Glutaminsyra

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 27 mars 2022; kontroller kräver 4 redigeringar .
Glutaminsyra
Allmän
Systematiskt
namn		 2-Aminopentandioic acid
Förkortningar "glutamat", "Glu", "Glu", "E"
Traditionella namn Aminoglutarsyra, glutaminsyra, glutamat
Chem. formel C5H9NO4 _ _ _ _ _
Råtta. formel C 40,82 %, H 6,17 %, N 9,52 %, O 43,5 %
Fysikaliska egenskaper
stat vitt kristallint pulver
Molar massa 147,1293 ± 0,006 g/ mol
Densitet 1,4601
1,538 (25°C)
Termiska egenskaper
Temperatur
 •  smältning 160°C
 •  kokande 205°C
 • nedbrytning över 205°C
Kemiska egenskaper
Syradissociationskonstant 2,16, 4,15, 9,58
Löslighet
 • i vatten 7,5 g/l [1]
Isoelektrisk punkt 3.22
Klassificering
Reg. CAS-nummer 56-86-0
PubChem 611
Reg. EINECS-nummer 200-293-7
LEDER   N[C@H](CCC(O)=0)C(O)=0
InChI   InChI=1S/C5H9NO4/c6-3(5(9)10)1-2-4(7)8/h3H,1-2,6H2,(H,7,8)(H,9,10)WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N
Codex Alimentarius E620
CHEBI 18237
ChemSpider 591
Säkerhet
NFPA 704 NFPA 704 fyrfärgad diamant ett 2 0
Data baseras på standardförhållanden (25 °C, 100 kPa) om inget annat anges.
 Mediafiler på Wikimedia Commons

Glutaminsyra (2-aminopentandisyra)  är en organisk förening , en alifatisk tvåbasisk aminosyra som ingår i proteinerna hos alla kända levande organismer.

I den biokemiska litteraturen, istället för det besvärliga fullständiga namnet, används ofta mer kompakta konventionella beteckningar: "glutamat", "Glu", "Glu" eller "E". Utanför den vetenskapliga litteraturen används termen "glutamat" också ofta för att hänvisa till det allmänt använda kosttillskottet mononatriumglutamat .

I levande organismer är resten av glutaminsyramolekylen en del av proteiner , polypeptider och vissa lågmolekylära ämnen och är närvarande i fri form. I proteinbiosyntes kodas införlivandet av en glutaminsyrarest av GAA- och GAG- kodonen .

Glutaminsyra spelar en viktig roll i metabolismen av kväveinnehållande biokemikalier . Det är också en neurotransmittoraminosyra , en av de viktiga representanterna för klassen "excitatoriska aminosyror" [2] .

Bindning av glutaminsyra till specifika receptorer av neuroner leder till deras excitation .

Glutaminsyra tillhör gruppen icke- essentiella aminosyror , den syntetiseras i människokroppen.

Salter och estrar av glutaminsyra kallas glutamater.

Historik

För första gången erhölls glutaminsyra i sin rena form 1866 av den tyske kemisten Carl Heinrich Ritthausen under behandlingen av vetemjölsgluten med svavelsyra [3] , beskrev dess egenskaper och gav den ett namn, från det latinska ordet " gluten" - "gluten" + "amin".

Fysikaliska och kemiska egenskaper

Glutaminsyra under normala förhållanden är en vit kristallin substans, dåligt löslig i vatten, etanol , olöslig i aceton och dietyleter .▼ Överdriven konsumtion av glutamat i ett experiment på råttor ledde till undertryckande av proteinsyntesen och en kraftig minskning av dess koncentration i blodserum.

Glutamat som neurotransmittor

Glutamat, en jon av glutaminsyra, är den viktigaste excitatoriska signalsubstansen i biokemiska processer i nervsystemet hos ryggradsdjur [4] . I kemiska synapser lagras glutamat i presynaptiska vesiklar ( vesiklar ). Nervimpulsen aktiverar frisättningen av glutaminsyrajoner från den presynaptiska neuronen.

På en postsynaptisk neuron binder glutaminsyrajonen till och aktiverar postsynaptiska receptorer, såsom NMDA-receptorer . På grund av den senares deltagande i synaptisk plasticitet är glutaminsyrajonen involverad i sådana funktioner av högre nervös aktivitet som inlärning och minne [5] .

En form av synaptisk kondition, som kallas långsiktig potentiering, förekommer i de glutamaterga synapserna i hippocampus , neocortex och andra delar av den mänskliga hjärnan.

