asam glutamat merupakan salah satu dari 22 asam amino yang menyusun protein dalam semua makhluk hidup dan salah satu yang paling berlimpah di alam. Karena tubuh manusia memiliki jalur intrinsik untuk biosintesisnya, itu tidak dianggap penting.
Bersama dengan asam aspartat, asam glutamat termasuk dalam kelompok asam amino polar bermuatan negatif dan, menurut dua sistem nomenklatur yang ada (tiga atau satu huruf), itu dilambangkan sebagai ” Glu ” atau sebagai ” E “.
Struktur asam amino Asam glutamat (Sumber: Hbf878 [CC0] melalui Wikimedia Commons)
Asam amino ini ditemukan pada tahun 1866 oleh kimiawan Jerman Rittershausen saat mempelajari gluten gandum terhidrolisis, maka namanya “glutamat”. Setelah ditemukan, keberadaannya telah ditentukan di sebagian besar makhluk hidup, oleh karena itu dianggap memiliki fungsi penting bagi kehidupan.
Asam L-glutamat dianggap sebagai salah satu mediator terpenting dalam transmisi sinyal rangsang di sistem saraf pusat hewan vertebrata dan juga diperlukan untuk fungsi otak normal, serta untuk perkembangan kognitif, memori , dan pembelajaran.
Beberapa turunannya juga memiliki fungsi industri yang penting, terutama yang berkaitan dengan persiapan kuliner, karena membantu meningkatkan cita rasa makanan.
Indeks artikel
Karakteristik
Meskipun bukan merupakan asam amino esensial bagi manusia, glutamat (bentuk terionisasi dari asam glutamat) memiliki implikasi nutrisi penting bagi pertumbuhan hewan dan telah disarankan memiliki nilai nutrisi yang jauh lebih tinggi daripada asam amino non-esensial lainnya.
Asam amino ini terutama berlimpah di otak, terutama di ruang intraseluler (sitosol), yang memungkinkan adanya gradien antara sitosol dan ruang ekstraseluler, yang dibatasi oleh membran plasma sel saraf.
Karena memiliki banyak fungsi dalam sinapsis rangsang dan bahwa ia menjalankan fungsinya dengan bekerja pada reseptor spesifik, konsentrasinya dijaga pada tingkat yang terkendali, terutama di lingkungan ekstraseluler, karena reseptor ini umumnya “melihat” keluar dari sel.
Situs dengan konsentrasi glutamat tertinggi adalah terminal saraf, namun distribusinya dikondisikan oleh kebutuhan energi sel di seluruh tubuh.
Bergantung pada jenis sel, ketika asam glutamat memasukinya, ia dapat diarahkan ke mitokondria, untuk tujuan energi, atau dapat didistribusikan kembali ke vesikel sinaptik, dan kedua proses menggunakan sistem transportasi intraseluler tertentu.
Struktur
Asam glutamat, seperti asam amino lainnya, adalah asam -amino yang memiliki atom karbon pusat (yang kiral), karbon , yang dilekati empat gugus lain: gugus karboksil, gugus amino, a atom hidrogen dan gugus substituen (rantai samping atau gugus R).
Gugus R asam glutamat memberikan molekul gugus karboksil kedua (-COOH) dan strukturnya adalah -CH2-CH2-COOH (-CH2-CH2-COO- dalam bentuk terionisasi), sehingga jumlah atom karbon total dari molekul adalah lima.
Asam amino ini memiliki massa relatif 147 g / mol dan konstanta disosiasi (pKa) gugus R-nya adalah 4,25. Ini memiliki titik isoelektrik 3,22 dan indeks kehadiran protein rata-rata sekitar 7%.
Karena pada pH netral (sekitar 7), asam glutamat terionisasi dan memiliki muatan negatif, asam glutamat diklasifikasikan dalam kelompok asam amino polar bermuatan negatif, kelompok di mana asam aspartat (aspartat, dalam bentuk terionisasinya) juga termasuk. ).
Fitur
Asam glutamat atau bentuk terionisasinya, glutamat, memiliki banyak fungsi, tidak hanya dari sudut pandang fisiologis, tetapi juga dari sudut pandang industri, klinis dan gastronomi.
Fungsi fisiologis asam glutamat
Salah satu fungsi fisiologis asam glutamat yang paling populer dalam tubuh sebagian besar vertebrata adalah perannya sebagai neurotransmitter rangsang di otak. Telah ditentukan bahwa lebih dari 80% sinapsis rangsang berkomunikasi menggunakan glutamat atau salah satu turunannya.
