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 lo suficiente para su uso. También es el neurotransmisor excitatorio más abundante en el sistema nervioso de los vertebrados . Sirve como precursor para la síntesis del inhibidor ácido gamma-aminobutírico (GABA) en las neuronas GABAérgicas.
Su fórmula molecular es C
5yo
9NO
4El ácido glutámico existe en dos formas ópticamente isoméricas; la forma L dextrógira se obtiene generalmente por hidrólisis del gluten o de las aguas residuales de la fabricación de azúcar de remolacha o por fermentación. [5] [ cita completa necesaria ] Su estructura molecular podría idealizarse como HOOC−CH( NH
2)−( C
2) 2 −COOH, con dos grupos carboxilo −COOH y un grupo amino − NH
2Sin embargo, en estado sólido y en soluciones acuosas ligeramente ácidas , la molécula asume una estructura de zwitterión eléctricamente neutra − OOC−CH( NH+
3)−( C
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 simplemente negativo glutamato − OOC−CH( NH+
3)−( C
2) 2 −COO − . Esta forma del compuesto prevalece en soluciones neutras . El neurotransmisor glutamato juega 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, se clasifica como aditivo alimentario E620 . En soluciones altamente alcalinas , el anión doblemente negativo − OOC−CH( NH
2)−( C
2) Predomina el 2 −COO − . El radical correspondiente al glutamato se llama glutamilo .
El símbolo de una letra E para el glutamato se asignó como la letra siguiente a la D para el aspartato , ya que el glutamato es un grupo metileno –CH 2 – más grande. [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 entornos suficientemente ácidos, ambos grupos carboxilo se protonan y la molécula se convierte en un catión con una única carga positiva, HOOC−CH( NH+
3)−( C
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 zwitterión neutro − OOC−CH( NH+
3)−( C
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 enteramente como el anión glutamato − OOC−CH( NH+
3)−( C
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 con ambos carboxilatos carentes 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)−( C
2) 2 −COO − . El cambio en el estado de protonación ocurre a pH 9,47. [11]
El ácido glutámico es quiral ; existen dos enantiómeros que son imágenes especulares : d (−) y l (+). La forma l se encuentra más ampliamente en la naturaleza, pero la forma d se encuentra 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 de forma natural en muchos alimentos, las contribuciones al sabor que hacen el ácido glutámico y otros aminoácidos recién 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 (de donde recibió su nombre) con ácido sulfúrico . [14] En 1908, el investigador japonés Kikunae Ikeda de la Universidad Imperial de Tokio identificó los 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 detectó en muchos alimentos, especialmente en las algas marinas. 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 en la mayor escala de todos los aminoácidos, 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, siendo el organismo Corynebacterium glutamicum (también conocido como Brevibacterium flavum ) el más utilizado para la producción. [19] El aislamiento y la purificación se pueden lograr por concentración y cristalización ; también está ampliamente disponible como su sal de clorhidrato . [20]
El glutamato es un compuesto clave en el metabolismo celular . En los seres humanos, las proteínas de la dieta se descomponen mediante la digestión en aminoácidos , que sirven como combustible metabólico para otras funciones 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 de la siguiente manera:
Un α-cetoácido muy común es el α-cetoglutarato , un intermediario en el ciclo del ácido cítrico . La transaminación del α-cetoglutarato produce glutamato. El α-cetoácido resultante también suele ser útil, ya que puede servir como combustible o como sustrato para otros procesos metabólicos. Algunos 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 desempeña un papel importante en la eliminación del exceso o desecho de nitrógeno por parte del cuerpo . El glutamato sufre una desaminación , una reacción oxidativa catalizada por la glutamato deshidrogenasa , [17] de la siguiente manera:
El amoniaco (como amonio ) se excreta predominantemente en forma de urea , sintetizada en el hígado . La transaminación puede, por tanto, vincularse a la desaminación, lo que permite eliminar eficazmente el nitrógeno de los grupos amina de los aminoácidos, a través del glutamato como intermediario, y finalmente excretarse del cuerpo en forma de urea.
El glutamato es también 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 gliomas o glioblastomas explotan este fenómeno al utilizar 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 excitatorio 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 los 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 está involucrado 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 en el hipocampo , el neocórtex y otras partes del cerebro. El glutamato funciona no solo como un transmisor punto a punto , sino también a través de una diafonía sináptica de derrame entre sinapsis en la que la suma del glutamato liberado de una sinapsis vecina crea una transmisión de volumen /señalización extrasináptica . [25] Además, el glutamato desempeña un papel importante en la regulación de los conos de crecimiento y la sinaptogénesis durante el desarrollo cerebral , como lo describió originalmente Mark Mattson .
Se ha descubierto que el glutamato extracelular en los cerebros de Drosophila regula la agrupación de receptores de glutamato postsinápticos, a través de un proceso que implica la desensibilización del receptor. [26] Un gen expresado en las células gliales transporta activamente glutamato al espacio extracelular , [26] mientras que, en los receptores de glutamato metabotrópicos del grupo II que estimulan el núcleo accumbens , se descubrió que este gen reduce los niveles extracelulares de glutamato. [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 actúa como precursor de la síntesis del ácido gamma-aminobutírico inhibidor (GABA) 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 los 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 de la síntesis de GABA y, por lo tanto, un deterioro de la función motora, como rigidez y espasmos musculares. Como el páncreas tiene abundante GAD, se produce una destrucción inmunológica directa en el páncreas y los pacientes padecerán diabetes mellitus . [31]
El ácido glutámico, al ser un componente de las proteínas, está presente en los alimentos que contienen proteínas, pero solo se puede percibir su sabor cuando está presente en forma no unida. Hay cantidades significativas de ácido glutámico libre 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 sódica , conocida como glutamato monosódico (GMS).
Todas las carnes, aves, pescados, huevos, productos lácteos y kombu son excelentes fuentes de ácido glutámico. Algunos alimentos vegetales ricos en proteínas también sirven como fuentes. Entre el 30% y el 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 un preparado para el crecimiento de las plantas que contiene un 30% de ácido glutámico.
En los últimos años, [ ¿ cuándo? ] se ha investigado mucho sobre el uso del acoplamiento dipolar residual (RDC) en la 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 'Polvo de ángel') 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 ) resultó en una marcada disminución de la respuesta al estrés inducida por yohimbina en macacos de corona ( Macaca radiata ); la administración oral crónica de eglumetad en esos animales condujo a niveles basales de cortisol marcadamente reducidos (aproximadamente el 50 por ciento) en comparación con los sujetos de control no tratados. [34] También se ha demostrado que Eglumetad actúa sobre el receptor de glutamato metabotrópico 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 pasa fácilmente la barrera hematoencefálica , sino que 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, son 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 bajas concentraciones de glutamato en el ECF.
