Функции глутамата и глутамина: метаболизм

Глутаминовая кислота и глутамин находятся в центре всех видов обмена, сопрягая белковый, углеводный и жировой обмен, а также обмен нуклеиновых кислот и биогенных аминов. Глутаминовая кислота и ее амид обеспечивают 20% белкового азота, 60% ее углерода идет на построение гликогена, а 20-30% — жирных кислот.

В организме они выполняют следующие функции:

  1. Структурная – входит в состав практически всех белков
  2. Биосинтетическая:
  • Участвует в синтезе аминокислот
  • участвует в синтезе пуриновых и пиримидиновых оснований – соединений, формирующих информационные матрицы ДНК и РНК
  • Является предшественником гистамина, серотонина, ацетилхолина, ГАМК, фолиевой кислоты, парааминобензойной кислоты
  1. Энергетическая:
    • при распаде образуется α – кетоглуторат, который сгорает с образованием энергии
    • Участвует в синтезе высокоэнергетических веществ
    • Обеспечивает энергией нервные клетки головного мозга
    • Усиливает сокращения мышечных волокон
  2. Является депо аминных групп
  3. Транспортная
  • Переносит аминные группы по организму
  • Способствует продвижению ионов калия и кальция внутрь клетки
  1. Антитоксическая: участвует в обезвреживании аммиака
  2. Является нейромедиатором
  3. Иммунная активность
  4. Стимулятор деятельности желудочно-кишечного тракта

Структурная и биосинтетическая функция

Глутаминовая кислота входит в состав практически всех белков организма человека, причем в некоторых она составляет существенную часть. В инсулине – гормоне поджелудочной железы – она составляет 21% от всех аминокислот, в белках мышечной ткани: актине – 15%, миозине – 22%, много глутаминовой кислоты и в белках сердечной мышцы.  Дикарбоновые аминокислоты – глутаминовая и аспарагиновая – определяют продолжительность жизни белковой молекулы.

Глутаминовая кислота улучшает питание кожи, делает ее гладкой и упругой за счет стимуляции микроциркуляции крови. Она способствует сохранению естественного цвета волос, ее дополнительное потребление рекомендуется с целью профилактики ранней седины, а также для восстановления утраченного пигмента.

Глутамин образовывается из глутаминовой кислоты присоединением к ней аммиака, кроме того он может синтезироваться в организме из валина и изолейцина – незаменимых аминокислот. При повышенном распаде белков глутамин сам становится незаменимой аминокислотой, ибо потребность в нем перекрывает синтез. Он стабилизирует уровень жидкости внутри клеток и поддерживает образование аминокислот из субстратов, делясь с ними аминной головой. Во внеклеточной жидкости глутамин составляет 25%, а в скелетных мышцах – 60% фонда свободных аминокислот.

Глутаминовая кислота и глутамин являются сырьем для производства следующих необходимых для организма ништяков:

  • Все заменимые аминокислоты, а также частично заменимые гистидин и аргинин
  • Глюкоза
  • Нуклеиновые кислоты – кирпичики информационной матрицы организма
  • Фолиевая кислота – витаминоподобное вещество
  • ГАМК – тормозный нейромедиатор
  • ц-АМФ (циклический аденозин монофосфат) и ц-ГМФ (циклический гуанин монофосфат) – посредники в передаче гормональных и нейромедиаторных сигналов
  • НАД и НАДФ – ферменты дыхательной цепи
  • Серотонин, ацетилхолин – нейромедиаторы, передающие сигналы по нервным клеткам
  • парааминобензойная кислота – витаминоподобное вещество

Попадая в желудочно-кишечный тракт, белки распадаются на аминокислоты, которые поступают в кровеносную систему и транспортируются в печень. В печени находится большая биохимическая фабрика. Для начала аминный азот всех аминокислот собирается в едином банке, и этим банком выступает глутаминовая кислота. Она синтезируется путем переноса аминной головы на α- кетоглуторат. Процесс называется реакцией трансаминирования и идет с непосредственным участием пиридоксальфосфата (витамина В 6), который бережно принимает аминные головы и передает их на α- кетоглуторат, синтезируя глутамат. Интересный вопрос: откуда берется α- кетоглуторат? Ответ: из глюкозы. Это один из продуктов ее трансформации в процессе получения энергии.

