Ácido glutamico - Glutamic acid

Ácido glutamico
Ácido glutámico en forma no iónica
Fórmula esquelética de ácido L- glutámico
Ácido-glutámico-desde-xtal-view-2-3D-bs-17.png
Ácido-glutámico-de-vista-xtal-2-3D-sf.png
Muestra de ácido L-glutámico.jpg
Nombres
Nombre IUPAC sistemático
Ácido 2-aminopentanodioico
Otros nombres
Ácido 2-aminoglutárico
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
3DMet
1723801 (L) 1723799 (rac) 1723800 (D)
CHEBI
CHEMBL
ChemSpider
DrugBank
Tarjeta de información ECHA 100.009.567 Edita esto en Wikidata
Número CE
Número e E620 (potenciador del sabor)
3502 (L) 101971 (rac) 201189 (D)
KEGG
UNII
  • InChI = 1S / C5H9NO4 / c6-3 (5 (9) 10) 1-2-4 (7) 8 / h3H, 1-2,6H2, (H, 7,8) (H, 9,10) chequeY
    Clave: WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N chequeY
  • l isómero: InChI = 1 / C5H9NO4 / c6-3 (5 (9) 10) 1-2-4 (7) 8 / h3H, 1-2,6H2, (H, 7,8) (H, 9,10 )
    Clave: WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYAD
  • l isómero: C (CC (= O) O) [C @@ H] (C (= O) O) N
  • isómero d : C (CC (= O) O) [C @ H] (C (= O) O) N
  • Zwiterión : C (CC (= O) O) C (C (= O) [O -]) [NH3 +]
  • Zwitterión desprotonado: C (CC (= O) [O -]) C (C (= O) [O -]) [NH3 +]
Propiedades
C 5 H 9 N O 4
Masa molar 147,130  g · mol −1
Apariencia polvo cristalino blanco
Densidad 1.4601 (20 ° C)
Punto de fusion 199 ° C (390 ° F; 472 K) se descompone
7.5 g / L (20 ° C)
Solubilidad 0,00035 g / 100 g de etanol
(25 ° C)
Acidez (p K a ) 2.10, 4.07, 9.47
−78,5 · 10 −6 cm 3 / mol
Riesgos
Ficha de datos de seguridad Ver: página de datos
Pictogramas GHS GHS07: Nocivo
Palabra de señal GHS Advertencia
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 (diamante de fuego)
2
1
0
Página de datos complementarios
Índice de refracción ( n ),
constante dieléctricar ), etc.

Datos termodinámicos
Comportamiento de fase
sólido-líquido-gas
UV , IR , RMN , MS
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referencias de Infobox

El ácido glutámico (símbolo Glu o E ; la forma iónica se conoce como glutamato ) es un α- aminoácido que casi todos los seres vivos utilizan en la biosíntesis de proteínas . No es esencial en los humanos, lo que significa que el cuerpo puede sintetizarlo. También es un neurotransmisor excitador , de hecho el más abundante, en el sistema nervioso de los vertebrados . Sirve como precursor de la síntesis del ácido gamma-aminobutírico inhibidor (GABA) en las neuronas GABA-ergicas.

Su fórmula molecular es C
5
H
9
NO
4
. El ácido glutámico existe en tres formas ópticamente isoméricas; la forma L dextrorrotatoria se obtiene normalmente por hidrólisis del gluten o de las aguas residuales de la fabricación de azúcar de remolacha o por fermentación. 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 el estado sólido y ligeramente ácidas soluciones de agua, la molécula adopta una eléctricamente neutro zwitterion estructura - 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 único negativo glutamato - OOC − CH ( NH+
3
) - ( CH
2
) 2 −COO - . Esta forma del compuesto prevalece en soluciones neutras . El neurotransmisor glutamato juega el papel principal en la activación neural . Este anión crea el sabroso sabor umami de los alimentos y se encuentra en los aromas de glutamato como el MSG . 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 .

Química

Ionización

El monoanión de glutamato.

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, el grupo amino gana un protón y la molécula se convierte en un catión con una sola carga positiva, HOOC-CH ( NH+
3
) - ( CH
2
) 2 -COOH.