Di antara fungsi sinapsis yang menggunakan asam amino ini selama pensinyalan adalah pengenalan, pembelajaran, memori dan lain-lain.
Glutamat juga terkait dengan perkembangan sistem saraf , dengan inisiasi dan eliminasi sinapsis, dan dengan migrasi sel, diferensiasi, dan kematian. Penting untuk komunikasi antara organ perifer seperti saluran pencernaan, pankreas, dan tulang.
Selain itu, glutamat memiliki fungsi baik dalam proses sintesis protein dan peptida, serta dalam sintesis asam lemak, dalam pengaturan tingkat nitrogen seluler dan dalam kontrol keseimbangan anionik dan osmotik.
Ini berfungsi sebagai prekursor untuk zat antara yang berbeda dari siklus asam trikarboksilat (siklus Krebs) dan juga untuk neurotransmiter lain seperti GABA (asam gamma aminobutirat). Pada gilirannya, itu adalah prekursor dalam sintesis asam amino lain seperti L-prolin, L-arginin dan L-alanin.
Kegunaan klinis
Pendekatan farmasi yang berbeda terutama didasarkan pada reseptor asam glutamat sebagai target terapi untuk pengobatan penyakit kejiwaan dan patologi terkait memori lainnya.
Glutamat juga telah digunakan sebagai zat aktif dalam berbagai formulasi farmakologi yang dirancang untuk mengobati infark miokard dan dispepsia fungsional (masalah lambung atau gangguan pencernaan).
Kegunaan industri asam glutamat
Asam glutamat dan turunannya memiliki aplikasi yang beragam di berbagai industri. Misalnya, garam monosodium glutamat digunakan dalam industri makanan sebagai bumbu.
Asam amino ini juga merupakan bahan awal untuk sintesis bahan kimia lain dan asam poli glutamat adalah polimer anionik alami yang dapat terurai secara hayati, dapat dimakan, dan tidak beracun bagi manusia atau lingkungan.
Dalam industri makanan juga digunakan sebagai pengental dan sebagai agen “pereda” dari kepahitan makanan yang berbeda.
Hal ini juga digunakan sebagai krioprotektan, sebagai perekat biologis “dapat disembuhkan”, sebagai pembawa obat, untuk desain serat biodegradable dan hidrogel yang mampu menyerap air dalam jumlah besar, antara lain.
Biosintesis
Semua asam amino berasal dari intermediet glikolitik, siklus Krebs, atau jalur pentosa fosfat. Glutamat, khususnya, diperoleh dari glutamin, -ketoglutarat dan 5-oksoprolin, semuanya berasal dari siklus Krebs.
Jalur biosintetik untuk asam amino ini cukup sederhana dan langkah-langkahnya ditemukan di hampir semua organisme hidup.
Metabolisme Glutamat dan Nitrogen
Dalam metabolisme nitrogen, melalui glutamat dan glutaminlah amonia dimasukkan ke dalam berbagai biomolekul tubuh dan, melalui reaksi transaminasi, glutamat menyediakan gugus amino dari sebagian besar asam amino.
Dengan demikian, rute ini melibatkan asimilasi ion amonium menjadi molekul glutamat, yang berlangsung dalam dua reaksi.
Langkah pertama dalam jalur dikatalisis oleh enzim yang dikenal sebagai glutamin sintetase, yang hadir di hampir semua organisme dan terlibat dalam pengurangan glutamat dan amonia untuk menghasilkan glutamin.
Pada bakteri dan tumbuhan , di sisi lain, glutamat diproduksi dari glutamin oleh enzim yang dikenal sebagai glutamat sintase.
Pada hewan, ini dihasilkan dari transaminasi -ketoglutarat, yang terjadi selama katabolisme asam amino. Fungsi utamanya pada mamalia adalah mengubah amonia bebas beracun menjadi glutamin, yang diangkut oleh darah.
Dalam reaksi yang dikatalisis oleh enzim glutamat sintase, -ketoglutarat mengalami proses aminasi reduktif, di mana glutamin berpartisipasi sebagai donor gugus nitrogen.
Meskipun terjadi pada tingkat yang jauh lebih rendah, glutamat juga diproduksi pada hewan melalui reaksi satu langkah antara -ketoglutarat dan amonium (NH4), yang dikatalisis oleh enzim L-glutamat dehidrogenase, di mana-mana di hampir semua organisme hidup.
