ACIDE GLUTAMIQUE: CARACTÉRISTIQUES, FONCTIONS, BIOSYNTHÈSE - LA BIOLOGIE - 2024

L' acide glutamique est l'un des 22 acides aminés qui composent les protéines de tous les êtres vivants et l'un des plus abondants dans la nature. Puisque le corps humain a des voies intrinsèques pour sa biosynthèse, il n'est pas considéré comme essentiel.

Avec l'acide aspartique, l'acide glutamique appartient au groupe des acides aminés polaires chargés négativement et, selon les deux systèmes de nomenclature existants (de trois ou une lettre), il est noté " Glu " ou " E ".

Structure de l'acide aminé acide glutamique (Source: Hbf878 via Wikimedia Commons)

Cet acide aminé a été découvert en 1866 par le chimiste allemand Rittershausen alors qu'il étudiait le gluten de blé hydrolysé, d'où son nom «glutamique». Après sa découverte, sa présence a été déterminée dans une grande partie des êtres vivants, on pense donc qu'elle a des fonctions essentielles à la vie.

L'acide L-glutamique est considéré comme l'un des médiateurs les plus importants dans la transmission des signaux excitateurs dans le système nerveux central des animaux vertébrés et est également nécessaire pour le fonctionnement normal du cerveau, ainsi que pour le développement cognitif, la mémoire et l'apprentissage.

Certains de ses dérivés ont également des fonctions importantes au niveau industriel, notamment en ce qui concerne les préparations culinaires, car ils contribuent à rehausser la saveur des aliments.

caractéristiques

Bien qu'il ne soit pas un acide aminé essentiel pour les humains, le glutamate (la forme ionisée de l'acide glutamique) a des implications nutritionnelles importantes pour la croissance animale et il a été suggéré d'avoir une valeur nutritionnelle beaucoup plus élevée que les autres acides aminés non essentiels.

Cet acide aminé est particulièrement abondant dans le cerveau, notamment dans l'espace intracellulaire (cytosol), ce qui permet l'existence d'un gradient entre le cytosol et l'espace extracellulaire, qui est délimité par la membrane plasmique des cellules nerveuses.

Parce qu'il a de nombreuses fonctions dans les synapses excitatrices et qu'il exerce ses fonctions en agissant sur des récepteurs spécifiques, sa concentration est maintenue à des niveaux contrôlés, notamment dans l'environnement extracellulaire, puisque ces récepteurs "regardent" généralement hors des cellules.

Les sites avec la plus forte concentration de glutamate sont les terminaisons nerveuses, cependant, sa distribution est conditionnée par les besoins énergétiques des cellules dans tout le corps.

Selon le type de cellule, lorsque l'acide glutamique entre dans la cellule, il peut être dirigé vers les mitochondries, à des fins énergétiques, ou il peut être redistribué vers les vésicules synaptiques et les deux processus utilisent des systèmes de transport intracellulaires spécifiques.

Structure

L'acide glutamique, comme le reste des acides aminés, est un acide α-aminé qui a un atome de carbone central (qui est chiral), le carbone α, auquel quatre autres groupes sont attachés: un groupe carboxyle, un groupe amino, un atome d'hydrogène et un groupe substituant (chaîne latérale ou groupe R).

Le groupe R de l'acide glutamique donne à la molécule un deuxième groupe carboxyle (-COOH) et sa structure est -CH2-CH2-COOH (-CH2-CH2-COO- sous sa forme ionisée), donc la somme des atomes le carbone total de la molécule est de cinq.

Cet acide aminé a une masse relative de 147 g / mol et la constante de dissociation (pKa) de son groupe R est de 4,25. Il a un point isoélectrique de 3,22 et l'indice de présence protéique moyen est d'environ 7%.

Étant donné qu'à pH neutre (environ 7), l'acide glutamique est ionisé et a une charge négative, il est classé dans le groupe des acides aminés polaires chargés négativement, un groupe dans lequel l'acide aspartique est également inclus (aspartate, sous sa forme ionisée).

Caractéristiques

L'acide glutamique ou sa forme ionisée, le glutamate, a de multiples fonctions, non seulement d'un point de vue physiologique, mais aussi d'un point de vue industriel, clinique et gastronomique.

Fonctions physiologiques de l'acide glutamique

L'une des fonctions physiologiques les plus populaires de l'acide glutamique dans le corps de la plupart des vertébrés est son rôle de neurotransmetteur excitateur dans le cerveau. Il a été déterminé que plus de 80% des synapses excitatrices communiquent en utilisant le glutamate ou l'un de ses dérivés.

