Кіріспе

Аминоқышқылдар және нейротрансмиттерлер

нейротрансмиттер ретінде анион

Глютамин қышқылы (символ Glu немесе E; аниондық түрі глютамат деп аталады) – ақуыздардың биосинтезінде дерлік барлық тірі организмдер қолданатын α-аминоқышқыл. Адам үшін қажетті емес қоректік зат, яғни адам денесі оны пайдалану үшін жеткілікті мөлшерде синтездей алады. Сонымен қатар, ол омыртқалы жануарлардың жүйке жүйесіндегі ең көп таралған қоздырғыш нейротрансмиттер болып табылады. Ол ГАБА-ергіш нейрондарда гамма-аминмаслян қышқылының (ГАМҚ) тежегіш синтезі үшін прекурсор ретінде қызмет етеді. Оның молекулалық формуласы – Глютамин қышқылы екі оптикалық изомерлік түрде кездеседі; декстроротаторлық түрі әдетте глютенді гидролиздеу арқылы, қызылша қанты өндірісінің қалдық суларынан немесе ферментациядан алынады. Оның молекулалық құрылымын HOOC−CH −(CH2)2−COOH, екі карбоксил тобы −COOH және бір амино тобы − ретінде бейнелеуге болады. Дегенмен, қатты күйде және сәл қышқыл су ерітінділерінде молекула электрлік бейтарап звиттериондық құрылым −OOC−CH −(CH2)2−COOH қабылдайды. Ол GAA немесе GAG кодондарымен кодталады. Қышқыл екінші карбоксил тобынан бір протонды жоғалтып, конъюгациялық негізді, бір теріс анионды −OOC−CH −(CH2)2−COO− құрауы мүмкін. Бұл формадағы қосылыс бейтарап ерітінділерде кең таралған. Глютамат нейротрансмиттері нейрондық белсендіруде маңызды рөл атқарады. Бұл анион тағамға дәмді умами дәмін береді және MSG сияқты глютамат дәмдеуіштерде кездеседі. Еуропада ол E620 тағамдық қоспасы ретінде жіктеледі. Жоғары сілтілік ерітінділерде екі теріс анион −OOC−CH(NH2)−(CH2)2−COO− басым болады. Глютаматқа сәйкес келетін радикал глютамил деп аталады. Глютамат үшін бір әріпті символ E, аспартат үшін бір метилен –CH2– тобынан үлкен D әрпімен алфавиттік реттілік бойынша тағайындалды.

Иондану

Глютамин қышқылы суда еріген кезде амин тобы (-NH2) протон қабылдауы немесе карбоксил топтары ортаның қышқылдығына байланысты протон жоғалтуы мүмкін. Орта жеткілікті түрде қышқыл болған жағдайда, екі карбоксил тобы да протондалады және молекула бір оң зарядты катионға айналады, HOOC−CH −(CH2)2−COOH. pH шамамен 2,5 пен 4,1 аралығында болғанда, протондылу күйінің өзгеруі біртіндеп жүреді; екі форма pH 2,10-да тең концентрацияда болады.

Оптикалық изомерлік

Глютамин қышқылы хиралды; екі кері айналатын энантиомер бар: (−) және (+). Табиғатта кеңінен таралған формасы – (−), ал (+) формасы кейбір ерекше жағдайларда кездеседі, мысалы бактериялардың капсуласы мен жасушалық қабырғаларында (олар оны глютамат рацемаза ферменті арқылы (−) формасынан өндіреді) және сүтқоректілердің бауырында.

