Kyselina glutamová (zkráceně Glu nebo E) je jednou z 20-22 proteinogenních aminokyselin a její kodony jsou GAA a GAG. Jedná se o neesenciální aminokyselinu. Působí jako prekurzor glutamátu, takže karboxylátové anionty a soli kyseliny glutamové se nazývají glutamáty. V neurovědách je glutamát důležitým neurotransmiterem, který hraje klíčovou roli v dlouhodobé potenciaci a je důležitý pro učení a paměť.
Kyselina glutamová funguje jako neurotransmiter v dorzálních rozích míchy a v mozečku.
Kyselina glutamová vznikla z latinského gluten (lepidlo) +amine (označující amin + ikos (podobající se nebo vyznačující se).
Funkční skupina karboxylové kyseliny s postranním řetězcem má pKa 4,1, a proto se při hodnotách pH vyšších než 4,1 vyskytuje téměř výhradně ve své záporně nabité deprotonované karboxylátové formě; při fyziologickém pH v rozmezí 7,35 až 7,45 je proto záporně nabitá.
Ačkoli se přirozeně vyskytují v mnoha potravinách, chuťový přínos kyseliny glutamové a dalších aminokyselin byl vědecky identifikován až na počátku 20. století. Tuto látku objevil a identifikoval v roce 1866 německý chemik Karl Heinrich Leopold Ritthausen, který pšeničný lepek (po němž byla pojmenována) ošetřil kyselinou sírovou. V roce 1908 identifikoval japonský badatel Kikunae Ikeda z Tokijské císařské univerzity hnědé krystalky, které zůstaly po odpaření velkého množství vývaru z kombu, jako kyselinu glutamovou. Tyto krystalky po ochutnání reprodukovaly nevýraznou, ale nepopiratelnou chuť, kterou zjistil v mnoha potravinách, především v mořských řasách. Profesor Ikeda tuto chuť označil jako umami. Poté si nechal patentovat metodu hromadné výroby krystalické soli kyseliny glutamové, glutamátu sodného.
Glutamát je klíčovou sloučeninou v buněčném metabolismu. U člověka se bílkoviny v potravě trávením rozkládají na aminokyseliny, které slouží jako metabolické palivo pro další funkční úlohy v těle. Klíčovým procesem při odbourávání aminokyselin je transaminace, při níž se aminoskupina aminokyseliny přenáší na α-ketokyselinu, obvykle katalyzovanou transaminázou. Reakci lze zobecnit takto:
Velmi častou α-ketokyselinou je α-ketoglutarát, meziprodukt v cyklu kyseliny citronové. Transaminací α-ketoglutarátu vzniká glutamát. Výsledný produkt α-ketokyseliny je často také užitečný a může přispět jako palivo nebo jako substrát pro další metabolické procesy. Příklady jsou následující:
Pyruvát i oxaloacetát jsou klíčovými složkami buněčného metabolismu a podílejí se jako substráty nebo meziprodukty na základních procesech, jako je glykolýza, glukoneogeneze a cyklus kyseliny citronové.
Glutamát hraje také důležitou roli při likvidaci přebytečného nebo odpadního dusíku v těle. Glutamát podléhá deaminaci, oxidační reakci katalyzované glutamátdehydrogenázou, a to následujícím způsobem:
Amoniak (ve formě amoniaku) se pak vylučuje převážně jako močovina syntetizovaná v játrech. Transaminace může být tedy spojena s deaminací, což účinně umožňuje odstranění dusíku z aminoskupin aminokyselin prostřednictvím glutamátu jako meziproduktu a jeho konečné vyloučení z těla ve formě močoviny.
Glutamát je nejrozšířenějším excitačním neurotransmiterem v nervovém systému obratlovců. V chemických synapsích se glutamát ukládá do vezikul. Nervové impulzy vyvolávají uvolňování glutamátu z presynaptické buňky. V protilehlé postsynaptické buňce se na glutamát vážou glutamátové receptory, například NMDA receptor, a aktivují se. Díky své roli v synaptické plasticitě se glutamát podílí na kognitivních funkcích, jako je učení a paměť v mozku. Na glutamátergních synapsích v hipokampu, neokortexu a dalších částech mozku probíhá forma plasticity známá jako dlouhodobá potenciace. Glutamát funguje nejen jako bodový přenašeč, ale také prostřednictvím přelévání synaptických přeslechů mezi synapsemi, kdy sumací glutamátu uvolněného ze sousední synapse vzniká extrasynaptický přenos signálu/obsahu.
