Ácido Glutámico

El ácido glutámico (abreviado como Glu o E) es uno de los veinte aminoácidos proteïnogènics, y sus codones son GAA y GAG. Es un aminoácido no esencial. Los aniones carboxilatos y sales del ácido glutámico se conocen como glutamatos.

química
El grupo funcional ácido carboxílico de la cadena lateral tiene un pKa de 4.1 y se encuentra cargado negativamente a pH fisiológico debido a la ionización del grupo ácido. Es considerado como un aminoácido polar y no hidrófobo
historia
Aunque se encuentra de forma natural en una gran variedad de alimentos, su contribución gustativa, junto con la de otros aminoácidos, no fue identificada científicamente hasta principios del siglo veinte. La sustancia fue descubierta e identificada en 1866 por el químico alemán Karl Heinrich Leopold Ritthausen. En 1907 el investigador japonés Kikunae Ikeda, de la Universidad Imperial de Tokio, identificó unos cristales marrones obtenidos de la evaporación de grandes cantidades de caldo de kombu como ácido glutámico. Estos cristales cuando se probaban reproducían el inefable pero innegable gusto que él detectaba en muchos alimentos, más especialmente en algas. El profesor Ikeda llamó a este gusto umami. Entonces patentó un método para producir a gran escala una forma cristalina del ácido glutámico, el glutamato monosódico. [4] [5]
biosíntesis

La representación de la estructura de L-ácido glutámico.
Reactivos Productos Enzimas
Glutamine + H2O → Glu + NH3 GLS, GLS2
NAcGlu + H2O → Glu + Acetato
α-cetoglutarato + NADPH + NH4 + → Glu + NADP + + H2O GLUD1, GLUD2
α-cetoglutarato + α-amino ácido → Glu + α-oxo ácido transaminasa
1-pirrolina-5-carboxilasa + NAD + + H2O → Glu + NADH ALDH4A1
N-formimina-L-glutamato + FH4 → Glu + 5-formimina-FH4 FTCD
metabolismo
El glutamato es una molécula clave en el metabolismo celular. En humanos, las proteínas ingeridas son degradadas por el proceso digestivo hasta aminoácidos, que sirven como combustible metabólico para otros procesos en el cuerpo. Un proceso clave de la degradación de los aminoácidos es la transaminación, en la que el grupo amino de un aminoácido se transfiere a un α-cetoácido, típicamente catalizada por una transaminasa. La reacción se puede generalizar como:
R1-aminoácido + R2-α-cetoácido ⇌ R1-α-cetoácido + R2-aminoácido
Un α-cetoácido muy común es el α-cetoglutarato, un intermediario en el ciclo del ácido cítrico. La transaminación del α-cetoglutarato libera glutamato. El α-cetoácido resultante es normalmente otro α-cetoácido útil como combustible o como sustrato de otros procesos metabólicos. Algunos ejemplos son:
Alanina + α-cetoglutarato ⇌ piruvato + glutamato
Aspartato + α-cetoglutarato ⇌ oxalacetato + glutamato
Tanto el piruvato como el oxalacetato son componentes clave del metabolismo celular, contribuyendo como sustratos o metabolitos intermediarios en procesos fundamentales como la glicólisis, la gluconeogénesis y también el ciclo de Krebs.
El glutamato también tiene un papel importante en la disposición en el cuerpo del nitrógeno de desecho o en exceso. El glutamato experimenta la desaminación, una reacción oxidativa catalizada por la glutamato deshidrogenasa, como se puede ver:
glutamato + agua + NADP + → α-cetoglutarato + NADPH + amoníaco + H +
El amoníaco (como amonio) es entonces excretado principalmente en forma de urea, sintetizada por el hígado. Así, la transaminación puede ser asociada con la desaminación, permitiendo de forma efectiva la eliminación del nitrógeno de los grupos amino de los aminoácidos, mediante glutamato que actúa de intermediario, y finalmente su excreción del cuerpo en forma de urea.
neurotransmisor
El glutamato es el neurotransmisor excitador más abundante en el sistema nervioso vertebrado. En las sinapsis químicas, el glutamato se almacena en vesículas. Los impulsos nerviosos provocan la liberación del glutamato de la célula pre-sináptica. En la célula opuesta, post-sináptica, se localizan receptores del glutamato como el NMDA que al reaccionar con el glutamato se activan. Debido a su papel en la plasticidad sináptica el glutamato está implicado en funciones cognitivas como el aprendizaje y la memoria. La forma de plasticidad conocida como potenciación a largo plazo tiene lugar en las sinapsis glutamatérgicas en el hipocampo, neocórtex y otras partes del cerebro.
Los transportadores del glutamato [6] se encuentran en las membranas de las neuronas y células de la glía. Sacan rápidamente el glutamato del espacio extracelular. En caso de daño cerebral o de enfermedad, pueden trabajar en sentido contrario, acumulándose un exceso de glutamato en el exterior de las células. Este proceso puede producir exocitotoxicitat que se debe a la entrada de iones de calcio a las células por los canales de NMDA, que comporta un daño neuronal y, con el tiempo, la muerte celular. Los mecanismos de muerte celular incluyen:

