Глутами́новая кислота́ (2-аминопентандио́вая кислота) — органическое соединение , алифатическая двухосновная аминокислота , входящая в состав белков всех известных живых организмов.

В биохимической литературе вместо громоздкого полного названия часто используют более компактные конвенциональные обозначения: «глутамат», «Glu», «Глу» или «E». Вне научной литературы термин «глутамат» также часто употребляется для обозначения широко распространённой пищевой добавки глутамата натрия .

В живых организмах остаток молекулы глутаминовой кислоты входит в состав белков , полипептидов , в некоторые низкомолекулярные вещества и присутствует в свободном виде. При биосинтезе белка включение остатка глутаминовой кислоты кодируется кодонами GAA и GAG.

Глутаминовая кислота играет важную роль в метаболизме азотсодержащих биохимических веществ . Она также является нейромедиаторной аминокислотой, одной из важных представителей класса «возбуждающих аминокислот» .

Связывание глутаминовой кислоты со специфическими рецепторами нейронов приводит к их возбуждению .

Глутаминовая кислота относится к группе заменимых аминокислот , в человеческом организме синтезируется.

Соли и сложные эфиры глутаминовой кислоты называются глутаматы.

История

Впервые глутаминовую кислоту получил в чистом виде в 1866 г. немецкий химик при обработке клейковины пшеничной муки серной кислотой , описал её свойства и дал ей название, от латинского слова «gluten» — «клейковина» + «амин».

Физико-химические свойства

Глутаминовая кислота при нормальных условиях представляет собой белое кристаллическое вещество, плохо растворимое в воде, этаноле , нерастворимое в ацетоне и диэтиловом эфире .▼ Чрезмерное потребление глутамата в эксперименте на крысах приводило к подавлению синтеза белка и резкому снижению его концентрации в сыворотке крови.

Глутамат как нейромедиатор

Глутамат — ион глутаминовой кислоты — наиболее важный возбуждающий нейротрансмиттер в биохимических процессах в нервной системе позвоночных . В химических синапсах глутамат запасается в пресинаптических пузырьках ( везикулах ). Нервный импульс активирует высвобождение иона глутаминовой кислоты из пресинаптического нейрона.

На постсинаптическом нейроне ион глутаминовой кислоты связывается с постсинаптическими рецепторами, такими, как, например, NMDA-рецепторы , и активирует их. Благодаря участию последних в синаптической пластичности ион глутаминовой кислоты участвует в таких функциях высшей нервной деятельности как обучение и память .

Одна из форм приспособляемости синапсов, называемая долговременной потенциацией, имеет место в глутаматергических синапсах гиппокампа , неокортекса и в других частях головного мозга человека.

Глутамат натрия участвует не только в классическом проведении нервного импульса от нейрона к нейрону, но и в объёмной нейротрансмиссии , когда сигнал передаётся в соседние синапсы путём кумулятивного эффекта глутамата натрия, высвобожденного в соседних синапсах (так называемая экстрасинаптическая или объёмная нейротрансмиссия) В дополнение к этому, глутамат играет важную роль в регуляции конусов роста и синаптогенеза в процессе развития головного мозга, как это было описано Марком Мэтсоном ^{[ где? ]} .

Транспортёры глутамата натрия обнаружены на нейрональных ^{[ прояснить ]} мембранах и мембранах нейроглии . Они быстро удаляют ^{[ прояснить ]} глутамат из внеклеточного пространства. При повреждении мозга или заболеваниях они могут работать в противоположном ^{[ прояснить ]} направлении, вследствие чего глутамат натрия может накапливаться в межклеточном пространстве. Этот накопление приводит к поступлению большого количества ионов кальция в клетку через каналы NMDA-рецепторов, что, в свою очередь, вызывает повреждение и даже гибель клетки — это явление получило название эксайтотоксичности . Пути гибели клеток при этом включают:

