Глутаминовая кислота

Введение

Глутаминовая кислота (лат.: Glutamic acid) - алифатическая аминокислота. Глутаминовая, глютаминовая, или a-аминоглутаровая кислота, присутствует в организме человека как в свободной форме, так и в составе различных низкомолекулярных веществ и белков. Эндогенная глутаминовая кислота в значительных количествах содержится в белках белого и серого вещества мозга. В плазме крови она составляет 1/3 всех свободных аминокислот.

Глутаминовая кислота играет основную роль в азотистом обмене, является стимулятором окислительно-восстановительных процессов в головном мозге и важным компонентом миофибрилл (органеллы клеток поперечнополосатых мышц); она нормализует обмен веществ и повышает устойчивость организма к гипоксии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Описание

1.1 Формула аминокислоты. Сокращения

Формула: C5H9NO4

                             

 

 

Сокращения: Глу, Glu, E, GAA,GAG

1.2 Физические свойства

Молярная масса 147,13 г/моль

Плотность 1.4601 г/см³

1.3 Общее описание

Глутаминовая кислота является нейромедиатором, передающим импульсы в центральной нервной системе. Эта аминокислота играет важную роль в углеводном обмене и способствует проникновению кальция через гематоэнцефалический барьер. Глутаминовая кислота может использоваться клетками головного мозга в качестве источника энергии. Она также обезвреживает аммиак, отнимая атомы азота в процессе образования другой аминокислоты — глутамина. Этот процесс — единственный способ обезвреживания аммиака в головном мозге.

Глутамин также поддерживает нормальное кислотно-щелочное равновесие в организме и здоровое состояние желудочно-кишечного тракта, необходим для синтеза ДНК и РНК.

1.4 Содержание глутамата в природе

Глутаминовая кислота относится к условно незаменимым аминокислотам. Глутамат в норме синтезируется организмом. Присутствие в пище свободного глутамата придает ей так называемый «мясной» вкус, для чего глутамат используют как усилитель вкуса. При этом метаболизм природного глутамата и глутамата натрия синтетического, не отличаются.

Содержание натурального глутамата в пище (имеется в виду пища, не содержащая искусственно добавленного глутамата натрия):

Продукт	Связанный глутамат (мг/100 г)	Свободный глутамат (мг/100 г)
Говядина	2846	33
Зеленый горошек	5583	200
Зеленый перец	120	32
Кукуруза	1765	130
Лук	208	18
Макрель	2382	36
Молоко коровье	819	2
Морковь	218	33
Мясо утки	3636	69
Мясо цыпленка	3309	44
Свекла	256	30
Свинина	2325	23
Сыр пармезан	9847	1200
Томаты	238	140
Треска	2101	9
Форель	2216	20
Шпинат	289	39
Яйца птицы	1583	23

 

 

 

2. Синтез аминокислоты

Известно несколько способов получения глутаминовой кислоты: гидролиз различных белков, синтез химический, ферментативный из α-кетоглутаровой кислоты и микробиологический.

2.1 Получение глутаминовой кислоты гидролизом белков

Гидролиз протеинов является классическим методом получения  аминокислот из природных источников. Для выработки глутаминовой кислоты и ее натриевой соли используются животные и растительные белки: казеин молока, клейковина пшеницы, кукурузный глютен, отходы мясокомбинатов, свеклосахарных (сепарационный щелок) и спиртовых заводов (барда).

Метод гидролиза малопроизводителен и довольно дорог из-за значительного  образования побочных продуктов  и необходимости тщательной очистки  глутаминовой кислоты.

2.2 Химический синтез глутаминовой кислоты

Среди методов химического  синтеза наиболее перспективным  является использование в качестве исходного сырья акрилонитрила. Согласно этому методу акрилонитрил в результате реакции гидроформилирования превращается в α-формилпропионнитрил и последний через стадию образования α-аминоглутардинитрила переводится в DL-глутаминовую кислоту.

Основным недостатком  химического синтеза является получение  рацематов аминокислот. Разделение D- и L-изомеров является довольно сложной операцией и требует больших затрат.

Комплексная переработка  мелассы позволяет получить наряду с высококачественными сахарными  сиропами глутаминовую кислоту, бетаин, холин и другие ценные продукты.

2.3 Ферментативный  синтез глутаминовой кислоты

Его возможно осуществить  из α-кетоглутаровой кислоты с помощью ферментов трансамилазы или глутаматдегидрогеназы в результате следующих превращений.

