Kyselina glutamová - Glutamic acid
l-Kyselina glutamová | |
Jména | |
---|---|
Systematický název IUPAC Kyselina 2-aminopentandiová | |
Ostatní jména Kyselina 2-aminoglutarová | |
Identifikátory | |
3D model (JSmol ) |
|
3DMet |
|
1723801 (L) 1723799 (rac) 1723800 (D) | |
ChEBI |
|
ChEMBL |
|
ChemSpider |
|
DrugBank | |
Informační karta ECHA | 100.009.567 |
Číslo ES |
|
Číslo E. | E620 (zvýrazňovač chuti) |
3502 (L) 101971 (závod) 201189 (D) | |
KEGG | |
PubChem CID | |
UNII |
|
Řídicí panel CompTox (EPA) |
|
| |
| |
Vlastnosti | |
C5H9NÓ4 | |
Molární hmotnost | 147.130 g · mol−1 |
Vzhled | bílý krystalický prášek |
Hustota | 1,4601 (20 ° C) |
Bod tání | 199 ° C (390 ° F; 472 K) se rozkládá |
7,5 g / l (20 ° C)[1] | |
Rozpustnost | 0,00035 g / 100 g ethanolu (25 ° C)[2] |
Kyselost (strK.A) | 2.10, 4.07, 9.47[3] |
-78.5·10−6 cm3/ mol | |
Nebezpečí | |
Bezpečnostní list | Vidět: datová stránka |
Piktogramy GHS | |
Signální slovo GHS | Varování |
H315, H319, H335 | |
P261, P264, P271, P280, P302 + 352, P304 + 340, P305 + 351 + 338, P312, P321, P332 + 313, P337 + 313, P362, P403 + 233, P405, P501 | |
NFPA 704 (ohnivý diamant) | |
Stránka s doplňkovými údaji | |
Index lomu (n), Dielektrická konstanta (εr), atd. | |
Termodynamické data | Fázové chování pevná látka - kapalina - plyn |
UV, IR, NMR, SLEČNA | |
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
ověřit (co je ?) | |
Reference Infoboxu | |
Kyselina glutamová (symbol Glu nebo E;[4] iontová forma je známá jako glutamát) je α-aminokyselina který používají téměř všechny živé bytosti v USA biosyntéza z bílkoviny. U lidí to není podstatné, což znamená, že si ho tělo dokáže syntetizovat. Je to také vzrušující neurotransmiter, ve skutečnosti nejhojnější, na obratlovcích nervový systém. Slouží jako předchůdce syntézy inhibice kyselina gama-aminomáselná (GABA) v GABA-ergních neuronech.
Má vzorec C
5H
9Ó
4N. Jeho molekulární struktura by se dala idealizovat jako HOOC-CH (NH
2)-(CH
2)2-COOH, se dvěma karboxyl skupiny -COOH a jedna aminoskupina -NH
2. Nicméně v pevném stavu a mírně kyselina vodní roztoky, molekula předpokládá elektricky neutrální zwitterion struktura −OOC-CH (NH+
3)-(CH
2)2-COOH. to je kódovaný podle kodony GAA nebo GAG.
Kyselina může jednu ztratit proton od jeho druhého karboxylová skupina tvořit konjugovaná báze, jednotlivě negativní anion glutamát −OOC-CH (NH+
3)-(CH
2)2-VRKAT−. Tato forma sloučeniny převládá v neutrální řešení. The glutamátový neurotransmiter hraje hlavní roli v nervová aktivace.[5] Tento anion je také zodpovědný za slanou chuť (umami ) určitých potravin a používaných v glutamátová aromata jako MSG. V Evropě je klasifikován jako potravinářská přídatná látka E620. Velmi zásaditý řešení dvojnásobně záporného aniontu −OOC-CH (NH
2)-(CH
2)2-VRKAT− převládá. The radikální odpovídá glutamátu glutamyl.
Chemie
Ionizace
Když se kyselina glutamová rozpustí ve vodě, aminoskupina (-NH
2) může získat a proton (H+
) a / nebo karboxylové skupiny může ztratit protony, v závislosti na kyselost média.
