ASAM GLUTAMAT: KARAKTERISTIK, FUNGSI, BIOSINTESIS - BIOLOGI - 2025

The 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 esensial.

Bersama dengan asam aspartat, asam glutamat termasuk dalam kelompok asam amino polar bermuatan negatif dan, menurut dua sistem nomenklatur yang ada (dari tiga atau satu huruf), itu dilambangkan sebagai " Glu " atau sebagai " E ".

Struktur asam amino Asam Glutamat (Sumber: Hbf878 via Wikimedia Commons)

Asam amino ini ditemukan pada tahun 1866 oleh ahli kimia Jerman Rittershausen ketika dia mempelajari gluten gandum terhidrolisis, maka namanya "glutamat". Setelah ditemukan, keberadaannya telah ditentukan pada sebagian besar makhluk hidup, sehingga dianggap memiliki fungsi esensial 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 penting di tingkat industri, terutama yang berkaitan dengan olahan kuliner, karena membantu meningkatkan cita rasa makanan.

karakteristik

Meskipun bukan merupakan asam amino esensial bagi manusia, glutamat (bentuk asam glutamat yang terionisasi) memiliki implikasi nutrisi yang penting bagi pertumbuhan hewan dan dianggap memiliki nilai gizi yang jauh lebih tinggi daripada asam amino non-esensial lainnya.

Asam amino ini sangat melimpah di otak, terutama di ruang intraseluler (sitosol), yang memungkinkan adanya gradien antara sitosol dan ruang ekstraseluler, yang dibatasi oleh membran plasma sel saraf.

Karena ia memiliki banyak fungsi dalam sinapsis eksitatori dan ia menjalankan fungsinya dengan bekerja pada reseptor tertentu, konsentrasinya dijaga pada tingkat yang terkendali, terutama di lingkungan ekstraseluler, karena reseptor ini umumnya "melihat" keluar sel.

Tempat konsentrasi glutamat tertinggi adalah terminal saraf, namun distribusinya dikondisikan oleh kebutuhan energi sel di seluruh tubuh.

Bergantung pada jenis sel, ketika asam glutamat memasuki sel, asam glutamat 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 α-amino yang memiliki atom karbon pusat (yaitu kiral), karbon α, yang mengikat 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), jadi jumlah atom total karbon 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 bermuatan negatif, ia diklasifikasikan dalam kelompok asam amino polar bermuatan negatif, kelompok di mana asam aspartat (aspartat, dalam bentuk terionisasi juga termasuk ).

fitur

Asam glutamat atau bentuknya yang terionisasi, 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 paling populer dari asam glutamat di tubuh kebanyakan 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 lainnya.

Glutamat juga terkait dengan perkembangan sistem saraf, inisiasi dan penghapusan sinapsis, dan migrasi sel, diferensiasi, dan kematian. Ini penting untuk komunikasi antar 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 kadar nitrogen seluler, dan dalam mengontrol keseimbangan anionik dan osmotik.

Ini berfungsi sebagai prekursor untuk perantara yang berbeda dari siklus asam trikarboksilat (siklus Krebs) dan juga untuk neurotransmitter lain seperti GABA (asam gamma aminobutyric). Pada gilirannya, ini adalah prekursor dalam sintesis asam amino lain seperti L-prolin, L-arginin dan L-alanin.

Aplikasi klinis

Pendekatan farmasi yang berbeda bergantung terutama pada reseptor asam glutamat sebagai target terapeutik untuk pengobatan penyakit kejiwaan dan patologi terkait memori lainnya.

Glutamat juga telah digunakan sebagai agen aktif dalam berbagai formulasi farmakologis yang dirancang untuk mengobati infark miokard dan dispepsia fungsional (masalah lambung atau gangguan pencernaan).

Aplikasi industri asam glutamat

Asam glutamat dan turunannya memiliki aplikasi yang beragam di industri yang berbeda. Misalnya, garam monosodium dari glutamat digunakan dalam industri makanan sebagai bumbu penyedap.

Asam amino ini juga merupakan bahan awal untuk sintesis bahan kimia lainnya dan glutamic polyacid 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 rasa pahit berbagai makanan.

Ini juga digunakan sebagai krioprotektan, sebagai perekat biologis yang "dapat disembuhkan", sebagai pembawa obat, untuk desain serat dan hidrogel yang dapat terurai secara hayati yang antara lain mampu menyerap air dalam jumlah besar.