В каждом из этих процессов  α-кетоглутаровая кислота играет роль предшественника. Для осуществления любого из этих превращений необходимы источники α-кетоглутаровой кислоты и соответствующей ферментной системе. Первую из этих задач решают с помощью подбора микроорганизмов, способных продуцировать значительное количество α-кетоглутаровой кислоты из доступных источников сырья. Продуцентами α-кетоглутаровой кислоты могут быть Psedomonas и Esherichia, а при культивировании продуцента Kluyverd citrophila α-кетоглутаровая кислота была получена с 57%-ным выходом. Дрожжи рода Candida при выращивании на н-парафинах продуцируют α-кетоглутаровую кислоту совместно с пировиноградной в соотношении 6:1. Экономический коэффициент процесса биосинтеза достигает 90% от количества потребленных углеводородов.

В роли продуцента фермента трансамидазы могут выступать различные микроорганизмы, например Е.coll. Донором аминогрупп может быть аспарагиновая кислота или аланин.

Восстановительное аминирование возможно осуществить с помощью Pseudomonas (при использовании Ps. ovalis выход L-глутаминовой кислоты составляет 60%) или Aeromonas, причем некоторые штаммы этих микроорганизмов в качестве субстрата могут использовать D, L,-?-оксиглутаровую кислоту, производимую химическим синтезом.

2.4 Микробиологический  синтез глутаминовой кислоты

Наиболее перспективным  и широко используемым способом производства глутаминовой кислоты является микробиологический синтез. Впервые о возможности получения L-глутаминовой кислоты непосредственно из углеводов с помощью микроорганизмов методом глубинного культивирования сообщили в 1957 г. Японские ученые Киносита, Асаи и др.

К настоящему времени выяснено, что способностью продуцировать  глутаминовую кислоту обладают некоторые расы дрожжей, микроскопические грибы, бактерии. Однако практически только бактерии могут синтезировать глутаминовую кислоту с выходом не менее 40% относительно исходного сахара или другого сырья. Поэтому промышленное значение имеют пока только бактерии, относящиеся к родам Micrococcus, Brevibacterium, Microbacterium, Corynebacterium.

Это, главным образом, палочковидные, грамположительные, неподвижные бактерии, не образующие спор. Специфической  для них является обязательная потребность  в биотине либо в биотине и  тиамине. Сырьем для получения глутаминовой кислоты кроме углеводов могут быть также различные углеводороды, начиная от природного газа (метан, этан) и кончая н-парафинами или ароматическими соединениями (бензиловый спирт пирокатехин и пр.). Могут быть также использованы газойль, уксусная, аминомасляная, фумаровая кислоты и ряд других продуктов.

3. Распад аминокислоты.

Анаэробное прямое окислительное дезаминирование.

Анаэробное прямое окислительное  дезаминирование существует только для глутаминовой кислоты, катализируется толькоглутаматдегидрогеназой, превращающей глутамат в α-кетоглутарат. Фермент глутаматдегидрогеназа имеется в митохондриях всех клеток организма (кроме мышечных). Этот тип дезаминирования теснейшим образом связан с трансаминированием аминокислот и формирует с ним процесстрансдезаминирования.

Реакция прямого окислительного дезаминирования 
глутаминовой кислоты

4. Болезни, связанные с нарушением обмена глутаминовой кислоты.

Существует большое число  болезней, связанных с нарушением обмена глутаминовой кислоты: анемии, глаукома, эпилепсия, Гентингтона хорея, рак поджелудочной железы, подагра, ревматоидный артрит (повышение концентраций глутаминовой кислоты), хроническая почечная недостаточность (снижение концентраций глутаминовой кислоты).Для диагностики делают анализ крови.

4.1 Глаукома

Установлено, что некоторые  формы глаукомы обусловлены не столько  повышением внутриглазного давления, сколько специфичным нарушением обмена глутаминовой кислоты в клетках сетчатки глаза.

Исследуя различные врождённые и приобретённые факторы, способствующие возникновению глаукомы, учёные обратили внимание на один из них, а именно, нарушение  транспорта глутаминовой кислоты (глутамата) в клетках сетчатки. Эта аминокислота является чрезвычайно важной для нормальной работы глаза. Она входит в состав многих белковых веществ клеток, используется для синтеза некоторых ферментов (биокатализаторов), берёт участие в уменьшении токсичности побочных продуктов обмена веществ. Однако для нормального выполнения своих функций концентрация данной аминокислоты в клетках должна быть оптимальной, то есть при возникновении излишков глутаминовой кислоты, они должны быть немедленно удалены из клеток. Поэтому для её транспортирования в клетках сетчатки существует три вида переносчиков, которые условно обозначаются так: а) глутаматный переносчик (GLT-1), б) аминокислотный носитель 1 (EAAC1), в) глутаматно/аспартатный переносчик (GLAST).