V dostatečně kyselém prostředí získá aminoskupina proton a molekula se stane a kation s jediným kladným nábojem, HOOC-CH (NH+
3)-(CH
2)2-COOH.[6]
Na pH hodnoty mezi 2,5 a 4,1,[6] karboxylová kyselina blíže k aminu obecně ztrácí proton a kyselina se stává neutrální zwitterion −OOC-CH (NH+
3)-(CH
2)2-COOH. To je také forma sloučeniny v krystalickém pevném stavu.[7][8] Změna stavu protonace je postupná; tyto dvě formy jsou ve stejných koncentracích při pH 2,10.[9]
Při ještě vyšším pH ztrácí druhá skupina karboxylové kyseliny svůj proton a kyselina existuje téměř úplně jako glutamát anion −OOC-CH (NH+
3)-(CH
2)2-VRKAT−, s celkovým jediným záporným nábojem. Ke změně protonačního stavu dochází při pH 4,07.[9] Tato forma s oběma karboxyláty postrádajícími protony je dominantní v fyziologické pH rozmezí (7,35–7,45).
Při ještě vyšším pH ztrácí aminoskupina extra proton a převládajícím druhem je dvojnásobně negativní anion −OOC-CH (NH
2)-(CH
2)2-VRKAT−. Ke změně protonačního stavu dochází při pH 9,47.[9]
Optická izomerie
The uhlík atom sousedící s aminoskupinou je chirální (připojeno ke čtyřem odlišným skupinám), takže kyselina glutamová může existovat ve dvou optické izomery, d(-) a l(+). The l forma je v přírodě nejrozšířenější, ale d forma se vyskytuje v některých zvláštních kontextech, jako je například buněčné stěny z bakterie (který jej může vyrobit z l formulář s enzym glutamát racemáza ) a játra z savci.[10][11]
Dějiny
I když se přirozeně vyskytují v mnoha potravinách, příchutě kyseliny glutamové a dalších aminokyselin byly vědecky identifikovány až počátkem dvacátého století. Látku objevil a identifikoval v roce 1866 německý chemik Karl Heinrich Ritthausen kdo ošetřoval pšenici lepek (pro které byl pojmenován) s kyselina sírová.[12] V roce 1908 japonský výzkumník Kikunae Ikeda z Tokijská císařská univerzita identifikoval hnědé krystaly, které po odpaření velkého množství zůstaly kombu vývar jako kyselina glutamová. Když tyto krystaly ochutnaly, reprodukovaly nevýslovnou, ale nepopiratelnou chuť, kterou zjistil v mnoha potravinách, zejména v mořských řasách. Profesor Ikeda tuto příchuť nazval umami. Poté patentoval metodu hromadné výroby krystalické soli kyseliny glutamové, glutaman sodný.[13][14]
Syntéza
Biosyntéza
Reaktanty | produkty | Enzymy |
---|---|---|
Glutamin + H2Ó | → Glu + NH3 | GLS, GLS2 |
NAcGlu + H2Ó | → Glu + Acetát | N-acetyl-glutamát syntáza |
α-ketoglutarát + NADP H + NH4+ | → Glu + NADP+ + H2Ó | GLUD1, GLUD2[15] |
α-ketoglutarát + a-aminokyselina | → Glu + kyselina α-keto | transamináza |
1-pyrrolin-5-karboxylát + NAD+ + H2Ó | → Glu + NADH | ALDH4A1 |
N-formimino-L-glutamát + FH4 | → Glu + 5-formimino-FH4 | FTCD |
NAAG | → Glu + NAA | GCPII |
Průmyslová syntéza
Kyselina glutamová se vyrábí v největším měřítku ze všech aminokyselin, s odhadovanou roční produkcí asi 1,5 milionu tun v roce 2006.[16] Chemická syntéza byla nahrazena aerobní fermentací cukrů a amoniaku v padesátých letech minulého století s organismem Corynebacterium glutamicum (také známý jako Brevibacterium flavum) je nejpoužívanější pro výrobu.[17] Izolace a čištění může být dosaženo koncentrací a krystalizace; je také široce dostupný jako jeho hydrochlorid sůl.[18]
Funkce a použití
Metabolismus
Glutamát je klíčovou složkou v buňkách metabolismus. U lidí dietní bílkoviny jsou štěpeny trávením na aminokyseliny, které slouží jako metabolické palivo pro další funkční role v těle. Klíčovým procesem při degradaci aminokyselin je transaminace, ve kterém je aminoskupina aminokyseliny přenesena na a-ketokyselinu, typicky katalyzovanou a transamináza. Reakci lze zobecnit jako takovou:
- R1-aminokyselina + R2-α-ketokyselina ⇌ R.1-α-ketokyselina + R2-aminokyselina
Velmi častou kyselinou α-keto je α-ketoglutarát, meziprodukt v cyklus kyseliny citronové. Transaminací α-ketoglutarátu se získá glutamát. Výsledný produkt α-ketokyseliny je také často užitečný, který může přispět jako palivo nebo jako substrát pro další metabolické procesy. Příklady jsou následující:
- Aspartát + α-ketoglutarát ⇌ oxaloacetát + glutamát
Pyruvát i oxaloacetát jsou klíčovými složkami buněčného metabolismu a přispívají jako substráty nebo meziprodukty v základních procesech, jako je glykolýza, glukoneogeneze a cyklus kyseliny citronové.
