ácido glutámico

Cuando el ácido glutámico se disuelve en agua, el grupo amino (− NH₂ ) puede ganar unprotón(H ⁺⁾), y/o los grupos carboxilo pueden perder protones, dependiendo de la acidez del medio.

En entornos suficientemente ácidos, ambos grupos carboxilo se protonan y la molécula se convierte en un catión con una sola carga positiva, HOOC−CH( NH ⁺ ₃ )−( CH₂ )₂−COOH. ^{[ 9 ]}

A valores de pH entre aproximadamente 2,5 y 4,1, ^{[ 9 ]} el ácido carboxílico más cercano a la amina generalmente pierde un protón, y el ácido se convierte en el zwitterión neutro ⁻ OOC−CH( NH ⁺ ₃ )−( CH₂ )₂−COOH. Esta es también la forma del compuesto en estado sólido cristalino. ^{[ 10 ] [ 11 ]} El cambio en el estado de protonación es gradual; las dos formas están en concentraciones iguales a pH 2,10. ^{[ 12 ]}

A un pH aún más elevado, el otro grupo ácido carboxílico pierde su protón y el ácido existe casi por completo como el anión glutamato ⁻ OOC−CH( NH ⁺ ₃ )−( CH₂ )₂−COO⁻, con una única carga negativa en total. El cambio en el estado de protonación ocurre a pH 4,07. ^{[ 12 ]} Esta forma con ambos carboxilatos sin protones es dominante en elde pH fisiológico(7,35–7,45).

A un pH aún más elevado, el grupo amino pierde el protón extra, y la especie predominante es el anión doblemente negativo ⁻ OOC−CH( NH₂ )−(CH₂ )₂−COO⁻. El cambio en el estado de protonación ocurre a pH 9,47. ^{[ 12 ]}

El ácido glutámico es quiral ; existen dos enantiómeros simétricos : d (−) y l (+). La forma l es más común en la naturaleza, pero la forma d se encuentra en algunos contextos especiales, como la cápsula bacteriana y las paredes celulares de las bacterias (que la producen a partir de la forma l con la enzima glutamato racemasa ) y el hígado de los mamíferos . ^{[ 13 ] [ 14 ]}

El glutamato se sintetiza principalmente a partir del α-cetoglutarato , un intermediario del ciclo de Krebs , mediante transaminación o aminación reductiva .

El ácido glutámico se produce a mayor escala que cualquier otro aminoácido, con una producción anual estimada de aproximadamente 1,5  millones de toneladas en 2006. ^{[ 19 ]} La síntesis química fue sustituida por la fermentación aeróbica de azúcares y amoníaco en la década de 1950, siendo el organismo Corynebacterium glutamicum (también conocido como Brevibacterium flavum ) el más utilizado para su producción. ^{[ 20 ]} Su aislamiento y purificación se pueden lograr mediante concentración y cristalización ; también está ampliamente disponible como su sal de hidrocloruro . ^{[ 21 ]}

El glutamato es un compuesto clave en el metabolismo celular . En los seres humanos, las proteínas de la dieta se descomponen durante la digestión en aminoácidos , que sirven como combustible metabólico para otras funciones del organismo. 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 , generalmente catalizada por una transaminasa . La reacción se puede generalizar de la siguiente manera:

Un α-cetoácido muy común es el α-cetoglutarato , un intermediario del ciclo del ácido cítrico . La transaminación del α-cetoglutarato produce glutamato. El α-cetoácido resultante suele ser útil, ya que puede servir como combustible o como sustrato para otros procesos metabólicos. Algunos ejemplos son los siguientes:

Tanto el piruvato como el oxalacetato son componentes clave del metabolismo celular, ya que contribuyen como sustratos o intermediarios en procesos fundamentales como la glucólisis , la gluconeogénesis y el ciclo del ácido cítrico .

El glutamato también desempeña un papel importante en la eliminación del exceso o desecho de nitrógeno del organismo . El glutamato sufre desaminación , una reacción oxidativa catalizada por la glutamato deshidrogenasa , ^{[ 18 ]} de la siguiente manera:

El amoníaco (en forma de amonio ) se excreta predominantemente como urea , sintetizada en el hígado . De este modo, la transaminación se vincula con la desaminación, permitiendo la eliminación del nitrógeno de los grupos amino de los aminoácidos, a través del glutamato como intermediario, para finalmente ser excretado del organismo en forma de urea.

El glutamato también es un neurotransmisor (véase más abajo), lo que lo convierte en una de las moléculas más abundantes en el cerebro. Los tumores cerebrales malignos conocidos como glioma o glioblastoma aprovechan este fenómeno utilizando el glutamato como fuente de energía, especialmente cuando estos tumores se vuelven más dependientes del glutamato debido a mutaciones en el gen IDH1 . ^{[ 22 ] [ 23 ]}

Se ha descubierto que el glutamato extracelular en el cerebro de Drosophila regula la agrupación de receptores de glutamato postsinápticos, mediante un proceso que implica la desensibilización del receptor. ^{[ 27 ]} Un gen expresado en las células gliales transporta activamente glutamato al espacio extracelular , ^{[ 27 ]} mientras que, en el núcleo accumbens, estimulando los receptores metabotrópicos de glutamato del grupo II , se descubrió que este gen reduce los niveles de glutamato extracelular. ^{[ 28 ]} Esto plantea la posibilidad de que este glutamato extracelular desempeñe un papel "similar al endocrino" como parte de un sistema homeostático más amplio.

El ácido glutámico, al ser un componente de las proteínas, está presente en los alimentos que las contienen, pero solo se puede percibir su sabor cuando se encuentra en forma libre. Se encuentran cantidades significativas de ácido glutámico libre en una amplia variedad de alimentos, como quesos y salsa de soja , y es responsable del umami , uno de los cinco sabores básicos del gusto humano . El ácido glutámico se utiliza frecuentemente como aditivo alimentario y potenciador del sabor en forma de su sal sódica , conocida como glutamato monosódico (GMS).

Todas las carnes, aves, pescados, huevos, productos lácteos y kombu son excelentes fuentes de ácido glutámico. Algunos alimentos vegetales ricos en proteínas también sirven como fuentes. Entre el 30 y el 35 % del gluten (gran parte de la proteína del trigo) es ácido glutámico. El 95 % del glutamato dietético es metabolizado por las células intestinales en el primer paso. ^{[ 33 ]}

Auxigro es un preparado para el crecimiento de las plantas que contiene un 30% de ácido glutámico.

En los últimos años, se ha investigado mucho sobre el uso del acoplamiento dipolar residual (RDC) en la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN). Un derivado del ácido glutámico, el poli-γ-bencil-L-glutamato (PBLG), se usa frecuentemente como medio de alineación para controlar la escala de las interacciones dipolares observadas. ^{[ 34 ]}

Los niveles de glutamato cerebral tienden a disminuir con la edad y pueden ser útiles como marcador de enfermedades cerebrales relacionadas con la edad. ^{[ 35 ]}