El ácido glutámico (símbolo Glu o E ; [4] la forma aniónica se conoce como glutamato ) es un α- aminoácido que es utilizado por casi todos los seres vivos en la biosíntesis de proteínas . Es un nutriente no esencial para los humanos, lo que significa que el cuerpo humano puede sintetizar la cantidad suficiente para su uso. También es el neurotransmisor excitador más abundante en el sistema nervioso de los vertebrados . Sirve como precursor de la síntesis del ácido gamma-aminobutírico (GABA) inhibidor en las neuronas GABAérgicas.
Su fórmula molecular es C
5h
9NO
4. El ácido glutámico existe en dos formas ópticamente isoméricas; la forma L dextrógira se obtiene normalmente mediante hidrólisis del gluten o de las aguas residuales de la fabricación de azúcar de remolacha o mediante fermentación. [5] [ cita completa necesaria ] Su estructura molecular podría idealizarse como HOOC − CH ( NH
2)-( CH
2) 2 −COOH, con dos grupos carboxilo −COOH y un grupo amino −NH
2. Sin embargo, en estado sólido y en soluciones de agua ligeramente ácidas , la molécula asume una estructura zwitterion eléctricamente neutra − OOC−CH( NH+
3)-( CH
2) 2 −COOH. Está codificado por los codones GAA o GAG.
El ácido puede perder un protón de su segundo grupo carboxilo para formar la base conjugada , el anión individualmente negativo glutamato − OOC−CH( NH+
3)-( CH
2) 2 −COO − . Esta forma del compuesto prevalece en soluciones neutras . El neurotransmisor glutamato desempeña el papel principal en la activación neuronal . [6] Este anión crea el sabroso sabor umami de los alimentos y se encuentra en los saborizantes de glutamato como el glutamato monosódico . En Europa está clasificado como aditivo alimentario E620 . En soluciones altamente alcalinas , el anión doblemente negativo − OOC−CH( NH
2)-( CH
2) 2 −COO− prevalece . El radical correspondiente al glutamato se llama glutamilo .
El símbolo de una letra E para glutamato fue asignado en secuencia alfabética a la D para aspartato, siendo más grande en un grupo metileno –CH2–. [7]
Cuando el ácido glutámico se disuelve en agua, el grupo amino (- NH
2) puede ganar un protón ( H+
), y/o los grupos carboxilo pueden perder protones, dependiendo de la acidez del medio.
En ambientes suficientemente ácidos, ambos grupos carboxilo se protonan y la molécula se convierte en un catión con una única carga positiva, HOOC-CH( NH+
3)-( CH
2) 2 −COOH. [8]
A valores de pH entre aproximadamente 2,5 y 4,1, [8] el ácido carboxílico más cercano a la amina generalmente pierde un protón y el ácido se convierte en el zwitterion neutro − OOC−CH( NH+
3)-( CH
2) 2 −COOH. Esta es también la forma del compuesto en estado sólido cristalino. [9] [10] El cambio en el estado de protonación es gradual; las dos formas están en concentraciones iguales a pH 2,10. [11]
A un pH aún más alto, el otro grupo de ácido carboxílico pierde su protón y el ácido existe casi en su totalidad como anión glutamato − OOC − CH ( NH+
3)-( CH
2) 2 −COO − , con una única carga negativa en total. El cambio en el estado de protonación ocurre a pH 4,07. [11] Esta forma en la que ambos carboxilatos carecen de protones es dominante en el rango de pH fisiológico (7,35–7,45).
