AXIT GLUTAMIC: ĐẶC ĐIỂM, CHỨC NĂNG, SINH TỔNG HỢP - SINH HỌC - 2026

Các axit glutamic là một trong những 22 amino acid tạo nên protein trong tất cả các sinh vật sống và một trong những phong phú nhất trong tự nhiên. Vì cơ thể con người có các con đường nội tại để sinh tổng hợp nên nó không được coi là thiết yếu.

Cùng với axit aspartic, axit glutamic thuộc nhóm axit amin phân cực tích điện âm và theo hai hệ thống danh pháp hiện có (gồm ba hoặc một chữ cái), nó được ký hiệu là " Glu " hoặc " E ".

Cấu trúc của axit amin Axit glutamic (Nguồn: Hbf878 qua Wikimedia Commons)

Axit amin này được phát hiện vào năm 1866 bởi nhà hóa học người Đức Rittershausen khi ông đang nghiên cứu gluten lúa mì thủy phân, do đó nó có tên là "glutamic". Sau khi được phát hiện, người ta đã xác định được sự hiện diện của nó trong một phần lớn sinh vật sống, vì vậy người ta cho rằng nó có những chức năng cần thiết cho sự sống.

Axit l-glutamic được coi là một trong những chất trung gian quan trọng nhất trong việc truyền các tín hiệu kích thích trong hệ thần kinh trung ương của động vật có xương sống và cũng cần thiết cho chức năng bình thường của não, cũng như cho sự phát triển nhận thức, trí nhớ và Việc học.

Một số dẫn xuất của nó cũng có các chức năng quan trọng ở cấp độ công nghiệp, đặc biệt là đối với các chế phẩm nấu ăn, vì nó giúp tăng hương vị của thực phẩm.

nét đặc trưng

Mặc dù không phải là một axit amin thiết yếu cho con người, glutamate (dạng ion hóa của axit glutamic) có ý nghĩa dinh dưỡng quan trọng đối với sự tăng trưởng của động vật và được cho là có giá trị dinh dưỡng cao hơn nhiều so với các axit amin không thiết yếu khác.

Axit amin này đặc biệt có nhiều trong não, đặc biệt là trong không gian nội bào (cytosol), cho phép tồn tại một gradient giữa cytosol và không gian ngoại bào, được phân định bởi màng sinh chất của tế bào thần kinh.

Bởi vì nó có nhiều chức năng trong các khớp thần kinh kích thích và nó thực hiện chức năng của mình bằng cách tác động lên các thụ thể cụ thể, nồng độ của nó được giữ ở mức được kiểm soát, đặc biệt là trong môi trường ngoại bào, vì các thụ thể này thường "nhìn" ra khỏi tế bào.

Tuy nhiên, các vị trí tập trung glutamate cao nhất là các đầu dây thần kinh, tuy nhiên, sự phân bố của nó được điều hòa bởi nhu cầu năng lượng của các tế bào khắp cơ thể.

Tùy thuộc vào loại tế bào, khi axit glutamic xâm nhập vào nó, nó có thể được hướng tới ty thể, cho mục đích năng lượng, hoặc nó có thể được phân phối lại theo hướng túi tiếp hợp và cả hai quá trình đều sử dụng các hệ thống vận chuyển nội bào cụ thể.

Kết cấu

Axit glutamic, giống như các axit amin còn lại, là một axit amin có một nguyên tử cacbon trung tâm (là nguyên tử bất đối), cacbon α, mà bốn nhóm khác được gắn vào: một nhóm cacboxyl, một nhóm amin, a nguyên tử hydro và một nhóm thế (chuỗi bên hoặc nhóm R).

Nhóm R của axit glutamic tạo cho phân tử có nhóm cacboxyl thứ hai (-COOH) và cấu tạo của nó là -CH2-CH2-COOH (-CH2-CH2-COO- ở dạng ion hóa) nên tổng số nguyên tử tổng số cacbon của phân tử là năm.

