ÁCIDO GLUTÂMICO: CARACTERÍSTICAS, FUNÇÕES, BIOSSÍNTESE - BIOLOGIA - 2024

O ácido glutâmico é um dos 22 aminoácidos que constituem as proteínas de todos os seres vivos e um dos mais abundantes na natureza. Uma vez que o corpo humano possui vias intrínsecas para sua biossíntese, ele não é considerado essencial.

Juntamente com o ácido aspártico, o ácido glutâmico pertence ao grupo dos aminoácidos polares carregados negativamente e, de acordo com os dois sistemas de nomenclatura existentes (de três ou uma letra), é denominado " Glu " ou " E ".

Estrutura do aminoácido Ácido glutâmico (Fonte: Hbf878 via Wikimedia Commons)

Este aminoácido foi descoberto em 1866 pelo químico alemão Rittershausen enquanto estudava o glúten de trigo hidrolisado, daí o seu nome "glutâmico". Após a sua descoberta, a sua presença foi determinada em grande parte dos seres vivos, por isso pensa-se que tem funções essenciais para a vida.

O ácido L-glutâmico é considerado um dos mediadores mais importantes na transmissão de sinais excitatórios no sistema nervoso central de animais vertebrados e também é necessário para o funcionamento normal do cérebro, bem como para o desenvolvimento cognitivo, memória e A aprendizagem.

Alguns dos seus derivados também desempenham funções importantes a nível industrial, especialmente no que diz respeito às preparações culinárias, visto que ajudam a realçar o sabor dos alimentos.

Caracteristicas

Apesar de não ser um aminoácido essencial para humanos, o glutamato (a forma ionizada do ácido glutâmico) tem implicações nutricionais importantes para o crescimento animal e foi sugerido ter um valor nutricional muito maior do que outros aminoácidos não essenciais.

Esse aminoácido é especialmente abundante no cérebro, principalmente no espaço intracelular (citosol), o que permite a existência de um gradiente entre o citosol e o espaço extracelular, que é delimitado pela membrana plasmática das células nervosas.

Por ter muitas funções nas sinapses excitatórias e por exercer suas funções agindo sobre receptores específicos, sua concentração é mantida em níveis controlados, principalmente no ambiente extracelular, uma vez que esses receptores geralmente "olham" para fora das células.

Os locais de maior concentração de glutamato são os terminais nervosos, entretanto, sua distribuição é condicionada pelas necessidades energéticas das células em todo o corpo.

Dependendo do tipo de célula, quando o ácido glutâmico entra na célula, pode ser direcionado para a mitocôndria, para fins energéticos, ou pode ser redistribuído para vesículas sinápticas e ambos os processos empregam sistemas de transporte intracelular específicos.

Estrutura

O ácido glutâmico, como o resto dos aminoácidos, é um α-aminoácido que possui um átomo de carbono central (que é quiral), o carbono α, ao qual quatro outros grupos estão ligados: um grupo carboxila, um grupo amino, um átomo de hidrogênio e um grupo substituinte (cadeia lateral ou grupo R).

O grupo R do ácido glutâmico dá à molécula um segundo grupo carboxila (-COOH) e sua estrutura é -CH2-CH2-COOH (-CH2-CH2-COO- em sua forma ionizada), então a soma dos átomos o carbono total da molécula é cinco.

Este aminoácido tem massa relativa de 147 g / mol e a constante de dissociação (pKa) de seu grupo R é de 4,25. Possui ponto isoelétrico de 3,22 e índice médio de presença de proteínas em torno de 7%.

Como em pH neutro (em torno de 7), o ácido glutâmico é ionizado e tem carga negativa, ele é classificado no grupo dos aminoácidos polares carregados negativamente, grupo no qual também está incluído o ácido aspártico (aspartato, em sua forma ionizada)

Recursos

O ácido glutâmico ou sua forma ionizada, o glutamato, tem múltiplas funções, não só do ponto de vista fisiológico, mas também industrial, clínico e gastronômico.

Funções fisiológicas do ácido glutâmico

Uma das funções fisiológicas mais populares do ácido glutâmico no corpo da maioria dos vertebrados é seu papel como neurotransmissor excitatório no cérebro. Foi determinado que mais de 80% das sinapses excitatórias se comunicam usando glutamato ou um de seus derivados.