A un pH aún más alto, el grupo amino pierde el protón adicional y la especie predominante es el anión doblemente negativo − OOC − CH ( NH
2)-( CH
2) 2 −COO − . El cambio en el estado de protonación ocurre a pH 9,47. [11]
El ácido glutámico es quiral ; Existen dos enantiómeros de imagen especular : d (-) y l (+). La forma l se encuentra más ampliamente en la naturaleza, pero la forma d ocurre en algunos contextos especiales, como la cápsula bacteriana y las paredes celulares de las bacterias (que la producen a partir de la forma l con la enzima glutamato racemasa ) y el hígado de los mamíferos . . [12] [13]
Aunque se encuentran naturalmente en muchos alimentos, las contribuciones de sabor realizadas por el ácido glutámico y otros aminoácidos solo se identificaron científicamente a principios del siglo XX. La sustancia fue descubierta e identificada en el año 1866 por el químico alemán Karl Heinrich Ritthausen , quien trató el gluten de trigo (que dio nombre) con ácido sulfúrico . [14] En 1908, el investigador japonés Kikunae Ikeda de la Universidad Imperial de Tokio identificó cristales marrones que quedaban después de la evaporación de una gran cantidad de caldo de kombu como ácido glutámico. Estos cristales, al probarlos, reproducían el sabor inefable pero innegable que detectaba en muchos alimentos, muy especialmente en las algas. El profesor Ikeda denominó este sabor umami . Luego patentó un método para producir en masa una sal cristalina de ácido glutámico, el glutamato monosódico . [15] [16]
El ácido glutámico se produce a mayor escala que cualquier aminoácido, con una producción anual estimada de alrededor de 1,5 millones de toneladas en 2006. [18] La síntesis química fue suplantada por la fermentación aeróbica de azúcares y amoníaco en la década de 1950, con el organismo Corynebacterium glutamicum. (también conocido como Brevibacterium flavum ) siendo el más utilizado para su producción. [19] El aislamiento y la purificación se pueden lograr mediante concentración y cristalización ; también está ampliamente disponible como su sal clorhidrato . [20]
El glutamato es un compuesto clave en el metabolismo celular . En los seres humanos, las proteínas de la dieta se descomponen mediante digestión en aminoácidos , que sirven como combustible metabólico para otras funciones funcionales del cuerpo. Un proceso clave en la degradación de aminoácidos es la transaminación , en la que el grupo amino de un aminoácido se transfiere a un α- cetoácido , normalmente catalizado por una transaminasa . La reacción se puede generalizar como tal:
Un α-cetoácido muy común es el α- cetoglutarato , un intermediario en el ciclo del ácido cítrico . La transaminación del α-cetoglutarato da glutamato. El producto α-cetoácido resultante también suele ser útil, ya que puede contribuir como combustible o como sustrato para procesos metabólicos posteriores. Los ejemplos son los siguientes:
Tanto el piruvato como el oxaloacetato son componentes clave del metabolismo celular, contribuyendo como sustratos o intermediarios en procesos fundamentales como la glucólisis , la gluconeogénesis y el ciclo del ácido cítrico .
El glutamato también juega un papel importante en la eliminación del exceso o desperdicio de nitrógeno por parte del cuerpo . El glutamato sufre desaminación , una reacción oxidativa catalizada por la glutamato deshidrogenasa , [17] de la siguiente manera:
El amoníaco (como amonio ) se excreta luego predominantemente como urea , sintetizada en el hígado . De este modo, la transaminación puede vincularse a la desaminación, lo que permite eliminar eficazmente el nitrógeno de los grupos amino de los aminoácidos, a través del glutamato como intermediario, y finalmente excretarse del cuerpo en forma de urea.
El glutamato también es un neurotransmisor (ver más abajo), lo que lo convierte en una de las moléculas más abundantes en el cerebro. Los tumores cerebrales malignos conocidos como glioma o glioblastoma aprovechan este fenómeno utilizando el glutamato como fuente de energía, especialmente cuando estos tumores se vuelven más dependientes del glutamato debido a mutaciones en el gen IDH1 . [21] [22]
El glutamato es el neurotransmisor excitador más abundante en el sistema nervioso de los vertebrados . [23] En las sinapsis químicas , el glutamato se almacena en vesículas . Los impulsos nerviosos desencadenan la liberación de glutamato de la célula presináptica . El glutamato actúa sobre receptores ionotrópicos y metabotrópicos ( acoplados a proteína G ). [23] En la célula postsináptica opuesta , los receptores de glutamato , como el receptor NMDA o el receptor AMPA , se unen al glutamato y se activan. Debido a su papel en la plasticidad sináptica , el glutamato participa en funciones cognitivas como el aprendizaje y la memoria en el cerebro. [24] La forma de plasticidad conocida como potenciación a largo plazo tiene lugar en las sinapsis glutamatérgicas del hipocampo , la neocorteza y otras partes del cerebro. El glutamato funciona no sólo como un transmisor punto a punto , sino también a través de la diafonía sináptica entre sinapsis en la que la suma del glutamato liberado desde una sinapsis vecina crea una transmisión de volumen /señalización extrasináptica . [25] Además, el glutamato desempeña funciones importantes en la regulación de los conos de crecimiento y la sinaptogénesis durante el desarrollo del cerebro, como lo describió originalmente Mark Mattson .