Mononatriumglutamat är inte bara involverat i den klassiska överföringen av en nervimpuls från neuron till neuron, utan också i volymetrisk neurotransmission , när signalen överförs till angränsande synapser genom den kumulativa effekten av mononatriumglutamat som frisätts i närliggande synapser (den så kallade extrasynaptiska eller volumetrisk neurotransmission) [6] Dessutom spelar glutamat en viktig roll i regleringen av tillväxtkoner och synaptogenes under hjärnans utveckling, som beskrivits av Mark Matson[ var? ] .

Mononatriumglutamattransportörer [ 7] har hittats på neuronala[ förtydliga ] membran och membran av neuroglia . De tar snabbt bort[ förtydliga ] glutamat från det extracellulära utrymmet. Med hjärnskador eller sjukdomar kan de arbeta i motsatt riktning.[ förtydliga ] riktning, som ett resultat av vilket mononatriumglutamat kan ackumuleras i det intercellulära utrymmet. Denna ackumulering leder till att en stor mängd kalciumjoner kommer in i cellen genom kanalerna för NMDA-receptorer, vilket i sin tur orsakar skada och till och med död av cellen - detta fenomen kallas excitotoxicitet . Celldödsvägar inkluderar:

Glutaminsyra är involverad i biokemin av epileptiska anfall . Naturlig diffusion av glutaminsyra till neuroner orsakar spontan depolarisering[ clear ] och detta mönster[ förtydliga ] liknar paroxysmal depolarisering[ förtydliga ] [12] under konvulsioner . Dessa förändringar i det epileptiska fokus[ förtydliga ] leda till upptäckten av spänningsberoende[ förtydliga ] [13] kalciumkanaler, vilket återigen stimulerar frisättningen av glutamat och ytterligare depolarisering.

Roller av glutamatsystemet[ förtydliga ] För närvarande ges en stor plats åt patogenesen av sådana psykiska störningar som schizofreni och depression . En av de mest aktivt studerade teorierna om etiopatogenesen av schizofreni är för närvarande hypotesen om en minskning av funktionen av NMDA-receptorer: när man använder NMDA -receptorantagonister, såsom fencyklidin , uppträder symtom på schizofreni hos friska frivilliga i experimentet. I detta avseende antas det att en minskning av funktionen hos NMDA-receptorer är en av orsakerna till störningar i den dopaminerga[ förtydliga ] överföring hos patienter med schizofreni. Bevis har också erhållits för att skada på NMDA-receptorer av en immuninflammatorisk mekanism ("anti-NMDA-receptorencefalit") har observerats som akut schizofreni. .

Glutamatreceptorer

Det finns jonotropa och metabotropa (mGLuR 1-8 ) glutamatreceptorer.

Jonotropa receptorer är NMDA-receptorer , AMPA-receptorer och kainatreceptorer .

Endogena glutamatreceptorligander är glutaminsyra och asparaginsyra . Glycin krävs också för att aktivera NMDA-receptorer . NMDA-receptorblockerare är PCP , ketamin och andra substanser. AMPA-receptorer blockeras också av CNQX, NBQX. Kaininsyra är en aktivator av kainatreceptorer.

"Cirkulation" av glutamat

I närvaro av glukos i mitokondrierna i nervändarna sker deaminering av glutamin till glutamat med hjälp av enzymet glutaminas. Även under aerob oxidation av glukos syntetiseras glutamat reversibelt från alfa-ketoglutarat (bildas i Krebs-cykeln ) med användning av aminotransferas.

Glutamatet som syntetiseras av neuronen pumpas in i vesiklarna. Denna process är protonkopplad transport. H + -joner pumpas in i vesikeln med hjälp av protonberoende ATPas . När protoner går ut längs gradienten kommer glutamatmolekyler in i vesikeln med hjälp av den vesikulära glutamattransportören (VGLUT).

Glutamat utsöndras i den synaptiska klyftan , varifrån det kommer in i astrocyter , där det transamineras till glutamin. Glutamin frisätts tillbaka till synapspalten och tas upp först då av neuronen. Enligt vissa rapporter återförs glutamat inte direkt genom återupptag. [fjorton]

Glutaminsyras roll i syra-basbalansen

Deaminering av glutamin till glutamat av enzymet glutaminas producerar ammoniak , som i sin tur binder till en fri vätejon och utsöndras i lumen i njurtubuli, vilket leder till en minskning av acidos .

När glutamat omvandlas till α-ketoglutarat bildas även ammoniak. Vidare bryts α-ketoglutarat ner till vatten och koldioxid . De senare, med hjälp av kolsyraanhydras genom kolsyra, omvandlas till en fri vätejon och bikarbonat . Vätejonen utsöndras i lumen i njurtubuli på grund av ledtransport med natriumjonen, och natriumbikarbonat kommer in i blodplasman.