Entre as funções das sinapses que usam esse aminoácido durante a sinalização estão o reconhecimento, o aprendizado, a memória, entre outros.

O glutamato também está relacionado ao desenvolvimento do sistema nervoso, à iniciação e eliminação de sinapses e à migração, diferenciação e morte celular. É importante para a comunicação entre órgãos periféricos, como trato alimentar, pâncreas e ossos.

Além disso, o glutamato tem funções tanto nos processos de síntese de proteínas e peptídeos, como na síntese de ácidos graxos, na regulação dos níveis de nitrogênio celular e no controle do equilíbrio aniônico e osmótico.

Serve como precursor de diversos intermediários do ciclo do ácido tricarboxílico (ciclo de Krebs) e também de outros neurotransmissores como o GABA (ácido gama aminobutírico). Por sua vez, é um precursor na síntese de outros aminoácidos, como L-prolina, L-arginina e L-alanina.

Aplicações clínicas

Diferentes abordagens farmacêuticas dependem principalmente de receptores de ácido glutâmico como alvos terapêuticos para o tratamento de doenças psiquiátricas e outras patologias relacionadas à memória.

O glutamato também tem sido utilizado como agente ativo em diferentes formulações farmacológicas destinadas ao tratamento de infartos do miocárdio e dispepsia funcional (problemas gástricos ou indigestão).

Aplicações industriais de ácido glutâmico

O ácido glutâmico e seus derivados têm diversas aplicações em diferentes indústrias. Por exemplo, o sal monossódico de glutamato é usado na indústria alimentícia como condimento.

Este aminoácido é também o material de partida para a síntese de outros produtos químicos e o poliácido glutâmico é um polímero aniônico natural que é biodegradável, comestível e não tóxico para humanos ou para o meio ambiente.

Na indústria de alimentos, também é utilizado como espessante e como agente "apaziguador" do amargor de diversos alimentos.

É também utilizado como crioprotetor, como adesivo biológico "curável", como carreador de fármacos, para o desenho de fibras biodegradáveis ​​e hidrogéis capazes de absorver grandes quantidades de água, entre outros.

Biossíntese

Todos os aminoácidos são derivados de intermediários glicolíticos, o ciclo de Krebs ou a via da pentose fosfato. O glutamato, especificamente, é obtido a partir da glutamina, α-cetoglutarato e 5-oxoprolina, todos derivados do ciclo de Krebs.

A via biossintética desse aminoácido é bastante simples e suas etapas são encontradas em quase todos os organismos vivos.

Metabolismo de Glutamato e Nitrogênio

No metabolismo do nitrogênio, é por meio do glutamato e da glutamina que o amônio é incorporado às diferentes biomoléculas do corpo e, por meio de reações de transaminação, o glutamato fornece os grupos amino da maioria dos aminoácidos.

Dessa forma, essa rota envolve a assimilação de íons amônio às moléculas de glutamato, que ocorre em duas reações.

A primeira etapa da via é catalisada por uma enzima conhecida como glutamina sintetase, que está presente em praticamente todos os organismos e está envolvida na redução do glutamato e da amônia para a produção de glutamina.

Em bactérias e plantas, em vez disso, o glutamato é produzido a partir da glutamina pela enzima conhecida como glutamato sintase.

Em animais, isso é produzido a partir da transaminação do α-cetoglutarato, que ocorre durante o catabolismo dos aminoácidos. Sua principal função em mamíferos é converter amônia livre tóxica em glutamina, que é transportada pelo sangue.

Na reação catalisada pela enzima glutamato sintase, o α-cetoglutarato passa por um processo de aminação redutiva, onde a glutamina participa como doadora do grupo nitrogênio.

Embora ocorra em uma proporção muito menor, o glutamato também é produzido em animais pela reação de uma etapa entre α-cetoglutarato e amônio (NH4), que é catalisada pela enzima L-glutamato desidrogenase, onipresente em praticamente todos organismos vivos.

A referida enzima está associada à matriz mitocondrial e a reação que ela catalisa pode ser escrita aproximadamente da seguinte forma, onde o NADPH atua no fornecimento de energia redutora:

α-cetoglutarato + NH4 + NADPH → L-glutamato + NADP (+) + água

Metabolismo e degradação

O ácido glutâmico é usado pelas células do corpo para servir a diversos fins, entre os quais síntese de proteínas, metabolismo energético, fixação de amônio ou neurotransmissão.