• повреждение митохондрий избыточно высокой концентрацией внутриклеточных ионов кальция,
• Glu/Ca ²⁺ -опосредованной промоцией ^{[ прояснить ]} факторов транскрипции проапоптотических ^{[ прояснить ]} генов или снижением транскрипции антиапоптотических генов. Эксайтотоксичность , обусловленная повышенным высвобождением глутамата или его сниженным обратным захватом, возникает при ишемическом каскаде ^{[ прояснить ]} и ассоциирована с инсультом , а также наблюдается при таких заболеваниях, как боковой амиотрофический склероз , латиризм , аутизм , некоторые формы умственной отсталости , болезнь Альцгеймера . В противоположность этому, снижение высвобождения глутамата наблюдается при классической фенилкетонурии , приводящей к нарушению экспрессии ^{[ прояснить ]} глутаматных рецепторов

Глутаминовая кислота участвует в биохимии эпилептического припадка . Естественная диффузия глутаминовой кислоты в нейроны вызывает спонтанную деполяризацию ^{[ прояснить ]} , и этот паттерн ^{[ прояснить ]} напоминает пароксизмальную деполяризацию ^{[ прояснить ]} во время судорог . Эти изменения в эпилептическом очаге ^{[ прояснить ]} приводят к открытию вольтаж-зависимых ^{[ прояснить ]} кальциевых каналов, что снова стимулирует выброс глутамата и дальнейшую деполяризацию.

Роли глутаматной системы ^{[ прояснить ]} в настоящее время отводится большое место в патогенезе таких психических расстройств , как шизофрения и депрессия . Одной из наиболее активно изучаемых теорий этиопатогенеза шизофрении в настоящее время является гипотеза снижение функции NMDA-рецепторов: при применении антагонистов NMDA-рецепторов, таких, как фенциклидин , у здоровых добровольцев в эксперименте появляются симптомы шизофрении. В связи с этим предполагается, что снижение функции NMDA-рецепторов является одной из причин нарушений в дофаминергической ^{[ прояснить ]} передаче у больных шизофренией. Были также получены данные о том, что поражение NMDA-рецепторов иммунно-воспалительным механизмом («антиNMDA-рецепторный энцефалит») наблюдается как острая шизофрения ^{[ источник не указан 1852 дня ]} .

Глутаматные рецепторы

Существуют ионотропные и метаботропные (mGLuR _1-8 ) глутаматные рецепторы.

Ионотропными рецепторами являются NMDA-рецепторы , AMPA-рецепторы и каинатные рецепторы .

Эндогенные лиганды глутаматных рецепторов — глутаминовая кислота и аспарагиновая кислота . Для активации NMDA-рецепторов также необходим глицин . Блокаторами NMDA-рецепторов являются PCP , кетамин , и другие вещества. AMPA-рецепторы также блокируются CNQX, NBQX. Каиновая кислота является активатором каинатных рецепторов.

«Круговорот» глутамата

При наличии глюкозы в митохондриях нервных окончаний происходит дезаминирование глутамина до глутамата при помощи фермента глутаминазы. Также при аэробном окислении глюкозы глутамат обратимо синтезируется из альфа-кетоглутарата (образуется в цикле Кребса ) при помощи аминотрансферазы.

Синтезированный нейроном глутамат закачивается в везикулы. Этот процесс является протон-сопряжённым транспортом. В везикулу с помощью протон-зависимой АТФазы закачиваются ионы H ⁺ . При выходе протонов по градиенту в везикулу поступают молекулы глутамата при помощи везикулярного транспортёра глутамата (VGLUTs).

Глутамат выводится в синаптическую щель , откуда поступает в астроциты , там трансаминируется до глутамина. Глутамин выводится снова в синаптическую щель и только тогда захватывается нейроном. По некоторым данным, глутамат напрямую путём обратного захвата не возвращается.

Роль глутаминовой кислоты в кислотно-щелочном балансе

Дезаминирование глутамина до глутамата при помощи фермента образует аммиак , который, в свою очередь, связывается со свободным ионом водорода и экскретируется в просвет почечного канальца, приводя к снижению ацидоза .

При превращении глутамата в α-кетоглутарат также образуется аммиак. Далее α-кетоглутарат распадается на воду и углекислый газ . Последние, при помощи карбоангидразы через угольную кислоту, превращаются в свободный ион водорода и гидрокарбонат . Ион водорода экскретируется в просвет почечного канальца за счёт совместной транспортировки с ионом натрия, а бикарбонат натрия попадает в плазму крови.

