente "guardano" fuori dalle cellule.

I siti con la massima concentrazione di glutammato sono terminali nervosi, tuttavia la loro distribuzione è condizionata dalle esigenze energetiche delle cellule in tutto il corpo.

A seconda del tipo di cellula, quando l'acido glutammico vi entra, può essere diretto verso i mitocondri, a fini energetici o può essere ridistribuito verso le vescicole sinaptiche ed entrambi i processi utilizzano specifici sistemi di trasporto intracellulare.

Struttura

L'acido glutammico, come il resto degli aminoacidi, è un α-aminoacido che ha un atomo di carbonio centrale (che è chirale), α Carbon, che si uniscono altri quattro gruppi: un gruppo carbossilico, un gruppo amminico, un gruppo amminico, A Atomo di idrogeno e un gruppo sostitutivo (catena laterale o gruppo R).

Il gruppo R di acido glutammico dà alla molecola un secondo gruppo carbossilico (-coh) e la sua struttura è -ch2-ch2-cooh (-ch2-ch2-coo- nella sua forma ionizzata), quindi la somma degli atomi di carbonio totale della molecola è cinque.

Questo aminoacido ha una massa relativa di 147 g/mol e la costante di dissociazione (PKA) del suo gruppo R è 4.25. Ha un punto isoelettrico di 3.22 e l'indice di presenza proteica media è di circa il 7%.

Poiché un pH neutro (circa 7), l'acido glutammico viene ionizzato e ha un carico negativo, viene classificato all'interno del gruppo di aminoacidi polari caricati negativamente, un gruppo in cui è incluso anche l'acido aspartico (aspartato, nella sua forma ionizzata).

Funzioni

L'acido glutammico o la sua forma ionizzata, glutammato, ha molteplici funzioni, non solo dal punto di vista fisiologico, ma anche dal punto di vista industriale, clinico e gastronomico.

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Funzioni fisiologiche dell'acido glutammico

Una delle funzioni fisiologiche più popolari dell'acido glutammico nel corpo della maggior parte dei vertebrati è la loro partecipazione come neurotrasmettitore di eccitanti nel cervello. È stato stabilito che oltre l'80% delle sinapsi eccitatorie comunica usando il glutammato o uno qualsiasi dei suoi derivati.

Tra le funzioni che le sinapsi che usano questo aminoacido hanno durante la segnalazione sono il riconoscimento, l'apprendimento, la memoria e altri.

Il glutammato è anche correlato allo sviluppo del sistema nervoso, all'iniziazione e all'eliminazione delle sinapsi e della migrazione, differenziazione e morte cellulare. È importante per la comunicazione tra organi periferici come tratto alimentare, pancreas e ossa.

Inoltre, il glutammato ha funzioni sia nei processi di sintesi di proteine ​​e peptidi, sia nella sintesi di acidi grassi, nella regolazione dei livelli cellulari di azoto e nel controllo dell'equilibrio anionico e osmotico.

Serve come precursore per diversi intermediari del ciclo dell'acido tricarbossilico (ciclo Krebs) e anche altri neurotrasmettitori come GABA (acido gamma aminobutirico). A sua volta, è un precursore nella sintesi di altri aminoacidi come L-Prolina, L-Arginina e L-Alanina.

Applicazioni cliniche

Diversi approcci farmaceutici si basano principalmente su recettori dell'acido glutammico come obiettivi terapeutici per il trattamento delle malattie psichiatriche e di altre patologie legate alla memoria.

Il glutammato è stato anche usato come agente attivo in diverse formulazioni farmacologiche progettate per trattare gli infarti miocardici e la dispepsia funzionale (problemi gastrici o di indigestione).

Applicazioni di acido glutammico industriale

L'acido glutammico e i suoi derivati ​​hanno varie applicazioni in diversi settori. Ad esempio, il sale monosodico del glutammato viene utilizzato nell'industria alimentare come condimento.

Questo aminoacido è anche il materiale di partenza per la sintesi di altri prodotti chimici e il policido glutamico è un polimero anionico naturale naturale biodegradabile, commestibile e non tossico per l'uomo o per l'ambiente.

Nell'industria alimentare viene anche usato come addensante e come agente "sollievo" dell'amarezza di alimenti diversi.

Viene anche usato come crioprotettore, come adesivo biologico "curabile", come trasportatore di farmaci, per la progettazione di fibre e idrogel biodegradabili in grado di assorbire grandi quantità di acqua, tra gli altri.

Biosintesi

Tutti gli aminoacidi derivano dagli intermediari glicolitici, dal ciclo di Krebs o dalla via del fosfato pentosio. Il glutammato è specificamente.

La via biosintetica di questo aminoacido è abbastanza semplice e i suoi passi sono in quasi tutti gli organismi viventi.

Metabolismo del glutammato e dell'azoto

Nel metabolismo dell'azoto, è attraverso il glutammato e la glutammina che l'ammonio è incorporato nelle diverse biomolecole del corpo e, attraverso le reazioni di transaminazione, il glutammato fornisce i gruppi amminici della maggior parte degli aminoacidi.

Pertanto, questa via implica l'assimilazione degli ioni di ammonio alle molecole del glutammato, che si svolgono in due reazioni.

Il primo passo del percorso è catalizzato da un enzima noto come sintetasi glutammina, che è presente praticamente in tutti gli organismi e partecipa alla riduzione del glutammato e dell'ammonio per produrre glutammina.

Nei batteri e nelle piante, d'altra parte, il glutammato è prodotto dalla glutammina dall'enzima noto come glutammato sintasi.