Biosintesis

Semua asam amino berasal dari zat antara glikolitik, siklus Krebs, atau jalur pentosa fosfat. Glutamat, khususnya, diperoleh dari glutamin, α-ketoglutarate dan 5-oxoproline, semuanya berasal dari siklus Krebs.

Jalur biosintetik untuk asam amino ini cukup sederhana dan tahapannya ditemukan di hampir semua organisme hidup.

Metabolisme Glutamat dan Nitrogen

Dalam metabolisme nitrogen, melalui glutamat dan glutamin amonium dimasukkan ke dalam berbagai biomolekul tubuh dan, melalui reaksi transaminasi, glutamat menyediakan gugus amino dari sebagian besar asam amino.

Jadi, rute ini melibatkan asimilasi ion amonium menjadi molekul glutamat, yang berlangsung dalam dua reaksi.

Langkah pertama dalam jalur tersebut dikatalisis oleh enzim yang dikenal sebagai sintetase glutamin, yang terdapat di hampir semua organisme dan terlibat dalam reduksi glutamat dan amonia untuk menghasilkan glutamin.

Pada bakteri dan tumbuhan, glutamat diproduksi dari glutamin oleh enzim yang dikenal sebagai sintase glutamat.

Pada hewan, ini dihasilkan dari transaminasi α-ketoglutarat, yang terjadi selama katabolisme asam amino. Fungsi utamanya pada mamalia adalah mengubah amonia bebas racun menjadi glutamin, yang diangkut oleh darah.

Dalam reaksi yang dikatalisasi oleh enzim sintase glutamat, α-ketoglutarat melalui proses aminasi reduktif, di mana glutamin berpartisipasi sebagai donor gugus nitrogen.

Meskipun terjadi dalam proporsi yang jauh lebih kecil, glutamat juga diproduksi pada hewan melalui reaksi satu langkah antara α-ketoglutarat dan amonium (NH4), yang dikatalisasi oleh enzim L-glutamat dehidrogenase, ada di mana-mana di hampir semua organisme hidup.

Asosiasi enzim tersebut dengan matriks mitokondria dan reaksi yang dikatalisnya dapat ditulis secara kasar sebagai berikut, di mana NADPH bekerja dalam menyediakan daya reduksi:

α-ketoglutarate + NH4 + NADPH → L-glutamat + NADP (+) + air

Metabolisme dan degradasi

Asam glutamat digunakan oleh sel-sel tubuh untuk tujuan yang berbeda, di antaranya adalah sintesis protein, metabolisme energi, fiksasi amonium, atau transmisi saraf.

Glutamat yang diambil dari media ekstraseluler di beberapa jenis sel saraf dapat "didaur ulang" dengan mengubahnya menjadi glutamin, yang dilepaskan menjadi cairan ekstraseluler dan diambil oleh neuron untuk diubah kembali menjadi glutamat, yang dikenal sebagai siklus glutamin . -glutamat .

Setelah dicerna dengan makanan dalam makanan, penyerapan asam glutamat di usus umumnya berakhir dengan transformasi menjadi asam amino lain seperti alanin, suatu 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 kimiawi diekstraksi terutama dalam bentuk ATP.

Keberadaan berbagai enzim pemetabolisme glutamat telah dilaporkan pada organisme yang berbeda, seperti kasus glutamat dehidrogenase, glutamat-amonium liase dan glutamin, dan banyak di antaranya telah terlibat dalam penyakit Alzheimer.

Makanan Kaya Asam Glutamat

Asam glutamat terdapat di sebagian besar makanan yang dikonsumsi oleh manusia dan beberapa penulis mengklaim bahwa untuk manusia dengan berat 70 kg, asupan harian asam glutamat yang berasal dari makanan adalah sekitar 28 g.

Di antara makanan yang paling kaya asam amino ini adalah yang berasal dari hewan, di mana daging (sapi, babi, ovine, dll.), Telur, produk susu dan ikan menonjol. Makanan nabati yang kaya glutamat antara lain biji-bijian, biji-bijian, asparagus, dan lainnya.

Selain berbagai jenis makanan yang secara alami kaya akan asam amino ini, turunannya, garam monosodium dari glutamat digunakan sebagai aditif untuk meningkatkan atau meningkatkan cita rasa banyak hidangan dan makanan olahan industri.

Manfaat asupannya

Glutamat yang ditambahkan ke dalam sediaan kuliner yang berbeda membantu untuk "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 oral yang berhubungan dengan rasa dan "hiposalivasi" (produksi air liur yang rendah).

Demikian pula, asam glutamat (glutamat) adalah nutrisi yang sangat penting untuk pemeliharaan aktivitas normal sel-sel di mukosa usus.