Glutamatergiskt system

Det finns cirka 106 glutamaterga neuroner i CNS. Kroppen av nervceller ligger i hjärnbarken , luktlöken , hippocampus , substantia nigra , cerebellum . I ryggmärgen - i de primära afferenterna av ryggrötterna.

I GABAergiska neuroner är glutamat prekursorn till den hämmande signalsubstansen, gamma-aminosmörsyra , producerad av enzymet glutamatdekarboxylas .

Patologier associerade med glutamat

Ökade nivåer av glutamat i synapserna mellan neuroner kan överexcitera och till och med döda dessa celler, vilket i experimentet leder till en sjukdom som kliniskt liknar amyotrofisk lateralskleros . Det har fastställts att för att förhindra glutamatförgiftning av neuroner, absorberar gliaceller, astrocyter överskott av glutamat. Det transporteras till dessa celler av transportproteinet GLT1, som finns i astrocyternas cellmembran . När glutamat väl har absorberats av astrogliaceller, orsakar inte längre neuronskador.

Innehållet av glutamat i naturen

Glutaminsyra är en villkorligt essentiell aminosyra. Glutamat syntetiseras normalt av kroppen. Närvaron av fritt glutamat i mat ger den den så kallade "köttiga" smaken , för vilken glutamat används som en smakförstärkare .

Innehållet av naturliga glutamater i livsmedel:

Produkt Fritt glutamat [15]

(mg/100 g)

komjölk 2
parmesanost 1200
fågelägg 23
kycklingkött 44
ank kött 69
Nötkött 33
Fläsk 23
Torsk 9
Makrill 36
Öring tjugo
Grön ärta 200
Majs 130
Beta trettio
Morot 33
Lök arton
Spenat 39
tomater 140
Grön peppar 32

Industriellt förvärv

Inom industrin erhålls glutaminsyra med hjälp av stammar av odlade mikroorganismer.

Ämnet är dåligt lösligt i vatten. Därför används ett mycket lösligt salt av glutaminsyra, mononatriumglutamat , i livsmedelsindustrin .

Applikation

Det farmakologiska preparatet av glutaminsyra har en måttlig psykostimulerande, stimulerande och delvis nootropisk effekt.[ förtydliga ]

Glutaminsyra ( livsmedelstillsats E620 ) och dess salter ( natriumglutamat E621 , kaliumglutamat E622 , kalciumdiglutamat E623 , ammoniumglutamat E624 , magnesiumglutamat E625 ) används som smakförstärkare i många livsmedel [16] .

Glutaminsyra och dess salter läggs till halvfabrikat, olika snabbmatsprodukter, kulinariska produkter, buljongkoncentrat. Det ger maten en behaglig köttig smak.

Inom medicin har användningen av glutaminsyra en lätt psykostimulerande, stimulerande och nootropisk effekt, som används vid behandling av ett antal sjukdomar i nervsystemet. I mitten av 1900-talet rekommenderade läkarna användning av glutaminsyra oralt vid muskeldystrofiska sjukdomar. Det ordinerades också till idrottare för att öka muskelmassan.

Glutaminsyra används som en kiral byggsten i organisk syntes [17] , i synnerhet leder uttorkning av glutaminsyra till dess laktam, pyroglutaminsyra (5-oxoprolin), som är en nyckelprekursor i syntesen av onaturliga aminosyror, heterocykliska föreningar, biologiskt aktiva föreningar och etc. [18] [19] [20] [21] [22] .