Glutamát také hraje důležitou roli při odstraňování přebytečných látek nebo odpadu v těle dusík. Glutamát prochází deaminace, oxidační reakce katalyzovaná glutamát dehydrogenáza,[15] jak následuje:
Amoniak (jako amonný ) se poté vylučuje převážně jako močovina, syntetizovaný v játra. Transaminace tak může být spojena s deaminací, což účinně umožňuje odstranění dusíku z aminových skupin aminokyselin prostřednictvím glutamátu jako meziproduktu a nakonec vylučování z těla ve formě močoviny.
Glutamát je také a neurotransmiter (viz níže), což z něj činí jednu z nejhojnějších molekul v mozku. Maligní mozkové nádory známé jako gliom nebo glioblastom využít tento fenomén pomocí glutamátu jako zdroje energie, zvláště když se tyto nádory stávají závislejšími na glutamátu v důsledku mutací v genu IDH1.[19][20]
Neurotransmiter
Glutamát je nejhojnější excitační neurotransmiter u obratlovců nervový systém.[21] Na chemické synapse, glutamát je uložen v vezikuly. Nervové impulsy spouštěcí uvolňování glutamátu z presynaptické buňky. Glutamát působí na ionotropní a metabotropní Receptory (spojené s G-proteinem).[21] V protilehlé postsynaptické buňce glutamátové receptory, tak jako NMDA receptor nebo AMPA receptor, váží glutamát a jsou aktivovány. Kvůli své roli v synaptická plasticita, glutamát se podílí na kognitivních funkcích, jako je učení se a Paměť v mozku.[22] Forma plasticity známá jako dlouhodobé potenciace odehrává se na glutamatergických synapsích v hipokampus, neokortex a další části mozku. Glutamát funguje nejen jako a bod-bod vysílačem, ale také přeléváním synaptických přeslechů mezi synapsemi, ve kterých součet glutamátu uvolněného ze sousední synapse vytváří extrasynaptickou signalizaci /objemový přenos.[23] Kromě toho hraje glutamát důležitou roli při regulaci růstové kužele a synaptogeneze během vývoje mozku, jak původně popsal Mark Mattson.
Mozkové nesynaptické glutamatergické signalizační obvody
Extracelulární glutamát v Drosophila Bylo zjištěno, že mozky regulují shlukování postsynaptického glutamátového receptoru prostřednictvím procesu zahrnujícího desenzitizaci receptoru.[24] Gen exprimovaný v gliové buňky aktivně transportuje glutamát do extracelulární prostor,[24] zatímco v nucleus accumbens - stimulující metabotropní receptory glutamátu skupiny II, bylo zjištěno, že tento gen snižuje extracelulární hladiny glutamátu.[25] To zvyšuje možnost, že tento extracelulární glutamát hraje roli „endokrinního typu“ jako součást většího homeostatického systému.