Axit amin này có khối lượng tương đối là 147 g / mol và hằng số phân ly (pKa) của nhóm R của nó là 4,25. Nó có điểm đẳng điện là 3,22 và chỉ số hiện diện protein trung bình là khoảng 7%.

Vì ở độ pH trung tính (khoảng 7), axit glutamic bị ion hóa và mang điện tích âm, nó được phân loại trong nhóm các axit amin phân cực tích điện âm, một nhóm trong đó axit aspartic (aspartate, ở dạng ion hóa của nó cũng được bao gồm ).

Đặc trưng

Axit glutamic hoặc dạng ion hóa của nó, glutamate, có nhiều chức năng, không chỉ theo quan điểm sinh lý mà còn theo quan điểm công nghiệp, lâm sàng và ẩm thực.

Chức năng sinh lý của axit glutamic

Một trong những chức năng sinh lý phổ biến nhất của axit glutamic trong cơ thể của hầu hết các động vật có xương sống là vai trò của nó như một chất dẫn truyền thần kinh kích thích trong não. Người ta đã xác định được rằng hơn 80% khớp thần kinh kích thích giao tiếp bằng cách sử dụng glutamate hoặc một trong các dẫn xuất của nó.

Trong số các chức năng của khớp thần kinh sử dụng axit amin này trong quá trình truyền tín hiệu là nhận biết, học tập, ghi nhớ và những chức năng khác.

Glutamate cũng liên quan đến sự phát triển của hệ thần kinh, bắt đầu và loại bỏ các khớp thần kinh, di chuyển, biệt hóa và chết của tế bào. Nó rất quan trọng đối với sự giao tiếp giữa các cơ quan ngoại vi như đường tiêu hóa, tuyến tụy và xương.

Ngoài ra, glutamate có chức năng trong cả quá trình tổng hợp protein và peptit, cũng như tổng hợp các axit béo, trong việc điều chỉnh mức nitơ tế bào và kiểm soát sự cân bằng anion và thẩm thấu.

Nó đóng vai trò như tiền chất cho các chất trung gian khác nhau của chu trình axit tricarboxylic (chu trình Krebs) và cũng cho các chất dẫn truyền thần kinh khác như GABA (axit gamma aminobutyric). Đổi lại, nó là tiền chất trong quá trình tổng hợp các axit amin khác như L-proline, L-arginine và L-alanine.

Ứng dụng lâm sàng

Các phương pháp tiếp cận dược phẩm khác nhau chủ yếu dựa vào các thụ thể axit glutamic làm mục tiêu điều trị để điều trị các bệnh tâm thần và các bệnh lý liên quan đến trí nhớ khác.

Glutamate cũng đã được sử dụng như một tác nhân tích cực trong các công thức dược lý khác nhau được thiết kế để điều trị nhồi máu cơ tim và chứng khó tiêu chức năng (các vấn đề về dạ dày hoặc khó tiêu).

Các ứng dụng công nghiệp của axit glutamic

Axit glutamic và các dẫn xuất của nó có các ứng dụng đa dạng trong các ngành công nghiệp khác nhau. Ví dụ, muối bột ngọt của glutamat được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm như một loại gia vị.

Axit amin này cũng là nguyên liệu ban đầu để tổng hợp các hóa chất khác và glutamic polyacid là một polyme anion tự nhiên có thể phân hủy sinh học, có thể ăn được và không độc hại đối với con người hoặc môi trường.

Trong ngành công nghiệp thực phẩm, nó cũng được sử dụng như một chất làm đặc và như một chất "làm dịu" vị đắng của các loại thực phẩm khác nhau.

Nó cũng được sử dụng như một chất bảo vệ lạnh, như một chất kết dính sinh học "có thể chữa được", làm chất vận chuyển thuốc, để thiết kế các sợi phân hủy sinh học và hydrogel có khả năng hấp thụ một lượng lớn nước, trong số những loại khác.

