Ácido glutámico

O ácido glutámico (abreviadamente Glu ou E) é un α-aminoácido que forma parte das proteínas, polo que é un aminoácido proteinoxénico. A súa cadea lateral é CH2-CH2-COOH, polo que leva un grupo carboxilo e ten carácter ácido. O grupo -COOH da súa cadea lateral ten un pKa de 4,1, polo que está desprotonado e cargado negativamente a pH fisiolóxico (entre 7,35 e 7,45). Cando está en forma de anión carboxilato (-COO- na cadea lateral) ou de sales recibe o nome de glutamato. O ácido glutámico tamén se chama ácido 2-aminopentanodioico.

Os seus codóns son GAA e GAG. Non é un aminoácido esencial, polo que non hai que consumilo na dieta. No sistema nervioso o glutamato funciona como un importante neurotransmisor, que intervén na chamada potenciación a longo prazo e é importante para os procesos da aprendizaxe e memoria.

Foi descuberto e identificado en 1866 polo químico alemán Karl Heinrich Leopold Ritthausen. En 1907 foi cristalizado no Xapón por Kikunae Ikeda, que se decatou das súas propiedades como saborizante que reproducía o sabor que el mesmo denominou umami, e patentou un método para producir cristais de glutamato monosódico. 

 Biosíntese 
 Reactivos Produtos Encimas Glutamina + H2O  → Glu + NH3 GLS, GLS2 NAcGlu + H2O  → Glu + Acetato (descoñecido) α-cetoglutarato + NADPH + NH4+  → Glu + NADP+ + H2O GLUD1, GLUD2  α-cetoglutarato + α-aminoácido  → Glu + α-cetoácido transaminase 1-Pirrolina-5-carboxilato + NAD+ + H2O  → Glu + NADH ALDH4A1 N-formimino-L-glutamato + FH4  →  Glu + 5-formimino-FH4 FTCD

 Funcións e usos 
 Metabolismo 
O glutamato é unha molécula chave no metabolismo celular. Nos humanos, as proteínas dos alimentos degrádanse durante a dixestión en aminoácidos. Un proceso básico no metabolismo dos aminoácidos é a transaminación, na cal un grupo amino dun aminoácido transfírese a un α-cetoácido nunha reacción catalizada por unha transaminase. A reacción pode ser descrita así:

 R1-aminoácido + R2-α-cetoácido  R1-α-cetoácido + R2-aminoácido

Un α-cetoácido moi común é o α-cetoglutarato, un intermediato no ciclo do ácido cítrico. A transaminación do α-cetoglutarato orixina glutamato. O α-cetoácido resultante é a miúdo tamén útil, e pode contribuír como combustible metabólico ou como substrato doutros procesos metabólicos. Como na degradación oxidativa do glutamato se orixina α-cetoglutarato, que pode entrar na gliconeoxénese, considérase un aminoácido glicoxénico. Exemplos son:

 Alanina + α-cetoglutarato  piruvato + glutamato

 Aspartato + α-cetoglutarato  oxalacetato + glutamato

Tanto o piruvato coma o oxalacetato son compostos importantes no metabolismo celular, no que contribúen como substratos ou intermediatos en procesos fundamentais como a glicólise, gliconeoxénese, e o ciclo do ácido cítrico.

O glutamato tamén desempeña importantes funcións no corpo, como eliminar o exceso de produtos nitroxenados. O glutamato sofre desaminación, unha reacción oxidativa catalizada pola glutamato deshidroxenase da seguinte maneira:

 glutamato + H2O + NADP+ → α-cetoglutarato + NADPH + NH3 + H+

O amoníaco (en forma de amonio) é despois predominantemente excretado como urea, a cal se sintetiza no fígado. Así, A transaminación pode asociarse á desaminación, o que permite que sexa eliminado o nitróxeno dos grupos amino dos aminoácidos, usando o glutamato como intermediato, e finalmente excretado do corpo en forma de urea.