Předchůdce GABA
Glutamát také slouží jako prekurzor pro syntézu inhibitoru kyselina gama-aminomáselná (GABA) v GABA-ergních neuronech. Tato reakce je katalyzována glutamát dekarboxyláza (GAD), který je nejhojnější v mozeček a slinivka břišní.[Citace je zapotřebí ]
Syndrom ztuhlé osoby je neurologická porucha způsobená protilátkami anti-GAD, která vede ke snížení syntézy GABA, a proto k poškození motorických funkcí, jako je svalová ztuhlost a křeč. Vzhledem k tomu, že pankreas má hojný GAD, dochází v pankreatu k přímé imunologické destrukci a pacienti budou mít diabetes mellitus.[Citace je zapotřebí ]
Zesilovač chuti
Kyselina glutamová, která je složkou bílkovin, je přítomna v potravinách, které obsahují bílkoviny, ale lze ji ochutnat, pouze pokud je přítomna v nenavázané formě. Významné množství volné kyseliny glutamové je přítomno v široké škále potravin, včetně sýry a sójová omáčka a je zodpovědná za kyselinu glutamovou umami, jeden z pěti základní chutě lidského smyslu pro chuť. Kyselina glutamová se často používá jako a potravinářská přídatná látka a zvýrazňovač chuti ve formě sodíku sůl, známý jako glutaman sodný (MSG).
Živina
Veškeré maso, drůbež, ryby, vejce, mléčné výrobky a kombu jsou vynikajícími zdroji kyseliny glutamové. Jako zdroje slouží také některé rostlinné potraviny bohaté na bílkoviny. 30% až 35% lepku (velká část bílkovin v pšenici) je kyselina glutamová. Devadesát pět procent potravinového glutamátu je metabolizováno střevními buňkami při prvním průchodu.[26]
Růst rostlin
Auxigro je přípravek na růst rostlin, který obsahuje 30% kyseliny glutamové.
NMR spektroskopie
V posledních letech,[když? ] tam bylo hodně výzkumu o použití zbytková dipolární vazba (RDC) v spektroskopie nukleární magnetické rezonance (NMR). Derivát kyseliny glutamové, poly-y-benzyl-L-glutamát (PBLG), se často používá jako vyrovnávací médium pro kontrolu rozsahu pozorovaných dipolárních interakcí.[27]
Farmakologie
Droga fencyklidin (více obyčejně známý jako PCP) antagonizuje kyselina glutamová nekonkurenčně na NMDA receptor. Ze stejných důvodů dextromethorfan a ketamin mít také silné disociativní a halucinogenní účinky. Akutní infuze léku LY354740 (také známý jako eglumegad, an agonista z metabotropní glutamátové receptory 2 a 3 ) vedlo k výraznému snížení o yohimbin -indukovaný stresová reakce v makakech kapoty (Macaca radiata ); chronické orální podávání LY354740 těmto zvířatům vedlo k výrazně snížené výchozí hodnotě kortizol hladiny (přibližně 50 procent) ve srovnání s neléčenými kontrolními subjekty.[28] LY354740 bylo rovněž prokázáno, že jedná na metabotropní glutamátový receptor 3 (GRM3) člověka adrenokortikální buňky, downregulating aldosteron syntáza, CYP11B1 a výroba nadledvin steroidy (tj. aldosteron a kortizol ).[29] Glutamát neprochází snadno hematoencefalická bariéra, ale místo toho je transportován vysokoafinitním transportním systémem.[30][31] Lze jej také převést na glutamin.
Viz také
Reference
- ^ "Kyselina L-glutamová CAS #: 56-86-0". www.chemicalbook.com.
- ^ Belitz, H.-D; Grosch, Werner; Schieberle, Peter (2009-02-27). Chemie potravin. ISBN 978-3540699330.
- ^ "Struktury aminokyselin". cem.msu.edu. Archivovány od originál dne 11. 2. 1998.
- ^ „Nomenklatura a symbolika pro aminokyseliny a peptidy“. Smíšená komise IUPAC-IUB pro biochemickou nomenklaturu. 1983. Archivovány od originál dne 9. října 2008. Citováno 5. března 2018.
- ^ Robert Sapolsky (2005), Biologie a lidské chování: Neurologické počátky individuality (2. vydání); Učitelská společnost. 19–20 příručky
- ^ A b Albert Neuberger (1936), „Disociační konstanty a struktury kyseliny glutamové a jejích esterů“. Biochemical Journal, svazek 30, číslo 11, článek CCXCIII, s. 2085–2094. PMC 1263308.