Тарих

Глютамин қышқылы және басқа да аминқышқылдары көптеген тағамдарда табиғи түрде кездеседі, бірақ олардың дәм беруі 20 ғасырдың басында ғана ғылыми тұрғыдан анықталды. Бұл затты 1866 жылы неміс химигі Карл Генрих Риттхаузен ашқан және анықтаған. Ол бидай глютенін (оның аты содан алынған) күкірт қышқылымен өңдеген. 1908 жылы Токио императорлық университетінің жапон зерттеушісі Кикунае Икеда көп мөлшерде комбу сорпасын буландырғаннан кейін қалған қоңыр кристаллдарды глютамин қышқылы деп анықтады. Бұл кристаллдардың дәмі көптеген тағамдарда, әсіресе теңіз балдырында байқалған айқындалмайтын, бірақ күдіксіз дәмді қайталады. Профессор Икеда осы дәмді "умами" деп атады. Одан кейін ол глютамин қышқылының кристалды тұзы – мононатрий глютаматты жаппай өндіру әдісін патенттеді.

Өнеркәсіптік синтез

Глютамин қышқылы барлық аминқышқылдардың ішінде ең көп көлемде өндіріледі, 2006 жылы шамамен 1,5 миллион тонна жылдық өндіріс көлемі болған. 1950 жылдары химиялық синтез, қанттар мен аммиактың аэробалық ферментациясымен ығыстырылды, ал Corynebacterium glutamicum (кейде Brevibacterium flavum деп те аталады) өндіріс үшін ең көп қолданылатын микроорганизм болып табылады. Оқшаулау және тазарту концентрациялау және кристалдау арқылы жүзеге асырылуы мүмкін; сонымен қатар, ол гидрохлорид тұзы түрінде де кеңінен қолжетімді.

Нейротрансмиттер

Глутамат – омыртқалы жануарлардың жүйке жүйесіндегі ең көп таралған қоздырғыш нейротрансмиттер. Химиялық синапстарда глутамат көпіршіктерде сақталады. Нерв импульстары пресинаптикалық жасушадан глутаматтың босатылуын тудырады. Глутамат ионотроптық және метаботроптық (G белокпен байланысқан) рецепторларға әсер етеді. Ұзақ мерзімді потенциация деп аталатын пластикалық өзгеріс гиппокамп, неокортекс және мидың басқа бөліктеріндегі глутаматергиялық синапстарда жүзеге асады. Глутамат тек бір нүктеден екінші нүктеге сигнал берумен ғана шектелмейді, сонымен қатар синапстар арасындағы сигналдардың таралуы арқылы да әрекет етеді, онда жақын орналасқан синапстан босатылған глутаматтың жиынтығы экстрасинаптық сигнал беруді / көлемдік таралуды қамтамасыз етеді. Бұған қоса, глутамат ми даму кезінде өсу конустарын және синаптогенезді реттеуде маңызды рөл атқарады, бұл алғаш рет Марк Матсон сипаттаған.

Мидың синптикалық емес глютаматергиялық сигналды тарату схемалары

Дрозофила миындағы жасушадан тыс глутамат, рецептордың сезімталдығын төмендету процесі арқылы постсинаптикалық глутамат рецепторларының кластерленуін реттейтіні анықталды. Глиалдық жасушаларда экспрессияланатын ген глутаматты жасушадан тыс кеңістікке белсенді түрде тасымалдайды. Бұл, жасушадан тыс глутаматтың үлкен гомеостаздық жүйенің бір бөлігі ретінде "эндокриндік сияқты" қызмет атқаруы мүмкін екенін көрсетеді.

ГАМК прекурсоры

Глутамат сонымен қатар ГАБА-ергикалық нейрондарда гамма-аминмас қышқылының (ГАМҚ) ингибиторлық синтезіне қатысатын алғыр зат ретінде қызмет етеді. Бұл реакцияны глютамат декарбоксилаза (GAD) катализдейді. ГАБА-ергикалық нейрондар (зерттеу мақсатында) оның активтілігін (авторадиография және иммуногистохимия әдістерімен анықтау арқылы) анықталады, бұл активтілік ең көп мида және бүйрек үсті безінде кездеседі. Қатты адам синдромы – анти-GAD антиденелерінен туындайтын неврологиялық ауру, ол ГАМҚ синтезінің төмендеуіне және, демек, бұлшық ет қатаюы және спазм сияқты моторлық функциялардың бұзылуына алып келеді. Бүйрек үсті безінде GAD көп болғандықтан, тікелей иммундық бұзылу орын алып, науқастарда қант диабеті дамиды.