Glutamátové transportéry se nacházejí v membránách neuronů a glií. Rychle odstraňují glutamát z extracelulárního prostoru. Při poškození mozku nebo nemoci mohou fungovat opačně a nadbytečný glutamát se může hromadit mimo buňky. Tento proces způsobuje vstup vápenatých iontů do buněk přes kanály NMDA receptorů, což vede k poškození neuronů a případné buněčné smrti a nazývá se excitotoxicita. Mechanismy buněčné smrti zahrnují
K excitotoxicitě způsobené nadměrným uvolňováním glutamátu a poruchou jeho vychytávání dochází v rámci ischemické kaskády a je spojena s mrtvicí a nemocemi, jako je amyotrofická laterální skleróza, lathyrismus, autismus, některé formy mentální retardace a Alzheimerova choroba. Naopak snížené uvolňování glutamátu je pozorováno u klasické fenylketonurie, která vede k narušení exprese glutamátových receptorů ve vývoji.
Kyselina glutamová se podílí na vzniku epileptických záchvatů. Mikroinjekce kyseliny glutamové do neuronů vyvolává spontánní depolarizace s odstupem přibližně jedné sekundy a tento vzorec vypalování je podobný tomu, co je známo jako paroxysmální depolarizační posun u epileptických záchvatů. Tato změna klidového membránového potenciálu v ohnisku záchvatu by mohla způsobit spontánní otevření napěťově aktivovaných vápníkových kanálů, což vede k uvolnění kyseliny glutamové a další depolarizaci [potřebná citace].
Experimentální techniky detekce glutamátu v neporušených buňkách zahrnují použití geneticky upraveného nanosenzoru. Senzor je tvořen fúzí glutamát-vázajícího proteinu a dvou fluorescenčních proteinů. Když se naváže glutamát, fluorescence senzoru se pod ultrafialovým světlem změní díky rezonanci mezi oběma fluorofory. Zavedení nanosenzoru do buněk umožňuje optickou detekci koncentrace glutamátu. Byly také popsány syntetické analogy kyseliny glutamové, které lze aktivovat ultrafialovým světlem a dvoufotonovou excitační mikroskopií. Tato metoda rychlého odblokování pomocí fotostimulace je užitečná pro mapování spojení mezi neurony a pochopení funkce synapsí.
Vývoj glutamátových receptorů je zcela opačný u bezobratlých, zejména u členovců a hlístic, kde glutamát stimuluje glutamátem řízené chloridové kanály [citace potřebná] Beta podjednotky receptoru reagují s velmi vysokou afinitou ke glutamátu a glycinu. Cílení na tyto receptory bylo terapeutickým cílem anthelmintické léčby pomocí avermektinů. Avermektiny cílí na alfa podjednotku glutamátem řízených chloridových kanálů s vysokou afinitou. Tyto receptory byly popsány také u členovců, například u Drosophila melanogaster a Lepeophtheirus salmonis. Nevratná aktivace těchto receptorů avermektiny vede k hyperpolarizaci synapsí a nervosvalových spojů, což má za následek ochablou paralýzu a smrt hlístic a členovců.
L-Glutamát za fyziologických podmínek
Mozkové nesynaptické glutamátergní signální obvody
Bylo zjištěno, že extracelulární glutamát v mozku drozofily reguluje shlukování postsynaptických glutamátových receptorů prostřednictvím procesu zahrnujícího desenzitizaci receptorů. Bylo zjištěno, že gen exprimovaný v gliových buňkách aktivně transportuje glutamát do extracelulárního prostoru, zatímco v jádře accumbens stimulujícím metabotropní glutamátové receptory skupiny II tento gen snižuje hladiny extracelulárního glutamátu. To zvyšuje možnost, že tento extracelulární glutamát hraje „endokrinní“ roli jako součást většího homeostatického systému.
