Interested Article - Глутаминовая кислота

belle
  • 2020-08-29
  • 1

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». [ источник не указан 31 день ]

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. [ источник не указан 31 день ]

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. [ источник не указан 31 день ]

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. [ источник не указан 31 день ]

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? ] . [ источник не указан 31 день ]

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: [ источник не указан 31 день ]

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. [ источник не указан 31 день ]

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. [ источник не указан 31 день ]

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). [ источник не указан 31 день ]

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 глутаминазы 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. [ источник не указан 31 день ]

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 ] [ источник не указан 31 день ]

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. [ источник не указан 31 день ]

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. [ источник не указан 31 день ]

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

  1. (англ.) . Chemical book . Дата обращения: 30 августа 2016. 11 сентября 2016 года.
  2. Ильючик И. А. Биологически активные вещества: электронный учебно-методический комплекс. – 2022. – С.18
  3. Moloney M. G. Excitatory amino acids. // Natural Product Reports. 2002. P. 597―616.
  4. . ПостНаука (10 октября 2018).
  5. R. H. A. Plimmer. (неопр.) / R.H.A. Plimmer; F.G. Hopkins. — 2nd. — London: Longmans, Green and Co. , 1912. — Т. Part I. Analysis. — С. 114. — (Monographs on biochemistry).
  6. Meldrum, B. S. (2000). «Glutamate as a neurotransmitter in the brain: Review of physiology and pathology». The Journal of nutrition 130 (4S Suppl): 1007S-1015S.
  7. McEntee, W. J.; Crook, T. H. (1993). «Glutamate: Its role in learning, memory, and the aging brain». Psychopharmacology 111 (4): 391—401. doi : PMID
  8. Okubo, Y.; Sekiya, H.; Namiki, S.; Sakamoto, H.; Iinuma, S.; Yamasaki, M.; Watanabe, M.; Hirose, K.; Iino, M. (2010). «Imaging extrasynaptic glutamate dynamics in the brain». Proceedings of the National Academy of Sciences 107 (14): 6526. doi : .
  9. Shigeri, Y.; Seal, R. P.; Shimamoto, K. (2004). «Molecular pharmacology of glutamate transporters, EAATs and VGLUTs». Brain Research Reviews 45 (3): 250—265. doi : PMID
  10. (англ.) . ScienceDaily. Дата обращения: 5 января 2020. 5 марта 2016 года.
  11. Robert Sapolsky (2005). «Biology and Human Behavior: The Neurological Origins of Individuality, 2nd edition». The Teaching Company. «see pages 19 and 20 of Guide Book»
  12. Hynd, M.; Scott, H. L.; Dodd, P. R. (2004). «Glutamate-mediated excitotoxicity and neurodegeneration in Alzheimer?s disease». Neurochemistry International 45 (5): 583—595. doi : PMID
  13. Glushakov, AV; Glushakova, O; Varshney, M; Bajpai, LK; Sumners, C; Laipis, PJ; Embury, JE; Baker, SP; Otero, DH; Dennis, DM; Seubert, CN; Martynyuk, AE (2005 Feb). «Long-term changes in glutamatergic synaptic transmission in phenylketonuria». Brain : a journal of neurology 128 (Pt 2): 300-7. doi : PMID
  14. Vassiliki Aroniadou-Anderjaska, Brita Fritsch, Felicia Qashu, Maria F.M. Braga. // Epilepsy research. — 2008-2. — Т. 78 , вып. 2-3 . — С. 102–116 . — ISSN . — doi : .
  15. James O. McNamara, Yang Zhong Huang, A. Soren Leonard. // Science's STKE: signal transduction knowledge environment. — 2006-10-10. — Т. 2006 , вып. 356 . — С. re12 . — ISSN . — doi : . 11 июля 2009 года.
  16. Ашмарин И. П., Ещенко Н. Д., Каразеева Е. П. Нейрохимия в таблицах и схемах. — М.: «Экзамен», 2007
  17. . Дата обращения: 2 января 2011. 17 июля 2013 года.
  18. Садовникова М. С., Беликов В. М. Пути применения аминокислот в промышленности. // Успехи химии . 1978. Т. 47. Вып. 2. С. 357―383.
  19. Coppola G. M., Schuster H. F., Asymmetric synthesis. Construction of chiral moleculs using amino acids, A Wiley-Interscience Publication, New York, Chichester, Brisbane, Toronto, Singapore, 1987.
  20. Smith M. B. Pyroglutamte as a Chiral Template for the Synthesis of Alkaloids . Chapter 4 in Alkaloids: Chemical and Biological Perspectives. Vol. 12. Ed. by Pelletier S. W. Elsevier , 1998. P. 229―287.
  21. Nájera C., Yus M. Pyroglutamic acid: a versatile building block in asymmetric synthesis. //Tetrahedron: Asymmetry . 1999. V. 10. P. 2245―2303.
  22. Panday S. K., Prasad J., Dikshit D. K. Pyroglutamic acid: a unique chiral synthon. // Tetrahedron: Asymmetry . 2009. V. 20. P. 1581―1632.
  23. A. Stefanucci, E. Novellino, R. Costante, and A. Mollica. PYROGLUTAMIC ACID DERIVATIVES: BUILDING BLOCKS FOR DRUG DISCOVERY // HETEROCYCLES, 2014, V. 89, No. 8, pp. 1801―1825.
  24. S. K. Panday, Pyroglutamic Acid and its Derivatives: The Privileged Precursors for the Asymmetric Synthesis of Bioactive Natural Products // Mini-Reviews in Organic Chemistry, 2020, V. 17, No. 6, pp. 626―646.

См. также

Ссылки

Источник —

belle
  • 2020-08-29
  • 1
  • Tags:

Same as Глутаминовая кислота

The title for the last searches