Sinh tổng hợp

Tất cả các axit amin đều có nguồn gốc từ chất trung gian đường phân, chu trình Krebs, hoặc con đường pentose phosphate. Đặc biệt, glutamate được lấy từ glutamine, α-ketoglutarate và 5-oxoproline, tất cả đều có nguồn gốc từ chu trình Krebs.

Con đường sinh tổng hợp axit amin này khá đơn giản và các bước của nó được tìm thấy trong hầu hết các sinh vật sống.

Chuyển hóa Glutamate và Nitơ

Trong quá trình chuyển hóa nitơ, thông qua glutamate và glutamine, amoni được kết hợp vào các phân tử sinh học khác nhau của cơ thể và thông qua các phản ứng chuyển hóa, glutamate cung cấp các nhóm amin của hầu hết các axit amin.

Do đó, con đường này liên quan đến sự đồng hóa của các ion amoni với các phân tử glutamat, diễn ra trong hai phản ứng.

Bước đầu tiên trong quá trình này được xúc tác bởi một loại enzyme được gọi là glutamine synthetase, có trong hầu hết mọi sinh vật và tham gia vào quá trình khử glutamate và amoniac để tạo ra glutamine.

Thay vào đó, ở vi khuẩn và thực vật, glutamate được sản xuất từ ​​glutamine bởi enzyme được gọi là glutamate synthase.

Ở động vật, chất này được tạo ra từ sự chuyển hóa của α-ketoglutarate, diễn ra trong quá trình dị hóa axit amin. Chức năng chính của nó ở động vật có vú là chuyển đổi amoniac độc hại tự do thành glutamine, được vận chuyển theo máu.

Trong phản ứng được xúc tác bởi enzyme glutamate synthase, α-ketoglutarate trải qua một quá trình khử amin, trong đó glutamine tham gia với tư cách là một nhà tài trợ của nhóm nitơ.

Mặc dù nó xảy ra ở mức độ thấp hơn nhiều, glutamate ở động vật cũng được tạo ra bởi phản ứng một bước giữa α-ketoglutarate và amoni (NH4), được xúc tác bởi enzyme L-glutamate dehydrogenase, phổ biến ở hầu hết các các sinh vật sống.

Enzyme đã nói liên kết với chất nền ty thể và phản ứng mà nó xúc tác có thể được viết gần như sau, trong đó NADPH hoạt động trong việc cung cấp năng lượng khử:

α-ketoglutarate + NH4 + NADPH → L-glutamate + NADP (+) + nước

Trao đổi chất và suy thoái

Axit glutamic được các tế bào của cơ thể sử dụng để phục vụ các mục đích khác nhau, trong đó bao gồm tổng hợp protein, chuyển hóa năng lượng, cố định amoni hoặc dẫn truyền thần kinh.

Glutamate lấy từ môi trường ngoại bào trong một số loại tế bào thần kinh có thể được "tái chế" bằng cách chuyển đổi nó thành glutamine, được giải phóng vào dịch ngoại bào và được tế bào thần kinh hấp thụ để chuyển hóa trở lại thành glutamate, được gọi là chu trình glutamine . -glutamate .

Sau khi được tiêu hóa cùng với thức ăn trong chế độ ăn uống, quá trình hấp thụ axit glutamic ở ruột thường kết thúc bằng việc chuyển hóa thành các axit amin khác như alanin, một quá trình được thực hiện qua trung gian của các tế bào niêm mạc ruột, cũng sử dụng nó như một nguồn năng lượng.

Mặt khác, gan có nhiệm vụ chuyển hóa nó thành glucose và lactate, từ đó năng lượng hóa học được chiết xuất chủ yếu dưới dạng ATP.

Sự tồn tại của các enzym chuyển hóa glutamate khác nhau đã được báo cáo ở các sinh vật khác nhau, chẳng hạn như trường hợp của glutamate dehydrogenase, glutamate-ammonium lyases và glutaminase, và nhiều trong số này có liên quan đến bệnh Alzheimer.