Se ha descubierto que el glutamato extracelular en el cerebro de Drosophila regula la agrupación de receptores de glutamato postsinápticos, mediante un proceso que implica la desensibilización del receptor. [26] Un gen expresado en células gliales transporta activamente glutamato al espacio extracelular , [26] mientras que, en el núcleo accumbens, que estimula los receptores metabotrópicos de glutamato del grupo II, se descubrió que este gen reduce los niveles de glutamato extracelular. [27] Esto plantea la posibilidad de que este glutamato extracelular desempeñe un papel "similar al endocrino" como parte de un sistema homeostático más grande.
El glutamato también sirve como precursor para la síntesis del ácido gamma-aminobutírico (GABA) inhibidor en las neuronas GABAérgicas. Esta reacción es catalizada por la glutamato descarboxilasa (GAD). [28] Las neuronas GABAérgicas se identifican (con fines de investigación) revelando su actividad (con métodos de autorradiografía e inmunohistoquímica ) [29] que es más abundante en el cerebelo y el páncreas . [30]
El síndrome de la persona rígida es un trastorno neurológico causado por anticuerpos anti-GAD, que provoca una disminución en la síntesis de GABA y, por lo tanto, un deterioro de la función motora, como rigidez y espasmos musculares. Dado que el páncreas tiene abundante GAD, se produce una destrucción inmunológica directa en el páncreas y los pacientes tendrán diabetes mellitus . [31]
El ácido glutámico, al ser un constituyente de las proteínas, está presente en los alimentos que contienen proteínas, pero sólo se puede saborear cuando está presente en forma libre. Cantidades significativas de ácido glutámico libre están presentes en una amplia variedad de alimentos, incluidos los quesos y la salsa de soja , y el ácido glutámico es responsable del umami , uno de los cinco sabores básicos del sentido del gusto humano . El ácido glutámico se utiliza a menudo como aditivo alimentario y potenciador del sabor en forma de su sal de sodio , conocida como glutamato monosódico (MSG).
Todas las carnes, aves, pescado, huevos, productos lácteos y kombu son excelentes fuentes de ácido glutámico. Algunos alimentos vegetales ricos en proteínas también sirven como fuente. Del 30% al 35% del gluten (gran parte de la proteína del trigo) es ácido glutámico. El noventa y cinco por ciento del glutamato de la dieta es metabolizado por las células intestinales en un primer paso. [32]
Auxigro es una preparación para el crecimiento de plantas que contiene un 30% de ácido glutámico.
En los últimos años, [ ¿cuándo? ] Se han realizado muchas investigaciones sobre el uso del acoplamiento dipolar residual (RDC) en espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN). Un derivado del ácido glutámico, el poli-γ-bencil-L-glutamato (PBLG), se utiliza a menudo como medio de alineación para controlar la escala de las interacciones dipolares observadas. [33]
El fármaco fenciclidina (más comúnmente conocido como PCP o 'Angel Dust') antagoniza el ácido glutámico de forma no competitiva en el receptor NMDA . Por las mismas razones, el dextrometorfano y la ketamina también tienen fuertes efectos disociativos y alucinógenos . La infusión aguda del fármaco eglumetad (también conocido como eglumegad o LY354740), un agonista de los receptores metabotrópicos de glutamato 2 y 3 , dio como resultado una marcada disminución de la respuesta al estrés inducida por yohimbina en macacos capot ( Macaca radiata ); La administración oral crónica de eglumetad en esos animales condujo a niveles basales de cortisol notablemente reducidos (aproximadamente 50 por ciento) en comparación con los sujetos de control no tratados. [34] También se ha demostrado que eglumetad actúa sobre el receptor metabotrópico de glutamato 3 (GRM3) de las células adrenocorticales humanas , regulando negativamente la aldosterona sintasa , CYP11B1 , y la producción de esteroides suprarrenales (es decir, aldosterona y cortisol ). [35] El glutamato no atraviesa fácilmente la barrera hematoencefálica , sino que, en cambio, es transportado por un sistema de transporte de alta afinidad. [36] [37] También se puede convertir en glutamina .
La toxicidad del glutamato se puede reducir con antioxidantes , y se ha descubierto que el principio psicoactivo del cannabis , el tetrahidrocannabinol (THC), y el principio no psicoactivo cannabidiol (CBD), y otros cannabinoides , bloquean la neurotoxicidad del glutamato con una potencia similar y, por lo tanto, potentes antioxidantes. [38] [39]
Esta organización no permite la entrada neta de glutamato al cerebro;
más bien, promueve la eliminación de glutamato y el mantenimiento de concentraciones bajas de glutamato en el LEC.