- ^ Rodante, F .; Marrosu, G. (1989). „Termodynamika druhého procesu disociace protonů devíti a-aminokyselin a třetího ionizačního procesu kyseliny glutamové, kyseliny asparagové a tyrosinu“. Thermochimica Acta. 141: 297–303. doi:10.1016/0040-6031(89)87065-0.
- ^ Lehmann, Mogens S .; Koetzle, Thomas F .; Hamilton, Walter C. (1972). „Přesné stanovení neutronové difrakční struktury proteinových a nukleových kyselinových složek. VIII: krystalická a molekulární struktura β-formy aminokyseliny-glutamové kyseliny“. Journal of Crystal and Molecular Structure. 2 (5): 225–233. doi:10.1007 / BF01246639. S2CID 93590487.
- ^ A b C William H. Brown a Lawrence S. Brown (2008), Organická chemie (5. vydání). Cengage Learning. p. 1041. ISBN 0495388572, 978-0495388579.
- ^ Národní centrum pro biotechnologické informace, “D-glutamát ". Složená databáze PubChem, CID = 23327. Přístupné 2017-02-17.
- ^ Liu, L; Yoshimura, T; Endo, K; Kishimoto, K; Fuchikami, Y; Manning, JM; Esaki, N; Soda, K (1998). „Kompenzace D-glutamátové auxotrofie Escherichia coli WM335 genem D-aminokyseliny aminotransferázy a regulace exprese murI“. Bioscience, biotechnologie a biochemie. 62 (1): 193–195. doi:10,1271 / bbb.62.193. PMID 9501533.
- ^ R.H.A. Plimmer (1912) [1908]. R.H.A. Plimmer; F.G. Hopkins (eds.). Chemická konstituce proteinu. Monografie o biochemii. Část I. Analýza (2. vyd.). London: Longmans, Green and Co. str. 114. Citováno 3. června 2012.
- ^ Renton, Alex (10.7.2005). „Pokud je pro vás MSG tak špatný, proč ho v Asii nebolí každého?“. Opatrovník. Citováno 2008-11-21.
- ^ „Glutamát sodný Kikunae Ikeda“. Japonský patentový úřad. 7. 10. 2002. Archivovány od originál dne 28.10.2007. Citováno 2008-11-21.
- ^ A b Grabowska, A .; Nowicki, M .; Kwinta, J. (2011). „Glutamát dehydrogenáza klíčících semen triticale: genová exprese, distribuce aktivity a kinetické vlastnosti“. Acta Physiologiae Plantarum. 33 (5): 1981–1990. doi:10.1007 / s11738-011-0801-1.
- ^ Alvise Perosa; Fulvio Zecchini (2007). Metody a činidla pro zelenou chemii: Úvod. John Wiley & Sons. p. 25. ISBN 978-0-470-12407-9.
- ^ Michael C. Flickinger (2010). Encyclopedia of Industrial Biotechnology: Bioprocess, Bioseparation, and Cell Technology, 7 Volume Set. Wiley. 215–225. ISBN 978-0-471-79930-6.
- ^ Foley, Patrick; Kermanshahi pour, Azadeh; Beach, Evan S .; Zimmerman, Julie B. (2012). "Odvození a syntéza obnovitelných povrchově aktivních látek". Chem. Soc. Rev. 41 (4): 1499–1518. doi:10.1039 / C1CS15217C. ISSN 0306-0012. PMID 22006024.
- ^ van Lith, SA; Navis, AC; Verrijp, K; Niclou, SP; Bjerkvig, R; Wesseling, P; Topy, B; Molenaar, R; van Noorden, CJ; Leenders, WP (srpen 2014). „Glutamát jako chemotaktické palivo pro difuzní gliomové buňky: jsou to přísavky na glutamát?“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Recenze na rakovinu. 1846 (1): 66–74. doi:10.1016 / j.bbcan.2014.04.004. PMID 24747768.
- ^ van Lith, SA; Molenaar, R; van Noorden, CJ; Leenders, WP (prosinec 2014). „Nádorové buňky při hledání glutamátu: alternativní vysvětlení zvýšené invazivity mutantních gliomů IDH1“. Neuronkologie. 16 (12): 1669–1670. doi:10.1093 / neuonc / nou152. PMC 4232089. PMID 25074540.