Thực phẩm giàu axit glutamic

Axit glutamic có trong hầu hết các loại thực phẩm mà con người tiêu thụ và một số tác giả khẳng định rằng đối với một người nặng 70 kg, lượng axit glutamic hấp thụ hàng ngày từ chế độ ăn là khoảng 28 g.

Trong số các loại thực phẩm giàu axit amin này là thực phẩm có nguồn gốc động vật, trong đó thịt (bò, lợn, trứng, v.v.), trứng, sữa và cá nổi bật. Thực phẩm có nguồn gốc thực vật giàu glutamate bao gồm hạt, ngũ cốc, măng tây và các loại khác.

Ngoài các loại thực phẩm tự nhiên giàu axit amin này, một dẫn xuất của nó, muối bột ngọt của glutamate được sử dụng như một chất phụ gia để tăng hoặc tăng hương vị của nhiều món ăn và thực phẩm chế biến công nghiệp.

Lợi ích của nó

Glutamate được thêm vào các chế phẩm ẩm thực khác nhau giúp tạo ra hương vị và cải thiện cảm giác vị giác trong khoang miệng, điều này rõ ràng có ý nghĩa quan trọng về mặt sinh lý và dinh dưỡng.

Các thử nghiệm lâm sàng đã chỉ ra rằng việc tiêu thụ axit glutamic có những ứng dụng tiềm năng trong điều trị "rối loạn" hoặc bệnh lý răng miệng liên quan đến vị giác và "giảm tiết nước bọt" (sản xuất ít nước bọt).

Tương tự như vậy, axit glutamic (glutamate) là một chất dinh dưỡng rất quan trọng đối với việc duy trì hoạt động bình thường của các tế bào trong niêm mạc ruột.

Việc cung cấp axit amin này cho những con chuột đã trải qua điều trị hóa chất đã được chứng minh là làm tăng các đặc điểm miễn dịch của ruột, ngoài việc duy trì và tăng cường hoạt động và chức năng của niêm mạc ruột.

Mặt khác, ở Nhật Bản, chế độ ăn uống y tế dựa trên thực phẩm giàu axit glutamic đã được thiết kế cho những bệnh nhân trải qua "dạ dày nội soi qua da", tức là họ phải được cho ăn qua một ống dạ dày được nối xuyên qua thành. bụng.

Axit amin này cũng được sử dụng để tạo cảm giác thèm ăn ở bệnh nhân cao tuổi bị viêm dạ dày mãn tính, những người bình thường không ăn được.

Cuối cùng, các nghiên cứu liên quan đến việc cung cấp axit glutamic và arginine qua đường miệng cho thấy chúng có liên quan đến sự điều hòa tích cực của các gen liên quan đến sự hình thành mỡ trong mô cơ và sự phân giải lipid trong các mô mỡ.

Rối loạn thiếu hụt

Vì axit glutamic đóng vai trò là tiền chất trong quá trình tổng hợp các loại phân tử khác nhau như axit amin và các chất dẫn truyền thần kinh khác, các khiếm khuyết di truyền liên quan đến sự biểu hiện của các enzym liên quan đến sinh tổng hợp và tái chế của nó có thể gây ra hậu quả cho sức khỏe cơ thể của bất kỳ động vật nào.

Ví dụ, enzyme glutamic axit decarboxylase chịu trách nhiệm chuyển đổi glutamate thành axit gamma aminobutyric (GABA), một chất dẫn truyền thần kinh cần thiết cho các phản ứng thần kinh ức chế.

Do đó, sự cân bằng giữa axit glutamic và GABA là vô cùng quan trọng để duy trì khả năng kiểm soát kích thích của vỏ não, vì glutamate hoạt động chủ yếu tại các khớp thần kinh kích thích.

Ngược lại, vì glutamate có liên quan đến một số chức năng của não như học tập và trí nhớ, sự thiếu hụt glutamate có thể gây ra các khiếm khuyết trong các loại quá trình nhận thức đòi hỏi nó như một chất dẫn truyền thần kinh.