Parmi les fonctions des synapses qui utilisent cet acide aminé lors de la signalisation, on trouve la reconnaissance, l'apprentissage, la mémoire et autres.

Le glutamate est également lié au développement du système nerveux, à l'initiation et à l'élimination des synapses, ainsi qu'à la migration, la différenciation et la mort des cellules. Il est important pour la communication entre les organes périphériques tels que le tube digestif, le pancréas et les os.

De plus, le glutamate a des fonctions à la fois dans les processus de synthèse des protéines et des peptides, ainsi que dans la synthèse des acides gras, dans la régulation des niveaux d'azote cellulaire et dans le contrôle de l'équilibre anionique et osmotique.

Il sert de précurseur à différents intermédiaires du cycle de l'acide tricarboxylique (cycle de Krebs) et également à d'autres neurotransmetteurs comme le GABA (acide gamma aminobutyrique). À son tour, c'est un précurseur dans la synthèse d'autres acides aminés tels que la L-proline, la L-arginine et la L-alanine.

Applications cliniques

Différentes approches pharmaceutiques reposent principalement sur les récepteurs de l'acide glutamique comme cibles thérapeutiques pour le traitement des maladies psychiatriques et autres pathologies liées à la mémoire.

Le glutamate a également été utilisé comme agent actif dans différentes formulations pharmacologiques destinées à traiter les infarctus du myocarde et la dyspepsie fonctionnelle (problèmes gastriques ou indigestion).

Applications industrielles de l'acide glutamique

L'acide glutamique et ses dérivés ont diverses applications dans différentes industries. Par exemple, le sel monosodique du glutamate est utilisé dans l'industrie alimentaire comme condiment.

Cet acide aminé est également le matériau de départ pour la synthèse d'autres produits chimiques et le polyacide glutamique est un polymère anionique naturel qui est biodégradable, comestible et non toxique pour l'homme ou l'environnement.

Dans l'industrie alimentaire, il est également utilisé comme épaississant et comme agent «soulageant» l'amertume de différents aliments.

Il est également utilisé comme cryoprotecteur, comme adhésif biologique «durcissable», comme support de médicament, pour la conception de fibres biodégradables et d'hydrogels capables d'absorber de grandes quantités d'eau, entre autres.

Biosynthèse

Tous les acides aminés sont dérivés d'intermédiaires glycolytiques, du cycle de Krebs ou de la voie du pentose phosphate. Le glutamate, en particulier, est obtenu à partir de la glutamine, de l'α-cétoglutarate et de la 5-oxoproline, tous dérivés du cycle de Krebs.

La voie de biosynthèse de cet acide aminé est assez simple et ses étapes se retrouvent dans presque tous les organismes vivants.

Métabolisme du glutamate et de l'azote

Dans le métabolisme de l'azote, c'est par le glutamate et la glutamine que l'ammonium est incorporé dans les différentes biomolécules de l'organisme et, par des réactions de transamination, le glutamate fournit les groupes aminés de la plupart des acides aminés.

Ainsi, cette voie implique l'assimilation des ions ammonium aux molécules de glutamate, qui se déroule en deux réactions.

La première étape de la voie est catalysée par une enzyme connue sous le nom de glutamine synthétase, qui est présente dans pratiquement tous les organismes et est impliquée dans la réduction du glutamate et de l'ammoniac pour produire de la glutamine.

Chez les bactéries et les plantes, le glutamate est produit à partir de la glutamine par l'enzyme connue sous le nom de glutamate synthase.

Chez les animaux, cela est produit à partir de la transamination de l'α-cétoglutarate, qui a lieu pendant le catabolisme des acides aminés. Sa fonction principale chez les mammifères est de convertir l'ammoniac non toxique en glutamine, qui est transportée par le sang.

Dans la réaction catalysée par l'enzyme glutamate synthase, l'α-cétoglutarate passe par un processus d'amination réductrice, où la glutamine participe en tant que donneur du groupe azote.

Bien qu'il se produise dans une proportion beaucoup plus faible, le glutamate est également produit chez les animaux par la réaction en une étape entre l'α-cétoglutarate et l'ammonium (NH4), qui est catalysée par l'enzyme L-glutamate déshydrogénase, omniprésente dans pratiquement tous les organismes vivants.

Ladite enzyme s'associe à la matrice mitochondriale et la réaction qu'elle catalyse peut s'écrire à peu près comme suit, où le NADPH agit en fournissant un pouvoir réducteur:

α-cétoglutarate + NH4 + NADPH → L-glutamate + NADP (+) + eau

Métabolisme et dégradation

L'acide glutamique est utilisé par les cellules du corps à des fins différentes, parmi lesquelles la synthèse des protéines, le métabolisme énergétique, la fixation de l'ammonium ou la neurotransmission.