Глутаматергическая система

В ЦНС находится порядка 10 ⁶ глутаматергических нейронов. Тела нейронов лежат в коре головного мозга , обонятельной луковице , гиппокампе , чёрной субстанции , мозжечке . В спинном мозге — в первичных афферентах дорзальных корешков.

В ГАМКергических нейронах глутамат является предшественником тормозного медиатора, гамма-аминомасляной кислоты , образующейся с помощью фермента глутаматдекарбоксилазы .

Роль глутамата в старении

Патологии, связанные с глутаматом

Повышенное содержание глутамата в синапсах между нейронами может перевозбудить и даже убить эти клетки, что в эксперименте приводит к заболеванию, клинически сходному с боковым амиотрофическим склерозом . Установлено, что для воспрепятствования глутаматной интоксикации нейронов глиальные клетки астроциты поглощают избыток глутамата. Он транспортируется в эти клетки с помощью транспортного белка GLT1, который присутствует в клеточной мембране астроцитов. Будучи поглощённым клетками астроглии, глутамат больше не приводит к повреждению нейронов.

Содержание глутамата в природе

Глутаминовая кислота относится к условно незаменимым аминокислотам. Глутамат в норме синтезируется организмом. Присутствие в пище свободного глутамата придаёт ей так называемый «мясной» вкус , для чего глутамат используют как усилитель вкуса .

Содержание натуральных глутаматов в пищевых продуктах:

Продукт	Свободный глутамат [ неавторитетный источник ] (мг/100 г)
Молоко коровье	2
Сыр пармезан	1200
Яйца птицы	23
Мясо цыплёнка	44
Мясо утки	69
Говядина	33
Свинина	23
Треска	9
Макрель	36
Форель	20
Зелёный горошек	200
Кукуруза	130
Свёкла	30
Морковь	33
Лук	18
Шпинат	39
Томаты	140
Зелёный перец	32

Промышленное получение

В промышленности глутаминовую кислоту получают, используя штаммы культурных микроорганизмов.

В воде вещество растворяется плохо. Поэтому в пищевой промышленности используют хорошо растворимую соль глутаминовой кислоты — глутамат натрия .

Применение

Фармакологический препарат глутаминовой кислоты оказывает умеренное психостимулирующее, возбуждающее и отчасти ноотропное действие. ^{[ уточнить ]}

Глутаминовая кислота ( пищевая добавка E620 ) и её соли ( глутамат натрия Е621 , глутамат калия Е622 , Е623 , Е624 , Е625 ) используются как усилитель вкуса во многих пищевых продуктах .

Глутаминовую кислоту и её соли добавляют в полуфабрикаты, различные продукты быстрого приготовления, кулинарные изделия, концентраты бульонов. Она придаёт пище приятный мясной вкус.

В медицине применение глутаминовой кислоты оказывает незначительное психостимулирующее, возбуждающее и ноотропное действие, что используют в лечении ряда заболеваний нервной системы. В середине 20 века врачи рекомендовали применение глутаминовой кислоты внутрь в случае мышечно-дистрофических заболеваний. Также её назначали спортсменам с целью увеличения мышечной массы.

Глутаминовая кислота используется в качестве хирального строительного блока в органическом синтезе , в частности, дегидратация глутаминовой кислоты приводит к её лактаму ― пироглутаминовой кислоте (5-оксопролину), которая является ключевым предшественником в синтезах неприродных аминокислот, гетероциклических соединений, биологически активных соединений и т. д. .

Примечания

См. также

• Аминокислоты

Ссылки

• от 11 октября 2008 на Wayback Machine .
• Рубцов П. П. // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб. , 1890—1907.
• Дубынин В. (неопр.) . ИД «ПостНаука» (7 октября 2016). — лекция о передаче сенсорики, NMDA-рецепторах и свойствах глутаминовой кислоты . Дата обращения: 21 ноября 2016. 2 августа 2019 года.
• от 17 августа 2016 на Wayback Machine