A valores de pH entre aproximadamente 2.5 y 4.1, el ácido carboxílico más cercano a la amina generalmente pierde un protón, y el ácido se convierte en el zwiterión neutro - OOC − CH ( NH+
3
) - ( CH
2
) 2 -COOH. Esta es también la forma del compuesto en estado sólido cristalino. El cambio en el estado de protonación es gradual; las dos formas están en concentraciones iguales a pH 2.10.

A un pH aún más alto, el otro grupo de ácido carboxílico pierde su protón y el ácido existe casi por completo como el anión glutamato - OOC − CH ( NH+
3
) - ( CH
2
) 2 −COO - , con una sola carga negativa en general. El cambio en el estado de protonación ocurre a pH 4.07. Esta forma con ambos carboxilatos que 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 extra y la especie predominante es el anión doblemente negativo : OOC − CH ( NH
2
) - ( CH
2
) 2 −COO - . El cambio en el estado de protonación se produce a pH 9,47.

Isomería óptica

El átomo de carbono adyacente al grupo amino es quiral (conectado a cuatro grupos distintos). El ácido glutámico puede existir en tres isómeros ópticos , incluida la forma L dextrorrotatoria , d (-) yl (+). La forma l es la que ocurre con mayor frecuencia en la naturaleza, pero la forma d ocurre en algunos contextos especiales, como las paredes celulares de las bacterias (que pueden fabricarla a partir de la forma l con la enzima glutamato racemasa ) y el hígado de los mamíferos. .

Historia

Aunque se encuentran naturalmente en muchos alimentos, las contribuciones de sabor hechas 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 le dio nombre) con ácido sulfúrico . En 1908, el investigador japonés Kikunae Ikeda de la Universidad Imperial de Tokio identificó los cristales marrones que quedaron tras 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, sobre todo en las algas. El profesor Ikeda llamó a este sabor umami . Luego patentó un método para producir en masa una sal cristalina de ácido glutámico, glutamato monosódico .

Síntesis

Biosíntesis

Reactivos Productos Enzimas
La glutamina + H 2 O Glu + NH 3 GLS , GLS2
NAcGlu + H 2 O Glu + Acetato N -acetil-glutamato sintasa
α-cetoglutarato + NADP H + NH 4 + Glu + NADP + + H 2 O GLUD1 , GLUD2
α-cetoglutarato + α-aminoácido Glu + α-cetoácido transaminasa
1-pirrolina-5-carboxilato + NAD + + H 2 O Glu + NADH ALDH4A1
N-formimino-L-glutamato + FH 4 Glu + 5-formimino-FH 4 FTCD
NAAG Glu + NAA GCPII

Síntesis industrial

El ácido glutámico se produce en la mayor escala de todos los aminoácidos, con una producción anual estimada de aproximadamente 1,5 millones de toneladas en 2006. 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 la producción. El aislamiento y la purificación se pueden lograr mediante concentración y cristalización ; también está ampliamente disponible como su sal hidrocloruro .

Función y usos

Metabolismo

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 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, típicamente catalizado por una transaminasa . La reacción se puede generalizar como tal:

R 1 ácido -amino + R 2 -α- cetoácido ⇌ R 1 -α-cetoácido + R 2 amino ácido

Un α-cetoácido muy común es el α-cetoglutarato, un intermedio en el ciclo del ácido cítrico . La transaminación de α-cetoglutarato da glutamato. El producto de α-cetoácido resultante también es a menudo útil, que puede contribuir como combustible o como sustrato para otros procesos de metabolismo. Los ejemplos son los siguientes:

Alanina + α-cetoglutarato ⇌ piruvato + glutamato
Aspartato + α-cetoglutarato ⇌ oxalacetato + glutamato

Tanto el piruvato como el oxalacetato 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 de nitrógeno o de desecho por parte del cuerpo . El glutamato sufre una desaminación , una reacción oxidativa catalizada por la glutamato deshidrogenasa , de la siguiente manera:

glutamato + H 2 O + NADP + → α-cetoglutarato + NADPH + NH 3 + H +

Luego, el amoníaco (como amonio ) se excreta predominantemente como urea , sintetizada en el hígado . Por tanto, la transaminación se puede vincular 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 excretarlo 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 del cerebro. Los tumores cerebrales malignos conocidos como glioma o glioblastoma explotan este fenómeno utilizando glutamato como fuente de energía, especialmente cuando estos tumores se vuelven más dependientes del glutamato debido a mutaciones en el gen IDH1 .