Le glutamate prélevé dans le milieu extracellulaire dans certains types de cellules nerveuses peut être «recyclé» en le convertissant en glutamine, qui est libérée en fluides extracellulaires et absorbée par les neurones pour être transformée en glutamate, ce qui est connu sous le nom de cycle de la glutamine. -glutamate.

Une fois ingéré avec de la nourriture dans l'alimentation, l'absorption intestinale de l'acide glutamique se termine généralement par sa transformation en d'autres acides aminés tels que l'alanine, un processus médié par les cellules de la muqueuse intestinale, qui l'utilisent également comme source d'énergie.

Le foie, quant à lui, est responsable de sa conversion en glucose et en lactate, dont l'énergie chimique est extraite principalement sous forme d'ATP.

L'existence de diverses enzymes métabolisant le glutamate a été rapportée dans différents organismes, comme c'est le cas des glutamate déshydrogénases, des glutamate-ammonium lyases et des glutaminases, et nombre d'entre elles ont été impliquées dans la maladie d'Alzheimer.

Aliments riches en acide glutamique

L'acide glutamique est présent dans la plupart des aliments consommés par l'homme et certains auteurs affirment que pour un être humain pesant 70 kg, l'apport quotidien en acide glutamique issu de l'alimentation est d'environ 28 g.

Parmi les aliments les plus riches en cet acide aminé figurent ceux d'origine animale, où se distinguent la viande (bovine, porcine, ovine, etc.), les œufs, les produits laitiers et le poisson. Les aliments à base de plantes riches en glutamate comprennent les graines, les céréales, les asperges et autres.

En plus des différents types d'aliments naturellement riches en cet acide aminé, un dérivé de celui-ci, le sel monosodique du glutamate est utilisé comme additif pour rehausser ou augmenter la saveur de nombreux plats et aliments transformés industriellement.

Avantages de son apport

Le glutamate ajouté à différentes préparations culinaires aide à «induire» la saveur et à améliorer la sensation de goût dans la cavité buccale, ce qui a apparemment une signification physiologique et nutritionnelle importante.

Des essais cliniques ont montré que l'ingestion d'acide glutamique avait des applications potentielles dans le traitement de «troubles» ou pathologies bucco-dentaires liés au goût et à «l'hyposalivation» (faible production de salive).

De même, l'acide glutamique (glutamate) est un nutriment d'une grande importance pour le maintien de l'activité normale des cellules de la muqueuse intestinale.

Il a été démontré que l'apport de cet acide aminé aux rats qui ont subi des traitements chimiothérapeutiques augmente les caractéristiques immunologiques de l'intestin, en plus de maintenir et d'améliorer l'activité et les fonctions de la muqueuse intestinale.

Au Japon, en revanche, des régimes médicaux à base d'aliments riches en acide glutamique ont été conçus pour les patients subissant une «gastronomie endoscopique percutanée», c'est-à-dire qu'ils doivent être nourris par une sonde gastrique reliée à travers la paroi. abdominal.

Cet acide aminé est également utilisé pour induire l'appétit chez les patients âgés atteints de gastrite chronique qui sont normalement inappétissants.

Enfin, des études liées à l'apport oral d'acide glutamique et d'arginine suggèrent que ceux-ci sont impliqués dans la régulation positive des gènes liés à l'adipogenèse dans les tissus musculaires et la lipolyse dans les tissus adipeux.

Troubles de carence

Puisque l'acide glutamique sert de précurseur dans la synthèse de divers types de molécules tels que les acides aminés et autres neurotransmetteurs, les défauts génétiques associés à l'expression d'enzymes liés à sa biosynthèse et à son recyclage peuvent avoir des conséquences sur la santé de l'organisme de tout animal.

Par exemple, l'enzyme acide glutamique décarboxylase est responsable de la conversion du glutamate en acide gamma aminobutyrique (GABA), un neurotransmetteur essentiel pour les réactions nerveuses inhibitrices.

Par conséquent, l'équilibre entre l'acide glutamique et le GABA est de la plus haute importance pour le maintien du contrôle de l'excitabilité corticale, car le glutamate fonctionne principalement au niveau des synapses nerveuses excitatrices.

À son tour, étant donné que le glutamate est impliqué dans un certain nombre de fonctions cérébrales telles que l'apprentissage et la mémoire, sa carence pourrait provoquer des défauts dans ces types de processus cognitifs qui le nécessitent en tant que neurotransmetteur.

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