 Neurotransmisor 
O glutamato é o neurotransmisor excitativo máis abundante no sistema nervioso dos vertebrados. Nas sinapses químicas o glutamato almacénase en vesículas. Os impulsos nerviosos desencadean a liberación de glutamato na célula presináptica. Na célula postsináptica que está en fronte, o glutamato únese aos receptores de glutamato, como os receptores NMDA, que se activan. A causa do seu papel na plasticidade sináptica, o glutamato está implicado en funcións cognitivas cerebrais como a aprendizaxe e a memoria. A forma de plasticidade denominada potenciación a longo prazo ten lugar nas sinapses glutamatérxicas do hipocampo, neocórtex, e outras partes do cerebro. O glutamato actúa non só como un transmisor dun punto a outro senón tamén interferindo con outras sinapses, nas cales a sumación de glutamato liberado nas sinapses veciñas orixina transmisións extrasinápticas.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. Proc Natl Acad Sci U S A. 107:6526–6531.  PMID 20308566

Os transportadores de glutamato atópanse tanto nas membranas de neuronas coma de células da glia. Estes transportadores eliminan rapidamente o glutamato extracelular. Pero cando hai danos cerebrais, poden actuar á inversa, e pode acumularse un exceso de glutamato fóra das células. Este proceso causa que os ións calcio entren nas células polas canles dos receptores NMDA, causando danos nas neuronas e finalmente a morte celular, e isto recibe o nome de excitotoxicidade. Os mecanismos da apoptose inclúen:

 Dano nas mitocondrias por exceso de Ca2+ intracelular.
 Promoción mediada por Glu/Ca2+ de factores de transcrición de xenes pro-apoptóticos, ou diminución dos factores de transcrición de xenes anti-apoptóticos.

A excitotoxicidade debida ao glutamato sucede como unha parte da cascada isquémica e está asociada co ictus cerebral e doenzas como a esclerose amiotrófica lateral, latirismo, autismo, algunhas formas de retardo mental, e a enfermidade de Alzheimer.

O ácido glutámico parece estar implicado nos ataques convulsivos epilépticos. A microinxección de ácido glutámico nas neuronas produce a despolarización espontánea cun patrón de envío de impulsos similar ao que nos ataques epilépticos se coñece como cambio de despolarización paroxísmico. Este cambio no potencial de membrana de repouso nas zonas afectadas polos ataques podería causar a apertura espontánea das canles de calcio reguladas por voltaxe, o que levaría á liberación do ácido glutámico e a unha adicional despolarización.

Entre as técnicas experimentais para detectar glutamato nas células intactas está o uso dun nanosensor fabricado por enxeñaría xenética. Este sensor é unha fusión dunha proteína de unión ao glutamato e dúas proteínas fluorescentes. Cando se une o glutamato, a fluorescencia do sensor con luz ultravioleta cambia por resonancia entre os dous fluoróforos. A introdución do nanosensor nas células permite a detección óptica da concentración de glutamato. Tamén se describiron análogos sintéticos do ácido glutámico que poden ser activados por luz ultravioleta e microscopía de excitación de dous fotóns (unha técnica que usa fluorescencia). Este método é útil para mapear as conexións entre neuronas, e comprender mellor a función sináptica.

A evolución dos receptores de glutamato é completamente diferente en invertebrados, en concreto en artrópodos e nematodos, nos que o glutamato estimula as canles de cloro de apertura dependente do glutamato. As subunidades beta do receptor responden ao glutamato e á glicina con moi alta afinidade. Estes receptores son o obxectivo de terapias antihelmínticas (contra os vermes) como o uso das avermectinas. As avermectinas únense con alta afinidade á subunidade alfa das canles de cloro de apertura dependente do glutamato. Estes receptores foron descritos tamén en artrópodos, como a mosca Drosophila melanogaster<ref>Cully, D.F., Paress, P.S., Liu, K.K., Schaeffer, J.M. and Arena, J.P. 1996. "Identification of a Drosophila melanogaster glutamate-gated chloride channel sensitive to the antiparasitic agent avermectin". J. Biol. Chem. '271, 20187-20191'</ref> e Lepeophtheirus salmonis. A activación irreversible destes receptores con avermectinas causa hiperpolarización nas sinapses e unións neuromusculares, o que orixina parálise flácida e a morte dos nematodos e artrópodos.

miniatura|dereita|250px|O L-glutamato en condicións fisiolóxicas.