Glutamát také slouží jako prekurzor pro syntézu inhibiční GABA v GABA-ergických neuronech. Tuto reakci katalyzuje glutamátdekarboxyláza (GAD), která je nejvíce zastoupena v mozečku a slinivce břišní.
Syndrom ztuhlého člověka je neurologická porucha způsobená protilátkami anti-GAD, která vede ke snížení syntézy GABA, a tím k poruše motorických funkcí, jako je svalová ztuhlost a křeče. Vzhledem k tomu, že slinivka břišní je rovněž hojně zastoupena enzymem GAD, dochází k přímé imunologické destrukci slinivky břišní a pacienti budou mít diabetes mellitus.
Kyselina glutamová je součástí bílkovin a je přítomna v každé potravině, která obsahuje bílkoviny, ale můžeme ji ochutnat pouze v nevázané formě. Značné množství volné kyseliny glutamové je přítomno v celé řadě potravin, včetně sýrů a sójové omáčky, a je zodpovědná za umami, jednu z pěti základních chutí lidského chuťového vjemu. Kyselina glutamová se často používá jako potravinářská přísada a zvýrazňovač chuti ve formě své soli, známé jako glutaman sodný (MSG).
Auxigro je přípravek pro růst rostlin, který obsahuje 30 % kyseliny glutamové.
V posledních letech se hodně zkoumá využití RDC v NMR spektroskopii. Derivát kyseliny glutamové, poly-γ-benzyl-L-glutamát (PBLG), se často používá jako vyrovnávací médium pro kontrolu rozsahu pozorovaných dipolárních interakcí.
Společnost Fufeng Group Limited se sídlem v Číně je největším výrobcem kyseliny glutamové na světě, jejíž kapacita se na konci roku 2006 zvýšila ze 180 000 tun na 300 000 tun, což jí zajišťuje 25-30 % čínského trhu. Druhým největším čínským výrobcem je společnost Meihua. Pět největších výrobců má v Číně dohromady zhruba 50% podíl. Čínská poptávka činí zhruba 1,1 milionu tun ročně, zatímco celosvětová poptávka včetně Číny činí 1,7 milionu tun ročně.
Lék fencyklidin (známější pod názvem PCP) nekompetitivně antagonizuje kyselinu glutamovou na receptoru NMDA. Ze stejných důvodů mají silné disociativní a halucinogenní účinky také dextrometorfan a ketamin. Akutní infuze léčiva LY354740 (známého také jako Eglumegad, agonisty metabotropních glutamátových receptorů 2 a 3) vedla k výraznému snížení stresové reakce vyvolané yohimbinem u makaků bonnetových (Macaca radiata); chronické perorální podávání LY354740 u těchto zvířat vedlo k výraznému snížení výchozí hladiny kortizolu (přibližně o 50 %) ve srovnání s neléčenými kontrolními subjekty. Glutamát neprochází snadno krevní mozkovou bariérou, ale je transportován pomocí transportního systému s vysokou afinitou. Může být také přeměněn na glutamin.
Alanin – Aspartát – Cykloserin – DMG – GABA – Glutamát – Glycin – Hypotaurin – Kyselina kynurenová (transtorin) – NAAG (kyselina špaglová) – NMG (sarkosin) – Serin – Taurin – TMG (betain)
2-AG – 2-AGE (noladinový éter) – AEA (anandamid) – NADA – OAE (virodamin) – oleamid -PEA (palmitoylethanolamid) -RVD-Hpα -Hp (hemopresin)
oxid uhelnatý – sirovodík – oxid dusný – oxid dusnatý
Dopamin – adrenalin (epinefrin) – melatonin – normelatonin (NAS) – noradrenalin (norepinefrin) – serotonin (5-HT)
Adenosin – ADP – AMP – ATP
3-ITA – 5-MeO-DMT – Bufotenin – DMT – NMT – Oktopamin – Fenetylamin – Synefrin – Tyronamin – Tryptamin – Tyramin
1,4-BD – acetylcholin – GBL – GHB – histamin
anat(h/r/t/c/b/l/s/a)/phys(r)/devp/prot/nttr/nttm/ntrp
noco/auto/cong/tumr, sysi/epon, injr