Neurotransmisor

El glutamato es el neurotransmisor excitador más abundante en el sistema nervioso de los vertebrados . 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). 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. La forma de plasticidad conocida como potenciación a largo plazo tiene lugar en las sinapsis glutamatérgicas en el hipocampo , la neocorteza y otras partes del cerebro. El glutamato funciona no solo como un transmisor de punto a punto , sino también a través de la diafonía sináptica de desbordamiento entre las sinapsis en las que la suma del glutamato liberado de una sinapsis vecina crea una transmisión de volumen / señalización extrasináptica . Además, el glutamato juega un papel importante en la regulación de los conos de crecimiento y la sinaptogénesis durante el desarrollo del cerebro, como lo describió originalmente Mark Mattson .

Circuitos de señalización glutamatérgica no sináptica del cerebro

Se ha descubierto que el glutamato extracelular en los cerebros de Drosophila regula la agrupación de receptores de glutamato postsinápticos, mediante un proceso que implica la desensibilización del receptor. Un gen expresado en las células gliales transporta activamente el glutamato al espacio extracelular , mientras que, en el núcleo accumbens, que estimula los receptores de glutamato metabotrópicos del grupo II, se encontró que este gen reduce los niveles de glutamato extracelular. Esto plantea la posibilidad de que este glutamato extracelular desempeñe un papel "similar al endocrino" como parte de un sistema homeostático más amplio.

Precursor de GABA

El glutamato también sirve como precursor de la síntesis del ácido gamma-aminobutírico inhibidor (GABA) en las neuronas GABA-ergicas. Esta reacción es catalizada por la glutamato descarboxilasa (GAD), que es más abundante en el cerebelo y el páncreas .

El síndrome de la persona rígida es un trastorno neurológico causado por anticuerpos anti-GAD, que conduce a una disminución de la síntesis de GABA y, por lo tanto, al deterioro de la función motora, como rigidez y espasmo muscular. Dado que el páncreas tiene TAG abundante, se produce una destrucción inmunológica directa en el páncreas y los pacientes tendrán diabetes mellitus.

Potenciador del sabor

El ácido glutámico, al ser un componente de las proteínas, está presente en los alimentos que contienen proteínas, pero solo 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).

Nutritivo

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 fuentes. 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.

Crecimiento de la planta

Auxigro es una preparación para el crecimiento de plantas que contiene un 30% de ácido glutámico.

Espectroscopia de RMN

En los últimos años, ha habido mucha investigación sobre el uso del acoplamiento dipolar residual (RDC) en la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN). Un derivado del ácido glutámico, poli-γ-bencil-L-glutamato (PBLG), se usa a menudo como medio de alineación para controlar la escala de las interacciones dipolares observadas.

Farmacología

El fármaco fenciclidina (más comúnmente conocido como PCP) antagoniza el ácido glutámico de forma no competitiva en el receptor de NMDA . Por las mismas razones, el dextrometorfano y la ketamina también tienen fuertes efectos disociativos y alucinógenos ('Angel Dust', como droga de abuso). La infusión aguda del fármaco LY354740 (también conocido como eglumegad , 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 de bonete ( Macaca radiata ); La administración oral crónica de LY354740 en esos animales condujo a niveles de cortisol basales marcadamente reducidos (aproximadamente el 50 por ciento) en comparación con los sujetos de control no tratados. También se ha demostrado que LY354740 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 ). El glutamato no atraviesa fácilmente la barrera hematoencefálica , sino que es transportado por un sistema de transporte de alta afinidad. También se puede convertir en glutamina .

Ver también

Referencias

Otras lecturas

  • Nelson, David L .; Cox, Michael M. (2005). Principios de bioquímica (4ª ed.). Nueva York: W. H. Freeman. ISBN 0-7167-4339-6.

enlaces externos