 Circuítos de sinalización glutamatérxicos non sinápticos cerebrais 
O glutamato extracelular no cerebro da mosca Drosophila'' regula a agrupación dos receptores de glutamato postsinápticos, por medio dun proceso que implica a desensibilización do receptor. Un xene expresado nas células gliais orixina que se transporte activamente glutamato ao espazo extracelular, mentres que nos receptores do glutamato metabotrópicos do grupo II estimuladores do nucleus accumbens, este xene parece que reduce os niveis extracelulares de glutamato. Isto abre a posibilidade de que o glutamato exerza un papel "similar ao endócrino" como parte do sistema de homeostase.

 Precursor do neurotransmisor GABA 
O glutamato tamén serve como precursor para a síntese do GABA inhibidor en neuronas GABA-érxicas. Esta reacción está catalizada pola glutamato descarboxilase (GAD), a cal é máis abondosa no cerebelo e páncreas.

A síndrome da persoa ríxida é un trastorno neurolóxico causado por anticorpos anti-GAD, que orixina unha diminución da síntese de GABA e, xa que logo, afecta a función motora provocando rixidez muscular e espasmos. Como no páncreas é tamén abundante o encima glutamato descarboxilase, este órgano sofre unha destrución inmunolóxica directa e os pacientes poden desenvolver diabetes mellitus.

 Potenciador do sabor 
O ácido glutámico libre está presente en moitos alimentos, como queixo e prebe de soia, e é responsable do sabor umami, un dos cinco sabores básicos para os humanos. O ácido glutámico úsase a miúdo como aditivo alimentario e potenciador do sabor en forma de glutamato monosódico.

 Nutriente 
Son excelentes fontes de ácido glutámico todas as carnes, aves, peixe, ovos, lácteos, e o kombu (algas). Alimentos vexetais ricos en proteínas son tamén fontes de ácido glutámico. Por exemplo, do 30 ao 35% do contido proteico do trigo é ácido glutámico. O 90 % do glutamato da dieta é metabolizado polas células intestinais inicialmente.

 Crecemento das plantas 
Auxigro é unha preparación para o crecemento das plantas que contén un 30% de ácido glutámico.

 Espectroscopía de resonancia magnética nuclear 
Nos últimos anos, realizáronse moitas investigacións sobre o uso de acoplamento dipolar residual en espectroscopía de resonancia magnética nuclear. Un derivado do ácido glutámico, o poli-γ-bencil-L-glutamato (PBLG), é moi usado como un medio de aliñación para controlar a escala das interaccións dipolares observadas.C. M. Thiele, Concepts Magn. Reson. A, 2007, 30A, 65-80

 Produción 
O maior produtor mundial de ácido glutámico é o Fufeng Group Limited chinés, e o maior consumo de glutamato faise na China, xa que a demanda mundial anual é de 1,7 toneladas, das cales 1,1 se consomen na China.

 Farmacoloxía 
O fármaco fenciclidina (máis coñecido por PCP) é un antagonista non competitivo do ácido glutámico nos receptores NMDA. A ketamina a doses subanestésicas tamén é un competidor e causa fortes efectos alucinóxenos disociativos. O glutamato non atravesa facilmente a barreira hemato-encefálica, pero, é transportado por un sistema de transporte de alta afinidade. Pode converterse tamén en glutamina.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 Neurotransmisor
 Glutamato monosódico

Categoría:Aminoácidos
Categoría:Aminoácidos glicoxénicos
Categoría:Neurotransmisores