В результате проведенного исследования было установлено, что  у экспериментальных животных с  дефицитом веществ-переносчиков GLAST- и EAAC1 наблюдалось блокирование нормального  транспорта глутаминовой кислоты из клеток сетчатки, что приводило к глубокому нарушению обмена веществ в них, постепенному ухудшению их состояния, развитию глаукомы и слепоты без повышения внутриглазного давления. Кроме этого, возникали характерные для глаукомы патологические изменения в зрительном нерве глаза.

4.2 Гентингтона хорея

Ге́нтингтона хоре́я - хроническое наследственное прогрессирующее заболевание, характеризующееся нарастанием хореического гиперкинеза и слабоумия.

Наследуется по аутосомно-доминантному типу с высокой пенетрантностью  и экспрессивностью гена. Определенную роль играют перенесенные травмы, инфекционные болезни, лекарственные интоксикации, а также снижение содержания глутаминовой кислоты.

Частота появления на 100000 тыс. населения — от 3 до 6 случаев.

4.3 Подагра

Пода́гра (др.-греч. ποδάγρα — ножной капкан от πούς — нога и ἄγρα — захват) — гетерогенное по происхождению заболевание, которое характеризуется отложением в различных тканях организма кристаллов уратов в форме моноурата натрия или мочевой кислоты. В основе возникновения лежит повышение концентраций глутаминовой кислоты, накопление мочевой кислоты и уменьшение её выделения почками, что приводит к повышению концентрации последней в крови (гиперурикемия). Клинически подагра проявляется рецидивирующим острым артритом и образованием подагрических узлов — тофусов. Чаще заболевание встречается у мужчин, однако в последнее время возрастает распространённость заболевания среди женщин, с возрастом распространённость подагры увеличивается. Для лечения используются препараты воздействующие на патогенетический механизм заболевания, а также препараты для симптоматического лечения.

 

5. Фармакологическое действие глутаминовой кислоты.

Глутаминовую кислоту используют как ноотропный и дезинтоксикационный препарат, который активно стимулирует метаболизм в клетках ЦНС. Во время стрессов и болезней человеку требуется так много глутамина, что организм не успевает его вырабатывать в таких количествах и просто не выдерживает. Во многих клиниках глутаминовую кислоту назначают людям, страдающим от нервно-психических стрессов и различных травм (ожоги, постхирургия, различные заболевания).

К тому же, глутаминовая кислота оказывает достаточно сильное антикатаболическое действие и защищает организм от потери мышечной массы. Под влиянием глутаминовой кислоты усиливается образование эритроцитов, повышается уровень гемоглобина в крови, что также имеет большое значение для людей, занимающихся спортом. При недостатке источников энергии в организме, глутаминовая кислота окисляется в митохондриях и выделяет при этом большое количество энергии, а также способствует усилению окисления других энергетических соединений.

6. Применение глутамина.

В последнее время особо  важное значение уделяется нейромедиаторной функции глутаминовой кислоты. Так как она относится к нейромедиаторным аминокислотам, то может приводить к возбуждению нейронов, тем самым, стимулируя передачу возбуждения в контактах (синапсах) ЦНС.

Глутаминовая кислота сегодня широко применяется в пищевой промышленности (натриевая соль) для улучшения пищевой ценности и вкусовых качеств продуктов. В медицине это вещество активно используют при лечении многих психических и нервных расстройств и заболеваний. Рекомендуются также магниевая и кальциевая соли глутаминовой кислоты.

В практике спортивного питания  глутаминовая кислота применяется как средство, повышающее работоспособность, помогающее восстанавливаться после длительных физических нагрузок, а также в качестве дезинтоксикационного и анаболизирующего препарата.

6.1. Противопоказания

Гиперчувствительность, лихорадка, печеночная и/или почечная недостаточность, нефротический синдром, язвенная болезнь  желудка и двенадцатиперстной кишки, заболевания кроветворных органов, анемия, лейкопения, повышенная возбудимость, бурно протекающие психотические  реакции, ожирение.

7. Заключение

Глутаминовая, глютаминовая, или a-аминоглутаровая кислота - алифатическая аминокислота, которую относят к условно незаменимым аминокислотам. Она присутствует в организме человека как в свободной форме, так и в составе различных низкомолекулярных веществ и белков.