O glutamato retirado do meio extracelular em alguns tipos de células nervosas pode ser "reciclado" convertendo-o em glutamina, que é liberada em fluidos extracelulares e captada pelos neurônios para ser transformada de volta em glutamato, que é conhecido como ciclo da glutamina. -glutamato.

Uma vez ingerido com os alimentos da dieta, a absorção intestinal do ácido glutâmico geralmente termina em sua transformação em outros aminoácidos, como a alanina, processo mediado pelas células da mucosa intestinal, que também o utilizam como fonte de energia.

O fígado, por outro lado, é responsável por convertê-lo em glicose e lactato, dos quais a energia química é extraída principalmente na forma de ATP.

A existência de várias enzimas que metabolizam o glutamato tem sido relatada em diferentes organismos, como é o caso das glutamato desidrogenases, glutamato-amônio liases e glutaminases, e muitas delas estão implicadas na doença de Alzheimer.

Alimentos ricos em ácido glutâmico

O ácido glutâmico está presente na maioria dos alimentos consumidos pelo homem e alguns autores afirmam que, para um ser humano de 70 kg, a ingestão diária de ácido glutâmico derivado da dieta é em torno de 28 g.

Entre os alimentos mais ricos neste aminoácido estão os de origem animal, onde se destacam as carnes (bovina, suína, ovina, etc.), ovos, laticínios e peixes. Os alimentos vegetais ricos em glutamato incluem sementes, grãos, aspargos e outros.

Além dos diversos tipos de alimentos naturalmente ricos neste aminoácido, um derivado deste, o sal monossódico de glutamato é utilizado como aditivo para realçar ou aumentar o sabor de muitos pratos e alimentos industrializados.

Benefícios de sua ingestão

O glutamato adicionado a diferentes preparações culinárias ajuda a "induzir" o paladar e a melhorar a sensação gustativa na cavidade oral, que aparentemente tem importante significado fisiológico e nutricional.

Ensaios clínicos demonstraram que a ingestão de ácido glutâmico tem aplicações potenciais no tratamento de "distúrbios" ou patologias orais relacionadas ao paladar e "hipossalivação" (baixa produção de saliva).

Da mesma forma, o ácido glutâmico (glutamato) é um nutriente de grande importância para a manutenção da atividade normal das células da mucosa intestinal.

O fornecimento desse aminoácido a ratos submetidos a tratamentos quimioterápicos mostrou aumentar as características imunológicas do intestino, além de manter e potencializar a atividade e funções da mucosa intestinal.

Já no Japão, as dietas medicamentosas à base de alimentos ricos em ácido glutâmico foram elaboradas para pacientes submetidos à "gastronomia endoscópica percutânea", ou seja, devem ser alimentados por sonda estomacal conectada pela parede abdominal.

Este aminoácido também é usado para induzir o apetite em pacientes idosos com gastrite crônica, que normalmente são inapetentes.

Por fim, estudos relacionados ao suprimento oral de ácido glutâmico e arginina sugerem que estes estão envolvidos na regulação positiva de genes relacionados à adipogênese no tecido muscular e lipólise no tecido adiposo.

Transtornos de deficiência

Uma vez que o ácido glutâmico atua como precursor na síntese de vários tipos de moléculas, como aminoácidos e outros neurotransmissores, os defeitos genéticos associados à expressão de enzimas relacionadas à sua biossíntese e reciclagem podem ter consequências para a saúde do corpo de qualquer animal.

Por exemplo, a enzima descarboxilase do ácido glutâmico é responsável pela conversão do glutamato em ácido gama aminobutírico (GABA), um neurotransmissor essencial para reações nervosas inibitórias.

Portanto, o equilíbrio entre o ácido glutâmico e o GABA é de extrema importância para a manutenção do controle da excitabilidade cortical, uma vez que o glutamato atua principalmente nas sinapses nervosas excitatórias.

Por sua vez, como o glutamato está envolvido em uma série de funções cerebrais, como aprendizado e memória, sua deficiência pode causar defeitos nessas classes de processos cognitivos que o requerem como neurotransmissor.

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