Người giới thiệu

1. Ariyoshi, M., Katane, M., Hamase, K., Miyoshi, Y., Nakane, M., Hoshino, A.,… Matoba, S. (2017). D-Glutamate được chuyển hóa trong ti thể ở tim. Báo cáo Khoa học, 7 (tháng 8 năm 2016), 1–9. https://doi.org/10.1038/srep43911
2. Barret, G. (1985). Hóa học và hóa sinh của các axit amin. New York: Chapman và Hall.
3. Danbolt, NC (2001). Hấp thu glutamate. Tiến bộ trong Sinh học thần kinh, 65, 1–105.
4. Fonnum, F. (1984). Glutamate: chất dẫn truyền thần kinh trong não động vật có vú. Tạp chí Hóa thần kinh, 18 (1), 27–33.
5. Garattini, S. (2000). Hội nghị chuyên đề quốc tế về Glutamate. Axit glutamic, 20 năm sau.
6. Graham, TE, Sgro, V., Friars, D., & Gibala, MJ (2000). Tiêu hóa glutamate: Nguồn cung cấp axit amin tự do trong huyết tương và cơ bắp của con người đang nghỉ ngơi. Tạp chí Sinh lý học Hoa Kỳ- Nội tiết và Chuyển hóa, 278, 83–89.
7. Hu, CJ, Jiang, QY, Zhang, T., Yin, YL, Li, FN, Su, JY,… Kong, XF (2017). Chế độ ăn bổ sung arginine và axit glutamic giúp tăng cường biểu hiện gen sinh lipogenic quan trọng ở lợn đang lớn. Tạp chí Khoa học Động vật, 95 (12), 5507–5515.
8. Johnson, JL (1972). Axit glutamic như một chất dẫn truyền tiếp hợp trong hệ thần kinh. Đánh giá. Nghiên cứu về Não bộ, 37, 1–19.
9. Kumar, R., Vikramachakravarthi, D., & Pal, P. (2014). Sản xuất và tinh chế axit glutamic: Đánh giá quan trọng đối với việc tăng cường quy trình. Kỹ thuật hóa học và chế biến: Tăng cường quy trình, 81, 59–71.
10. Mourtzakis, M., & Graham, TE (2002). Tiêu hóa glutamate và ảnh hưởng của nó khi nghỉ ngơi và khi tập thể dục ở người. Tạp chí Sinh lý học Ứng dụng, 93 (4), 1251-1259.
11. Neil, E. (2010). Quy trình sinh học để sản xuất hydro. Những tiến bộ trong Kỹ thuật Hóa sinh / Công nghệ Sinh học, 123 (tháng 7 năm 2015), 127–141. https://doi.org/10.1007/10
12. Okumoto, S., Funck, D., Trovato, M., & Forlani, G. (2016). Các axit amin thuộc họ glutamate: Chức năng ngoài chuyển hóa sơ cấp. Biên giới trong Khoa học Thực vật, 7, 1–3.
13. Olubodun, JO, Zulkifli, I., Farjam, AS, Hair-Bejo, M., & Kasim, A. (2015). Bổ sung glutamine và axit glutamic giúp tăng cường năng suất của gà thịt trong điều kiện nhiệt đới nóng ẩm. Tạp chí Khoa học Động vật Ý, 14 (1), 25–29.
14. Umbarger, H. (1978). Sinh tổng hợp axit amin và quy định của nó. Ann. Rev. Biochem. , 47, 533-606.
15. Waelsch, H. (1951). Axit glutamic và chức năng não. Những tiến bộ trong Hóa học Protein, 6, 299–341.
16. Yelamanchi, SD, Jayaram, S., Thomas, JK, Gundimeda, S., Khan, AA, Singhal, A.,… Gowda, H. (2015). Bản đồ lộ trình chuyển hóa glutamate. Tạp chí Truyền thông Tế bào và Tín hiệu, 10 (1), 69–75.