Daño en las mitocondrias debido al exceso de Ca2 + [7] en el medio intracelular.
La aparición de los factores de transcripción para genes pre-apoptóticos o la inhibición de estos factores para nada anti-apoptóticos, mediada por Glu / Ca2 +
La exotocicitat debida al glutamato se encuentra en un conjunto de cascadas isquémicasy está asociada con el ictus y enfermedades como la esclerosis múltiple, Latrsime, autismo, algunas formas de retraso mental y Alzheimer.El acido glutámico ha sido implicado en episodios de epilepsia. La inyección de ácido glutámico en neuronas produce despolarizaciones espontáneas con una frecuencia de un segundo y el patrón de reacción es similar al que se llama despolarización paraxosimal en un ataque epiléptico. Este cambio en el potencial de membrana en reposo a los focos del ataque podría causar la apertura espontánea de los canales de calcio operados por voltaje, comportando la liberación de ácido glutámico y un aumento en la despolarización a continuació.Les técnicas experimentales para detectar glutamato en células intactas incluyen el uso de nanosensores creados con ingeniería genética. [8] El sensor es una fusión entre una proteína que se une al glutamato y dos proteínas fluorescentes. Cuando el glutamato se une a la proteína, la fluorescencia del sensor bajo luz ultravioleta cambia debido a la resonancia entre los dos fluoróforos. La introducción del nanosensor en las células permite la detección óptica de la concentración de glutamato. También se conocen análogos, equivalentes sintéticos del ácido glutámico que pueden ser activados con luz ultravioleta y microscopios de excitación de dos fotones. [9] Este método de liberación rápida mediante fotoestimulació es útil para estudiar la conexión entre neuronas y para entender el funcionamiento de la sinapsis.La evolucion de los receptores de glutamato es totalmente opuesta en los invertebrados, particularmente en artrópodos y nematodos, donde el glutamato estimula la apertura de canales de cloro. Las subunidades β del receptor responden con una gran afinidad al glutamato y la glicina. [10] El objetivo terapéutico de la terapia antelmintica ha sido concentrarse en estos receptores utilizando las avermictines. Las avermictines se dirigen a la subunidad α de los canales de cloro seleccionados por glutamato con gran afinidad. [11] También se han descrito estos receptores en artrópodos, como la » Drosophila melanogaster [12] y Lepeophtheirus salmones. [13] La activación irreversible de estos receptores con avermictina produce la hiperpolarización de las sinapsis y las juntas neuromusculares provocando una parálisis flácida y la muerte del nematodo o artròpode.Circuits gltuamèrics de señalización no-sináptica en el cerebro. En cerebros de drosophila el glutamato extracelular regula la agrupación post-sináptica de los receptores de glutamato, a través de un proceso que implica una desensibilidad del receptor. [14] Un gen expresado en células gliales transporta activamente el glutamato hacia el espacio extracelular, [14] mientras estimula los receptores de glutamato metabotrópicos del grupo II al nucleus accumbens. Se ha encontrado que este gen reduce los niveles de glutamato extracelular. [15] Esto sugiere que el glutamato extracelular tiene un papel como «hormona» en un gran sistema homeostàtic.Precursos del GABA El glutamato también es utilizado como precursor para la síntesis del inhibidor GABA en neuronas GABA. Esta reacción es catalizada por la glutamato descarboxilasa (GAD) que es más abundante en el cerebelo y en el pàncrees.La síndrome del hombre rígido (Stiff-man) es un desorden neurológico causado por el ataque de la GAB por parte de anticuerpos, lo que conlleva una disminución de la síntesis de GABA y por tanto reacciones incontroladas de los músculos como espasmos o rigidez muscular. Como el páncreas también tiene una importante presencia de la enzima GAD, los anticuerpos atacan el pancreas produciendo diabetes mellitus en las personas afectadas por esta síndrome.Edulcorante el acido glutámico libre se encuentra en una gran variedad de alimentos, incluido el queso y la salsa de soja. Es el responsable de producir uno de los cinco sabores básicos que tiene el sentido del gusto en los humanos (umami). El ácido glutámico menudo es empleado como aditivo alimentario y edulcorante en forma de glutamato monosódico (sal sódica del ácido glutámico) .Nutrientes El pescado, la carne, productos lácteos, kombu y aves son fuentes excelentes de ácido glutámico. También lo son algunas plantas ricas en proteínas. Un 95% del glutamato ingerido en la dieta es metabolizado por las células intestinales en un primer paso. [16] Crecimiento de vegetales es una preparación que contiene un 29,2% de ácido glutámico que induce el crecimiento de las plantas. [17]

Produccion

El grupo chino Eufeng Group Limited es el mayor productor de ácido glutámico en el mundo, con una capacidad que llegaba a 300,000 toneladas a finales de 2006; representa el 30% del mercado chino. Meihua es el segundo productor más grande. Conjuntamente con los cinco principales productores se reparten un 50% del mercado chino que tiene una demanda anual de 1.1 millones de toneladas mientras que la demanda global (incluyendo China) es de 1.7 millones de toneladas anuals.FarmacologiaLa droga fenciclidina, o DCP, inhibe de forma no competitiva el receptor NMDA del ácido glutámico. Por esta razón las dosis sub-anastètiques de cetamina tienen un fuerte efecto dissociant y alucinógeno. El glutamato no atraviesa con facilidad la membrana cerebrovascular, pero, en cambio, este transporte es mediado por un transportador de elevada afinidad. . [18] También se puede transformar en glutamina.