Anteckningar

  1. ↑ L- Glutaminsyra  . Kemisk bok . Hämtad 30 augusti 2016. Arkiverad från originalet 11 september 2016.
  2. ↑ Moloney MG Excitatoriska aminosyror. // Naturliga produktrapporter. 2002. s. 597-616.
  3. ↑ RHA Plimmer. Proteinets kemiska konstitution  (neopr.) / RHA Plimmer; FG Hopkins. — 2:a. — London: Longmans, Green och Co. , 1912. - T. Del I. Analys. - S. 114. - (Monografier om biokemi).
  4. ↑ Meldrum, BS (2000). "Glutamat som en signalsubstans i hjärnan: Genomgång av fysiologi och patologi". The Journal of nutrition 130 (4S Suppl): 1007S-1015S.
  5. ↑ McEntee, WJ; Crook, T.H. (1993). "Glutamat: Dess roll i inlärning, minne och den åldrande hjärnan". Psychopharmacology 111(4): 391-401. doi : 10.1007/BF02253527 PMID 7870979
  6. ↑ Okubo, Y.; Sekiya, H.; Namiki, S.; Sakamoto, H.; Iinuma, S.; Yamasaki, M.; Watanabe, M.; Hirose, K.; Iino, M. (2010). "Avbilda extrasynaptisk glutamatdynamik i hjärnan". Proceedings of the National Academy of Sciences 107(14): 6526. doi : 10.1073/pnas.0913154107 .
  7. ↑ Shigeri, Y.; Seal, R.P.; Shimamoto, K. (2004). "Molekylär farmakologi av glutamattransportörer, EAATs och VGLUTs". Brain Research Reviews 45(3): 250-265. doi : 10.1016/j.brainresrev.2004.04.004 PMID 15210307
  8. ↑ Upptäckt kunde hjälpa forskare att stoppa "dödskaskaden" av neuroner efter en  stroke . ScienceDaily. Hämtad 5 januari 2020. Arkiverad från originalet 5 mars 2016.
  9. ↑ Robert Sapolsky (2005). "Biologi och mänskligt beteende: Individualitetens neurologiska ursprung, 2:a upplagan". Lärarföretaget. "se sidorna 19 och 20 i guideboken"
  10. ↑ Hynd, M.; Scott, H.L.; Dodd, P.R. (2004). "Glutamatmedierad excitotoxicitet och neurodegeneration vid Alzheimers sjukdom". Neurochemistry International 45(5): 583-595. doi : 10.1016/j.neuint.2004.03.007 PMID 15234100
  11. ↑ Glushakov, A.V.; Glushakova, O; Varshney, M; Baipai, LK; Sumners, C; Laipis, PJ; Embury, JE; Baker, S.P.; Otero, D.H.; Dennis, D.M.; Seubert, CN; Martynyuk, AE (2005 feb). "Långsiktiga förändringar i glutamatergisk synaptisk överföring vid fenylketonuri". Brain: a journal of neurology 128 (Pt 2): 300-7. doi : 10.1093/brain/awh354 PMID 15634735
  12. ↑ Vassiliki Aroniadou-Anderjaska, Brita Fritsch, Felicia Qashu, Maria FM Braga. Pathology and Patophysiology of the Amygdala in Epileptogenesis and Epilepsy  // Epilepsiforskning. — 2008-2. - T. 78 , nej. 2-3 . — S. 102–116 . — ISSN 0920-1211 . - doi : 10.1016/j.eppelpsyres.2007.11.011 .
  13. ↑ James O. McNamara, Yang Zhong Huang, A. Soren Leonard. Molecular signaling mechanisms underlying epileptogenesis  // Science's STKE: signal transduction knowledge environment. — 2006-10-10. - T. 2006 , nej. 356 . - C. re12 . — ISSN 1525-8882 . - doi : 10.1126/stke.3562006re12 . Arkiverad från originalet den 11 juli 2009.
  14. ↑ Ashmarin I.P., Yeshchenko N.D., Karazeeva E.P. Neurochemistry in tabeller and diagrams. - M .: "Examen", 2007
  15. ↑ Om MSG är så dåligt för dig, varför har inte alla i Asien huvudvärk? | liv och stil | Observatören . Hämtad 2 januari 2011. Arkiverad från originalet 17 juli 2013.
  16. ↑ Sadovnikova M.S., Belikov V.M. Sätt att använda aminosyror i industrin. // Framsteg inom kemi . 1978. T. 47. Nummer. 2. S. 357-383.
  17. ↑ Coppola GM, Schuster HF, Asymmetrisk syntes. Konstruktion av kirala molekyler med användning av aminosyror, A Wiley-Interscience Publication, New York, Chichester, Brisbane, Toronto, Singapore, 1987.
  18. ↑ Smith M.B. Pyroglutamte som en kiral mall för syntes av alkaloider . Kapitel 4 i Alkaloids: Chemical and Biological Perspectives. Vol. 12 Ed. av Pelletier SW Elsevier , 1998. P. 229-287.
  19. ↑ Nájera C., Yus M. Pyroglutaminsyra: en mångsidig byggsten i asymmetrisk syntes. //Tetraeder: Asymmetri . 1999. V. 10. P. 2245–2303.
  20. ↑ Panday SK, Prasad J., Dikshit DK Pyroglutaminsyra: en unik kiral synton. // Tetraeder: Asymmetri . 2009. V. 20. P. 1581–1632.
  21. ↑ A. Stefanucci, E. Novellino, R. Costante och A. Mollica. PYROGLUTAMINSYRA DERIVAT: BYGGKLOPP FÖR UPPTÄCKT DRUG // HETEROCYCLES, 2014, V. 89, No. 8, sid. 1801-1825.
  22. ↑ SK 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, sid. 626-646.

Se även

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Tematiska platser
Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger
 Aminosyror
Standard
icke-standard
se även
 signalsubstanser