Negli animali, questo è prodotto dal transaminazione di α-zetoglutarato, che si svolge durante il catabolismo degli aminoacidi. La sua funzione principale nei mammiferi è quella di convertire l'ammonio libero tossico in glutammina, che viene trasportato dal sangue.

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Nella reazione catalizzata dall'enzima glutammato sintasi, l'α-chetoglutarato attraversa un processo di aminazione riducente, in cui la glutammina partecipa come donatore del gruppo di azoto.

Sebbene si verifichi in proporzione molto meno, negli animali il glutammato è anche prodotto dalla reazione di un singolo passo tra α-zotoglutarato e ammonio (NH4), che è catalizzato dall'enzima L-glutammato deidrogenasi, praticamente ubiquito in tutti gli organismi viventi.

Questo enzima è associato alla matrice mitocondriale e alla reazione che i catalizzatori possono essere scritti più o meno come segue, in cui NADPH funziona nella fornitura di energia riducente:

α-chetoglutarato + NH4 + NADPH → L-glutammato + NADP ( +) + acqua

Metabolismo e degrado

L'acido glutammico viene utilizzato dalle cellule del corpo per servire diversi scopi, tra cui la sintesi proteica, il metabolismo energetico, la fissazione dell'ammonio o la neurotrasmissione.

Il glutammato prelevato dal mezzo extracellulare in alcuni tipi di cellule nervose può essere "riciclato" quando viene trasformato in glutammina, che viene rilasciata in fluidi extracellulari e preso dai neuroni da trasformare di nuovo in glutammato, che è noto come il ciclo Glutammina-glutammato.

Una volta ingerito con alimenti dietetici, l'assorbimento intestinale dell'acido glutammico termina generalmente nella sua trasformazione in altri aminoacidi come l'alanina, un processo mediato dalle cellule della mucosa intestinale, che la usano anche come fonte di energia.

Il fegato, d'altra parte, è responsabile di diventare glucosio e lattato, di cui l'energia chimica è principalmente in ATP a forma di ATP.

È stata segnalata l'esistenza di vari enzimi metabolizzanti del glutammato in diversi organismi, tale è il caso di glutammato deidrogeno, liasi e glutaminasi del glutammato-ammonio e molti di questi sono stati coinvolti con la malattia di Alzheimer.

Alimenti ricchi di acido glutammico

L'acido glutammico è presente nella maggior parte degli alimenti consumati dall'uomo e alcuni autori affermano che per un essere umano da 70 kg, l'assunzione giornaliera di acido glutammico derivato dalla dieta è di circa 28 g.

Tra gli alimenti più ricchi di questo aminoacido ci sono quelli di origine animale, dove le carni (bovino, maiale, pecore, ecc.), Uova, latticini e pesce. Gli alimenti di origine vegetale ricchi di glutammato sono semi, cereali, asparagi e altri.

Oltre ai diversi tipi di alimenti naturalmente ricchi di questo aminoacido, un suo derivato, il sale monosodico di glutammato viene usato come additivo per migliorare o aumentare il gusto di numerosi piatti e alimenti trasformati a livello industriale.

Vantaggi della tua assunzione

Il glutammato aggiunto a diversi preparati culinari aiuta a "indurre" il sapore e a migliorare la sensazione di gusto nella cavità orale, che apparentemente ha importanti significati fisiologici e nutrizionali.

Gli studi clinici hanno dimostrato che l'assunzione di acido glutammico ha potenziali applicazioni nel trattamento di "disturbi" o patologie orali legate al gusto e alla "produzione di iposalivazione" (bassa produzione di saliva)).

Allo stesso modo, l'acido glutammico (glutammato) è un nutriente di grande importanza per il mantenimento della normale attività cellulare nella mucosa intestinale.

È stato dimostrato che la fornitura di questo aminoacido ai ratti che ha subito trattamenti chemioterapici aumenta le caratteristiche immunologiche dell'intestino, oltre a mantenere e migliorare l'attività e le funzioni della mucosa intestinale.

In Giappone, d'altra parte, le diete mediche sono state progettate in base agli alimenti ricchi di acido glutammico per i pazienti sottoposti a addominale.

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Questo aminoacido viene anche usato per indurre appetito nei pazienti anziani con gastrite cronica normalmente inappropriate.

Infine, gli studi relativi alla fornitura orale di acido glutammico e arginina suggeriscono che questi sono coinvolti nella regolazione positiva dei geni correlati all'adipogenesi nel tessuto muscolare e con lipolisi nei tessuti adiposi.

Disturbi da carenza

Poiché l'acido glutammico funge da precursore nella sintesi di vari tipi di molecole come aminoacidi e altri neurotrasmettitori, i difetti genetici associati all'espressione di enzimi legati alla loro biosintesi e riciclaggio possono avere conseguenze per la salute del corpo di qualsiasi animale di qualsiasi animale.

Ad esempio, l'enzima di acido glutammico dismarbossilasi è responsabile della conversione del glutammato in acido gamma aminobutirico (GABA) un neurotrasmettitore essenziale per le reazioni nervose inibitorie.

Pertanto, l'equilibrio tra acido glutammico e GABA è della massima importanza per mantenere il controllo dell'eccitabilità corticale, poiché il glutammato funziona principalmente nelle sinapsi nervose eccitative.

A sua volta, poiché il glutammato è coinvolto in una serie di funzioni cerebrali come l'apprendimento e la memoria, la sua carenza potrebbe causare difetti in queste classi di processi cognitivi che lo richiedono come neurotrasmettitore.

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