Γλουταμινικό οξύ

Το γλουταμινικό οξύ είναι ένα από τα 20+ πρωτεϊνογόνα αμινοξέα. Στο επίπεδο της μοριακής γενετικής, τα κωδικόνιά του είναι GAA και GAG. Είναι ένα μη απαραίτητο αμινοξύ. Τα καρβοξυλικά ανιόντα και άλατα του γλουταμινικού οξέος είναι γνωστά ως «γλουταμινικά», ενώ οι εστέρες του, αντιστοίχως, ως «γλουταμινικοί». Στη νευρολογία, το γλουταμινικό οξύ είναι σημαντικός νευροδιαβιβαστής, που παίζει νευραλγικό ρόλο στην ανάπτυξη και είναι σημαντικό τόσο για τη μάθηση όσο και τη μνήμη.

Ιστορία

Παρόλο που βρίσκεται με φυσικό τρόπο σε πολλές τροφές, η συνεισφορά στη διαμόρφωση της γεύσης, του γλουταμινικού οξέος και άλλων αμινοξέων, ταυτοποιήθηκε επιστημονικά στις αρχές του 20^ού αιώνα. Το ίδιο το γλουταμινικό οξύ, ως χημική ουσία, ανακαλύφθηκε το 1866, από τον Γερμανό χημικό Καρλ Χάινριχ Λέοπολντ Ρίττχαουζεν (Karl Heinrich Leopold Ritthausen), που επέδρασε σε γλουτένη σίτου (από όπου προέρχεται και το όνομα του γλουταμινικού οξέος και της γλουταμίνης) με θειικό οξύ. Το 1908 όμως, ο Ιάπωνας ερευνητής Κικουνάε Ικέντα (Kikunae Ikeda), από το Αυτοκρατορικό Πανεπιστήμιο του Τόκυο, ταυτοποίησε καφέ κρυστάλλους που απομένουν μετά την εξάτμιση μεγάλης ποσότητας ζωμού κομπού (kombu) ως γλουταμινικό οξύ. Αυτοί οι κρύσταλλοι, όταν δοκιμάστηκαν, ξαναπαρήγαγαν την ανέκφραστη αλλά αδιαμφισβήτητη γεύση πολλών τροφίμων, και ειδικότερα των φυκιών. Ο καθηγητής Ικέντα ονόμασε αυτήν τη γεύση «ουμάμι» (umami). Έπειτα πατεντάρισε μια μέθοδο μαζικής παραγωγής ενός κρυσταλλικού άλατος του γλουταμινικού οξέος, συγκεκριμένα του όξινου γλουταμινικού νατρίου.

Βιοσύνθεση

• Μπορεί να βιοσυντεθεί με τις παρακάτω βιοχημικές αντιδράσεις:

Υδρόλυση γλουταμίνης

• Το γλουταμινικό οξύ μπορεί να παραχθεί με υδρόλυση γλουταμίνης. Η αντίδραση μπορεί να καταλυθεί από τα ένζυμα γλουταμινάσες GLS και GLS2:

${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{N}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\underset{GLS2}{\overset{GLS}{\to }}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}$

Υδρόλυση του N-ακετυλογλουταμινικού οξέος

• Το γλουταμινικό οξύ μπορεί να παραχθεί με υδρόλυση N-ακετυλογλουταμινικού οξέος. Είναι άγνωστο ποια ένζυμα καταλύουν την αντίδραση:

$\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{N}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\stackrel{}{\to }\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$

Οξειδωτική αμίνωση α-κετογλουταρικού οξέος

• Το γλουταμινικό οξύ μπορεί να παραχθεί με οξειδωτική αμίνωση α-κετογλουταρικού οξέος. Η αντίδραση μπορεί να καταλυθεί από τα ένζυμα γλουταμικές δεϋδρογονάσες GLUD1 και GLUD2:

$\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{N}{H}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{+}}\underset{GLUD2}{\overset{GLUD1}{\to }}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}{\mathrm{P}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Τρανσαμίνωση α-κετογλουταρικού οξέος

• Το γλουταμινικό οξύ μπορεί να παραχθεί με τρανσαμίνωση α-κετογλουταρικού οξέος από ένα άλλο α- αμινοξύ. Η αντίδραση μπορεί να καταλυθεί από τα ένζυμα τρανσαμινάσες:

$\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{R}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{\tau \rho \alpha \nu \sigma \alpha \mu \iota \nu \acute{\alpha }\sigma \eta }{\to }\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{R}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$

Αναγωγή 1-πυρρολινο-5-καρβοξυλικού οξέος

• Το γλουταμινικό οξύ μπορεί να παραχθεί με αναγωγή 1-πυρρολινο-5-καρβοξυλικού οξέος. Η αντίδραση μπορεί να καταλυθεί από το ένζυμο αναγωγάση αλδεϋδών (ALDH):

$\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{A}{\mathrm{D}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\stackrel{ALDH}{\to }\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{H}$

Από N-φορμινογλουταμινικό οξύ

• Το γλουταμινικό οξύ μπορεί να παραχθεί με μεταφορά της φορμινοομάδας από N-φορμινογλουταμινικό οξύ. Η αντίδραση μπορεί να καταλυθεί από το ένζυμο φορμινοτρανσφεράση κυκλοδεαμινάση FIGLU:

$\mathrm{+}{\mathrm{B}}_{\mathrm{9}}\stackrel{FIGLU}{\to }\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{)}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{5}\mathrm{-}\mathrm{F}{\mathrm{B}}_{\mathrm{9}}$

• Όπου B₉ το φυλλικό οξύ και 5-FB₉ το 5-φορμινοφυλλικό οξύ.

Χημική συμπεριφορά

Η πλευρική αλυσίδα του αμινοξέος περιέχει καρβοξυλομάδα με pK_a = 4,07 και γι' αυτό βρίσκεται, σχεδόν εντελώς, στην αρνητικά φορτισμένη αποπρωτονιωμένη μορφή της, για κάθε τιμή pH > 4,07. Γι' αυτό είναι αρνητικά φορτισμένο στις «φυσιολογικές τιμές pH», που κυμαίνονται από 7,35 ως 7,45.