- ^ A b Meldrum, B. S. (2000). „Glutamát jako neurotransmiter v mozku: přehled fyziologie a patologie“. The Journal of Nutrition. 130 (4S Suppl): 1007S – 1015S. doi:10.1093 / jn / 130.4.1007s. PMID 10736372.
- ^ McEntee, W. J .; Crook, T. H. (1993). „Glutamát: jeho role v učení, paměti a stárnutí mozku“. Psychofarmakologie. 111 (4): 391–401. doi:10.1007 / BF02253527. PMID 7870979. S2CID 37400348.
- ^ Okubo, Y .; Sekiya, H .; Namiki, S .; Sakamoto, H .; Iinuma, S .; Yamasaki, M .; Watanabe, M .; Hirose, K .; Iino, M. (2010). „Zobrazování extrasynaptické dynamiky glutamátu v mozku“. Sborník Národní akademie věd. 107 (14): 6526–6531. Bibcode:2010PNAS..107,6526O. doi:10.1073 / pnas.0913154107. PMC 2851965. PMID 20308566.
- ^ A b Augustin H, Grosjean Y, Chen K, Sheng Q, Featherstone DE (2007). „Nevesikulární uvolňování glutamátu transportéry Glial xCT potlačuje hromadění shluků glutamátových receptorů in vivo“. Journal of Neuroscience. 27 (1): 111–123. doi:10.1523 / JNEUROSCI.4770-06.2007. PMC 2193629. PMID 17202478.
- ^ Zheng Xi; Baker DA; Shen H; Carson DS; Kalivas PW (2002). „Metabotropní glutamátové receptory skupiny II modulují extracelulární glutamát v nucleus accumbens“. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 300 (1): 162–171. doi:10.1124 / jpet.300.1.162. PMID 11752112.
- ^ Reeds, P.J .; et al. (1. dubna 2000). "Metabolismus střevního glutamátu". Journal of Nutrition. 130 (4 s): 978S – 982S. doi:10.1093 / jn / 130.4.978S. PMID 10736365.
- ^ C. M. Thiele, pojmy Magn. Reson. A, 2007, 30A, 65–80
- ^ Coplan JD, Mathew SJ, Smith EL, Trost RC, Scharf BA, Martinez J, Gorman JM, Monn JA, Schoepp DD, Rosenblum LA (červenec 2001). „Účinky LY354740, nového glutamátergního metabotropního agonisty, na osu hypotalamus-hypofýza-nadledviny nelidského primáta a noradrenergní funkci“. CNS Spectr. 6 (7): 607–612, 617. doi:10.1017 / S1092852900002157. PMID 15573025.
- ^ Felizola SJ, Nakamura Y, Satoh F, Morimoto R, Kikuchi K, Nakamura T, Hozawa A, Wang L, Onodera Y, Ise K, McNamara KM, Midorikawa S, Suzuki S, Sasano H (leden 2014). "Glutamátové receptory a regulace steroidogeneze v lidské nadledvině: metabotropní cesta". Molekulární a buněčná endokrinologie. 382 (1): 170–177. doi:10.1016 / j.mce.2013.09.025. PMID 24080311. S2CID 3357749.
- ^ Smith, Quentin R. (duben 2000). "Transport glutamátu a dalších aminokyselin na hematoencefalickou bariéru". The Journal of Nutrition. 130 (4S Suppl): 1016S – 1022S. doi:10.1093 / jn / 130.4.1016S. PMID 10736373.
- ^ Hawkins, Richard A. (září 2009). "Hematoencefalická bariéra a glutamát". American Journal of Clinical Nutrition. 90 (3): 867S - 874S. doi:10.3945 / ajcn.2009.27462BB. PMC 3136011. PMID 19571220.
Tato organizace neumožňuje vstup čistého glutamátu do mozku; spíše podporuje odstranění glutamátu a udržování nízkých koncentrací glutamátu v ECF.
Další čtení
- Nelson, David L .; Cox, Michael M. (2005). Principy biochemie (4. vydání). New York: W. H. Freeman. ISBN 0-7167-4339-6.