Enzim tersebut berasosiasi dengan matriks mitokondria dan reaksi yang dikatalisisnya dapat ditulis secara kasar sebagai berikut, di mana NADPH berfungsi dalam memasok daya pereduksi:
-ketoglutarat + NH4 + NADPH → L-glutamat + NADP (+) + air
Metabolisme dan degradasi
Asam glutamat digunakan oleh sel-sel tubuh untuk melayani tujuan yang berbeda, di antaranya adalah sintesis protein, metabolisme energi, fiksasi amonium atau neurotransmisi.
Glutamat yang diambil dari media ekstraseluler pada beberapa jenis sel saraf dapat “didaur ulang” dengan mengubahnya menjadi glutamin, yang dilepaskan ke dalam cairan ekstraseluler dan diambil oleh neuron untuk diubah kembali menjadi glutamat, yang dikenal sebagai siklus glutamin . glutamat .
Setelah dicerna dengan makanan dalam makanan, penyerapan usus asam glutamat umumnya berakhir di transformasi menjadi asam amino lain seperti alanin, sebuah proses yang dimediasi oleh sel-sel mukosa usus, yang juga menggunakannya sebagai sumber energi.
Hati, di sisi lain, bertanggung jawab untuk mengubahnya menjadi glukosa dan laktat, dari mana energi kimia diekstraksi terutama dalam bentuk ATP.
Keberadaan berbagai enzim metabolisme glutamat telah dilaporkan pada organisme yang berbeda, seperti glutamat dehidrogenase, glutamat-amonium liase dan glutamin, dan banyak di antaranya telah terlibat dalam penyakit Alzheimer.
Makanan Kaya Asam Glutamat
Asam glutamat hadir di sebagian besar makanan yang dikonsumsi oleh manusia dan beberapa negara penulis bahwa untuk manusia 70 kg dari berat badan , asupan harian asam glutamat yang berasal dari diet adalah sekitar 28 g.
Di antara makanan yang kaya akan asam amino ini adalah yang berasal dari hewan, di mana daging (sapi, babi, ovine, dll.), telur, susu, dan ikan menonjol. Makanan nabati yang kaya akan glutamat antara lain biji-bijian, biji-bijian, asparagus, dan lain-lain.
Selain berbagai jenis makanan yang secara alami kaya akan asam amino ini, turunannya, garam monosodium glutamat digunakan sebagai aditif untuk meningkatkan atau meningkatkan rasa banyak hidangan dan makanan olahan industri.
Manfaat asupannya
Glutamat yang ditambahkan ke berbagai persiapan kuliner membantu “menginduksi” rasa dan meningkatkan sensasi rasa di rongga mulut, yang tampaknya memiliki signifikansi fisiologis dan nutrisi yang penting.
Uji klinis telah menunjukkan bahwa konsumsi asam glutamat memiliki aplikasi potensial dalam pengobatan “gangguan” atau patologi mulut yang berkaitan dengan rasa dan “hiposalivasi” (produksi air liur rendah).
Demikian juga, asam glutamat (glutamat) adalah nutrisi yang sangat penting untuk pemeliharaan aktivitas normal sel-sel di mukosa usus.
Telah terbukti bahwa pasokan asam amino ini ke tikus yang telah menjalani perawatan kemoterapi meningkatkan karakteristik imunologi usus, selain mempertahankan dan meningkatkan aktivitas dan fungsi mukosa usus.
Di Jepang, di sisi lain, diet medis berdasarkan makanan kaya asam glutamat telah dirancang untuk pasien yang menjalani “gastronomi endoskopi perkutan”, yaitu, mereka harus diberi makan melalui tabung perut yang terhubung melalui dinding perut.
Asam amino ini juga digunakan untuk menginduksi nafsu makan pada pasien usia lanjut dengan gastritis kronis yang biasanya tidak nafsu makan.
Akhirnya, penelitian yang berkaitan dengan suplai oral asam glutamat dan arginin menunjukkan bahwa mereka terlibat dalam regulasi positif gen yang terkait dengan adipogenesis di jaringan otot dan lipolisis di jaringan adiposa.
Gangguan kekurangan
Karena asam glutamat berfungsi sebagai prekursor dalam sintesis berbagai jenis molekul seperti asam amino dan neurotransmiter lainnya, cacat genetik yang terkait dengan ekspresi enzim yang terkait dengan biosintesis dan daur ulangnya dapat memiliki konsekuensi bagi kesehatan tubuh hewan mana pun.