Pasokan asam amino ini pada tikus yang telah menjalani perawatan kemoterapi terbukti dapat meningkatkan karakteristik imunologi usus, selain menjaga serta meningkatkan aktivitas dan fungsi mukosa usus.

Sebaliknya, di Jepang, diet medis berdasarkan makanan yang kaya asam glutamat telah dirancang untuk pasien yang menjalani "gastronomi endoskopi perkutan", yaitu, mereka harus diberi makan melalui selang perut yang dihubungkan melalui dinding. perut.

Asam amino ini juga digunakan untuk merangsang nafsu makan pada pasien lanjut usia dengan gastritis kronis yang biasanya tidak diminum.

Terakhir, studi yang berkaitan dengan suplai oral asam glutamat dan arginin menunjukkan bahwa ini terlibat dalam regulasi positif gen yang berhubungan dengan adipogenesis dalam jaringan otot dan lipolisis pada jaringan adiposa.

Gangguan defisiensi

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 berdampak pada kesehatan tubuh hewan mana pun.

Misalnya, enzim dekarboksilase asam glutamat bertanggung jawab untuk konversi glutamat menjadi asam aminobutirat gamma (GABA), suatu neurotransmitter yang penting untuk reaksi saraf penghambatan.

Oleh karena itu, keseimbangan antara asam glutamat dan GABA sangat penting untuk pemeliharaan kendali 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 kerusakan pada kelas proses kognitif yang membutuhkannya sebagai neurotransmitter.

Referensi

1. 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
2. Barret, G. (1985). Kimia dan Biokimia dari Asam Amino. New York: Chapman dan Hall.
3. Danbolt, NC (2001). Penyerapan glutamat. Kemajuan dalam Neurobiologi, 65, 1–105.
4. Fonnum, F. (1984). Glutamat: neurotransmitter di otak mamalia. Jurnal Neurokimia, 18 (1), 27-33.
5. Garattini, S. (2000). Simposium Internasional tentang Glutamat. Asam Glutamat, Dua Puluh Tahun Kemudian.
6. Graham, TE, Sgro, V., Friars, D., & Gibala, MJ (2000). Konsumsi glutamat: Plasma dan kumpulan asam amino bebas otot dari manusia yang sedang beristirahat. American Journal of Physiology- Endocrinology and Metabolism, 278, 83-89.
7. Hu, CJ, Jiang, QY, Zhang, T., Yin, YL, Li, FN, Su, JY,… Kong, XF (2017). Suplementasi makanan dengan arginin dan asam glutamat meningkatkan ekspresi gen lipogenik utama pada babi yang sedang tumbuh. Jurnal Ilmu Hewan, 95 (12), 5507-5515.
8. Johnson, JL (1972). Asam Glutamat sebagai Pemancar Sinaptik dalam Sistem Saraf. Review. Penelitian Otak, 37, 1–19.
9. 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.
10. Mourtzakis, M., & Graham, TE (2002). Konsumsi glutamat dan efeknya saat istirahat dan selama olahraga pada manusia. Jurnal Fisiologi Terapan, 93 (4), 1251-1259.
11. Neil, E. (2010). Proses Biologis untuk Produksi Hidrogen. Kemajuan dalam Rekayasa Biokimia / Bioteknologi, 123 (Juli 2015), 127–141. https://doi.org/10.1007/10
12. Okumoto, S., Funck, D., Trovato, M., & Forlani, G. (2016). Asam amino dari keluarga glutamat: Berfungsi di luar metabolisme primer. Frontiers in Plant Science, 7, 1–3.
13. Olubodun, JO, Zulkifli, I., Farjam, AS, Hair-Bejo, M., & Kasim, A. (2015). Suplementasi glutamin dan asam glutamat meningkatkan performa ayam broiler di bawah kondisi tropis yang panas dan lembab. Jurnal Ilmu Hewan Italia, 14 (1), 25-29.
14. Umbarger, H. (1978). Biosintesis Asam Amino dan Regulasinya. Ann. Pdt. Biochem. , 47, 533-606.
15. Waelsch, H. (1951). Asam Glutamat dan Fungsi Otak. Kemajuan dalam Kimia Protein, 6, 299-341.
16. Yelamanchi, SD, Jayaram, S., Thomas, JK, Gundimeda, S., Khan, AA, Singhal, A.,… Gowda, H. (2015). Peta jalur metabolisme glutamat. Jurnal Komunikasi Sel dan Pensinyalan, 10 (1), 69-75.