В печени и почках имеются ферменты  прямого синтеза глутаминовой кислоты, в других органах и тканях их нет. Из печени и почек глутаминовая кислота по кровеносному руслу отправляется к месту работы, и активно накапливается в скелетной мускулатуре, сердечной мышце, головном мозге. Так как в этих тканях идет активная работа с выделением большого количества аммиака, глутамат превращается в глутамин, который ценен сам по себе, ибо из него синтезируется много чего нужного.

Глутаминовая кислота, поступающая с пищей, всасывается в кишечнике в неизмененном виде, а из крови быстро переходит в различные ткани, однако она плохо преодолевает гематоэнцефалический барьер.

Глутамин связывает белковый и углеводный обмен: во время голодания или интенсивной мышечной работы, он поступает из мышечной ткани в кровь, чтобы превратиться в глюкозу и гликоген. Избыточная глюкоза – увы и ах! – превратится в жир, а вот обратно – превратить жир в глюкозу\или аминокислоту – не получится. Так мы устроены.

Синтез глюкозы идет через превращение глутамата в аланин, при этом выделяется α- кетоглуторат, который, поймав аммиак,  вновь обернется глутаминовой кислотой. Из глюкозы при необходимости организм может образовать α- кетоглуторат, который потом пойдет на производство глутамата, если не сгорит в энергетической топке.

Молочная кислота (лактат) – продукт неполного сгорания глюкозы при физической нагрузке. Именно она ответственна за мышечное утомление и послетренировочные боли. Прием глутаминовой кислоты сразу после физической нагрузки поможет утилизировать молочную кислоту, что снизит утомление и предотвратит мышечные боли. Заодно, глутамат свяжет токсический аммиак, который всегда образуется в процессе нагрузки и даст дополнительную энергию.

Глутамин называют «стрессовой» аминокислотой. При любых критических состояниях, в т.ч. длительном голодании, интенсивных физических нагрузках, травмах, в т.ч. хирургических, инфекциях и др. баланс между продукцией и потреблением глутамата нарушается. Глутамин мобилизуется из мышечной ткани для обеспечения повышенной потребности в энергии тканей кишечника, почек, иммунных клеток. В результате мышцы теряют до 50% глутамина даже при усиленном питании. Степень и длительность дефицита глутамина зависит от тяжести заболевания. Не удивительно, что при выздоровлении человек ощущает упадок сил. Это не лень, а недостаток аминокислоты в организме, которую необходимо восполнить с питанием.

Глутаминовая кислота устанавливает необходимое равновесие аминокислот, выступая субстратом для синтеза недостающих соединений, при этом синтез белков и их использование осуществляется наиболее эффективным образом. Если с пищей организм недополучает каких-то заменимых аминокислот, они изготавливаются из глутамина. Но на этом его роль не заканчивается: он активно участвует в перераспределении азота в организме: если в каком-то органе в связи с болезнью или высокой нагрузкой не хватает белка, организм изымает аминокислоты из одних органов и направляет их туда, где их мало. В первую очередь дефицитную дыру затыкают транспортные белки крови, но если их не хватают начинается распад белков внутренних органов: селезенки, кишечника, печени, почек. Белки сердца и головного мозга не тратятся никогда, ибо это чревато. При высокой физической нагрузке с одновременным ограничением белкового питания белки внутренних органов начинают расходоваться на построение скелетных мышц и сердца, что может привести к заболеванию печени и почек. Отсюда вывод: если хочешь быть здоров, физические нагрузки должны компенсироваться достаточным количеством белка в рационе.

Она придает специфический вкус и запах мясу. Воздействуя на вкусовые и обонятельные рецепторы, она стимулирует выработку желудочного сока и выброс ферментов поджелудочной железы, а также секрецию гормонов инсулина и глюкагона.

Роль дикарбоновых кислот – глутаминовой и аспарагиновой – в интеграции белкового обмена была открыта советскими учеными – биохимиками А.Е. Браунштейном и С.Р. Мардашевым. Помним и гордимся!