Misalnya, enzim asam glutamat dekarboksilase bertanggung jawab untuk konversi glutamat menjadi asam gamma aminobutirat (GABA), neurotransmitter penting untuk reaksi saraf penghambatan.
Oleh karena itu, keseimbangan antara asam glutamat dan GABA sangat penting untuk pemeliharaan kontrol rangsangan kortikal, karena fungsi glutamat terutama pada sinapsis saraf rangsang.
Pada gilirannya, karena glutamat terlibat dalam serangkaian fungsi otak seperti pembelajaran dan memori, kekurangannya dapat menyebabkan cacat pada kelas proses kognitif yang memerlukannya sebagai neurotransmitter.
Referensi
- Ariyoshi, M., Katane, M., Hamase, K., Miyoshi, Y., Nakane, M., Hoshino, A.,… Matoba, S. (2017). D-Glutamat dimetabolisme di mitokondria jantung. Laporan Ilmiah , 7 (Agustus 2016), 1–9. https://doi.org/10.1038/srep43911
- Barret, G. (1985). Kimia dan Biokimia Asam Amino . New York: Chapman dan Hall.
- Danbolt, NC (2001). Penyerapan glutamat. Kemajuan dalam Neurobiologi , 65 , 1-105.
- Fonnum, F. (1984). Glutamat: neurotransmitter di otak mamalia. Jurnal Neurokimia , 18 (1), 27-33.
- Garattini, S. (2000). Simposium Internasional tentang Glutamat . Asam Glutamat, Dua Puluh Tahun Kemudian .
- Graham, TE, Sgro, V., Saudara, D., & Gibala, MJ (2000). Konsumsi glutamat: Kolam plasma dan asam amino bebas otot dari manusia yang beristirahat. American Journal of Fisiologi-Endokrinologi dan Metabolisme , 278 , 83-89.
- Hu, CJ, Jiang, QY, Zhang, T., Yin, YL, Li, FN, Su, JY,… Kong, XF (2017). Suplementasi diet dengan arginin dan asam glutamat meningkatkan ekspresi gen lipogenik kunci pada babi yang sedang tumbuh. Jurnal Ilmu Hewan , 95 (12), 5507–5515.
- Johnson, JL (1972). Asam glutamat sebagai Pemancar Sinaptik pada Sistem Saraf. Sebuah ulasan. Penelitian Otak , 37 , 1–19.
- Kumar, R., Vikramachakravarthi, D., & Pal, P. (2014). Produksi dan pemurnian asam glutamat: Tinjauan kritis terhadap intensifikasi proses. Teknik dan Pengolahan Kimia: Intensifikasi Proses , 81 , 59–71.
- Mourtzakis, M., & Graham, TE (2002). Konsumsi glutamat dan efeknya saat istirahat dan selama latihan pada manusia. Jurnal Fisiologi Terapan , 93 (4), 1251–1259.
- Neil, E. (2010). Proses Biologis untuk Produksi Hidrogen. Kemajuan dalam Rekayasa Biokimia / Bioteknologi , 123 (Juli 2015), 127–141. https://doi.org/10.1007/10
- Okumoto, S., Funck, D., Trovato, M., & Forlani, G. (2016). Asam amino dari keluarga glutamat: Fungsi di luar metabolisme primer. Perbatasan dalam Ilmu Tanaman , 7 , 1-3.
- Olubodun, JO, Zulkifli, I., Farjam, AS, Hair-Bejo, M., & Kasim, A. (2015). Suplementasi glutamin dan asam glutamat meningkatkan kinerja ayam broiler di bawah kondisi tropis yang panas dan lembab. Jurnal Ilmu Hewan Italia , 14 (1), 25–29.
- Umbarger, H. (1978). Biosintesis Asam Amino dan Pengaturannya. Ann. Pdt. Biokimia. , 47 , 533-606.
- Waelsch, H. (1951). Asam Glutamat dan Fungsi Otak. Kemajuan dalam Kimia Protein , 6 , 299–341.
- Yelamanchi, SD, Jayaram, S., Thomas, JK, Gundimeda, S., Khan, AA, Singhal, A.,… Gowda, H. (2015). Peta jalur metabolisme glutamat. Jurnal Komunikasi Sel dan Signaling , 10 (1), 69-75.