Дәмді арттырушы

Глютамин қышқылы ақуыздың құрамына кіретін зат, сондықтан ақуызға бай тағамдарда кездеседі, бірақ оның дәмі тек еркін күйде болғанда ғана сезіледі. Ірімшік және соя соусы сияқты көптеген тағамдарда қос аминқышқылының айтарлықтай мөлшері бар, және осы глютамин қышқылы адамның дәм сезіміндегі бес негізгі дәмнің бірі – умми дәміне жауап береді. Глютамин қышқылы көбінесе тағамдық қоспа ретінде және дәмді күшейту үшін натрий тұзы түрінде, яғни мононатрий глютаматы (МНГ) ретінде қолданылады.

Қоректік зат

Барлық ет, құс еті, балық, жұмыртқа, сүт өнімдері және комбу глютамин қышқылының өте жақсы көздері болып табылады. Көп белокты өсімдік тағамдары да оның көзі болып табылады. Глютеннің 30%-дан 35%-ы (бидайдың көп бөлігін құрайтын белок) – глютамин қышқылы. Тамақпен түсетін глютаматтың 95 пайызы алғашқы кезеңде ішек жасушаларымен метаболизмделеді.

Өсімдіктердің өсуі

Auxigro – құрамында 30% глутамин қышқылы бар өсімдік өсуін күшейтуге арналған препарат.

NMR спектроскопиясы

Соңғы жылдары ядролық магниттік резонанс спектроскопиясында (ЯМР) қалдық диполярлық жұпталудың (РДС) қолданылуына қатысты көптеген зерттеулер жүргізілді. Глютамин қышқылының туындысы – поли γ бензил L глютаматы (PBLG) – байқалатын диполярлық өзара әрекеттесулердің мөлшерін реттеу үшін бағыттау ортасы ретінде жиі қолданылады.

Фармакология

Фенциклидин (көбінесе PCP немесе "Angel Dust" деп аталады) дәрісі NMDA рецепторларында глютамин қышқылын бәсекеге қабілетсіз антагонизациялайды. Дәл осы себептерге байланысты декстрометорфан мен кетамин де күшті диссоциативтік және галлюциногенді әсерлерге ие. Метаботроптық глютамат рецепторларының 2 және 3 түрлеріне агонист болатын (eglumetad немесе LY354740 деп те аталады) еглюметадты жедел инфузиялау, макакалардың (Macaca radiata) денесінде йохимбин шақырған стресс жауабын айтарлықтай төмендетті; осы жануарларға еглюметадты ұзақ мерзімді ауызға беру, емделмеген бақылау тобымен салыстырғанда кортизолдың бастапқы деңгейін айтарлықтай төмендетті (шамамен 50 пайызға дейін). Эглюметадтың адамның бүйрек үсті безі клеткаларының метаботроптық глютамат рецепторы 3 (GRM3) үстінде әрекет ететіні және альдостерон синтезін, CYP11B1 және бүйрек үсті стероидтарының (яғни альдостерон мен кортизол) өндірісін төмендететіні көрсетілген. Глютамат қан-ми тосқаулын оңай өтпейді, керісінше жоғары сәйкестік тасымалдау жүйесі арқылы тасымалданады. Ол сондай-ақ глутаминге айналуы мүмкін. Глютаматтың зиянды әсерін антиоксиданттармен азайтуға болады, ал каннабистің психоактивті компоненті тетрагидроканнабинол (ТГК) және психоактивті емес компоненті канабидиол (КБД) және басқа каннабиноидтар глютаматтық нейротоксикалық әсерді ұқсас күшпен тежеуге қабілетті, сонымен қатар күшті антиоксиданттар болып табылады.