Acide glutamique - Glutamic acid

Acide glutamique
Acide glutamique sous forme non ionique
Formule Skeletal de L -glutamique
Acide-glutamique-de-xtal-view-2-3D-bs-17.png
Acide-glutamique-de-xtal-view-2-3D-sf.png
Échantillon d'acide L-glutamique.jpg
Noms
Nom IUPAC systématique
Acide 2-aminopentanedioïque
Autres noms
Acide 2-aminoglutarique
Identifiants
Modèle 3D ( JSmol )
3DMet
1723801 (L) 1723799 (rac) 1723800 (D)
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
Banque de médicaments
Carte d'information de l'ECHA 100.009.567 Modifiez ceci sur Wikidata
Numéro CE
numéro E E620 (exhausteur de goût)
3502 (L) 101971 (rac) 201189 (D)
KEGG
CID PubChem
UNII
  • InChI=1S/C5H9NO4/c6-3(5(9)10)1-2-4(7)8/h3H,1-2,6H2,(H,7,8)(H,9,10) ChèqueOui
    Clé : WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYSA-N ChèqueOui
  • l isomère : InChI=1/C5H9NO4/c6-3(5(9)10)1-2-4(7)8/h3H,1-2,6H2,(H,7,8)(H,9,10 )
    Clé : WHUUTDBJXJRKMK-UHFFFAOYAD
  • l isomère : C(CC(=O)O)[C@@H](C(=O)O)N
  • isomère d : C(CC(=O)O)[C@H](C(=O)O)N
  • Zwitterion : C(CC(=O)O)C(C(=O)[O-])[NH3+]
  • Zwitterion déprotoné : C(CC(=O)[O-])C(C(=O)[O-])[NH3+]
Propriétés
C 5 H 9 N O 4
Masse molaire 147,130  g·mol -1
Apparence poudre cristalline blanche
Densité 1.4601 (20 °C)
Point de fusion 199 °C (390 °F; 472 K) se décompose
7,5 g/L (20 °C)
Solubilité 0,00035 g/100 g d'éthanol
(25 °C)
Acidité (p K a ) 2.10, 4.07, 9.47
−78,5·10 −6 cm 3 /mol
Dangers
Fiche de données de sécurité Voir : page de données
Pictogrammes SGH GHS07 : Nocif
Mention d'avertissement SGH Avertissement
H315 , H319 , H335
P261 , P264 , P271 , P280 , P302 + 352 , P304 + 340 , P305 + 351 + 338 , P312 , P321 , P332 + 313 , P337 + 313 , P362 , P403 + 233 , P405 , P501
NFPA 704 (diamant de feu)
2
1
0
Page de données supplémentaires
Indice de réfraction ( n ),
Constante diélectriquer ), etc.

Données thermodynamiques
Comportement des phases
solide-liquide-gaz
UV , IR , RMN , MS
Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 °C [77 °F], 100 kPa).
ChèqueOui vérifier  ( qu'est-ce que c'est   ?) ChèqueOui??N
Références de l'infobox

L'acide glutamique (symbole Glu ou E ; la forme ionique est connue sous le nom de glutamate ) est un acide -aminé qui est utilisé par presque tous les êtres vivants dans la biosynthèse des protéines . Il n'est pas essentiel chez l'homme, ce qui signifie que le corps peut le synthétiser. C'est aussi un neurotransmetteur excitateur , en fait le plus abondant, dans le système nerveux des vertébrés . Il sert de précurseur pour la synthèse de l'acide gamma-aminobutyrique inhibiteur (GABA) dans les neurones GABA-ergiques.

Sa formule moléculaire est C
5
H
9
NON
4
. L'acide glutamique existe sous trois formes optiquement isomères; la forme L dextrogyre est généralement obtenue par hydrolyse du gluten ou à partir des eaux résiduaires de la fabrication du sucre de betterave ou par fermentation. Sa structure moléculaire pourrait être idéalisée comme HOOC−CH( NH
2
)−( CH
2
) 2 -COOH, avec deux groupes carboxyle -COOH et un groupe amino - NH
2
. Cependant, dans les solutions aqueuses à l'état solide et légèrement acides , la molécule adopte une structure de zwitterion électriquement neutre OOC−CH( NH+
3
)−( CH
2
) 2 -COOH. Il est codé par les codons GAA ou GAG.

L'acide peut perdre un proton de son deuxième groupe carboxyle pour former la base conjuguée , l' anion simple négatif glutamate OOC−CH( NH+
3
)−( CH
2
) 2 −COO . Cette forme du composé est répandue dans les solutions neutres . Le neurotransmetteur glutamate joue le rôle principal dans l'activation neurale . Cet anion crée la saveur savoureuse d' umami des aliments et se trouve dans les arômes de glutamate tels que le MSG . En Europe, il est classé comme additif alimentaire E620 . Dans les solutions très alcalines , l'anion doublement négatif OOC−CH( NH
2
)−( CH
2
) 2 −COO prévaut. Le radical correspondant au glutamate est appelé glutamyl .

Chimie

Ionisation

Le glutamate monoanion.

Lorsque l'acide glutamique est dissous dans l'eau, le groupe amino (− NH
2
) peut gagner un proton ( H+
), et/ou les groupes carboxyle peuvent perdre des protons, selon l' acidité du milieu.

Dans des environnements suffisamment acides, le groupe amino gagne un proton et la molécule devient un cation avec une seule charge positive, HOOC−CH( NH+
3
)−( CH
2
) 2 -COOH.

À des valeurs de pH comprises entre environ 2,5 et 4,1, l'acide carboxylique le plus proche de l'amine perd généralement un proton et l'acide devient le zwitterion neutre OOC−CH( NH+
3
)−( CH
2
) 2 -COOH. C'est aussi la forme du composé à l'état solide cristallin. Le changement d'état de protonation est progressif ; les deux formes sont en concentrations égales à pH 2,10.

À un pH encore plus élevé, l'autre groupe acide carboxylique perd son proton et l'acide existe presque entièrement sous forme d' anion glutamate OOC−CH( NH+
3
)−( CH
2
) 2 −COO , avec une seule charge négative globale. Le changement d'état de protonation se produit à pH 4,07. Cette forme avec les deux carboxylates dépourvus de protons est dominante dans la gamme de pH physiologique (7,35-7,45).

À un pH encore plus élevé, le groupe amino perd le proton supplémentaire, et l'espèce prédominante est l'anion doublement négatif - OOC-CH( NH
2
)−( CH
2
) 2 −COO . Le changement d'état de protonation se produit à pH 9,47.

Isomérie optique

L' atome de carbone adjacent au groupe amino est chiral (relié à quatre groupes distincts). L'acide glutamique peut exister sous trois isomères optiques , dont la forme L dextrogyre , d (-) et l (+). La forme l est la plus répandue dans la nature, mais la forme d apparaît dans certains contextes particuliers, tels que les parois cellulaires des bactéries (qui peuvent la fabriquer à partir de la forme l avec l' enzyme glutamate racémase ) et le foie des mammifères .

Histoire

Bien qu'ils soient présents naturellement dans de nombreux aliments, les contributions à la saveur apportées par l'acide glutamique et d'autres acides aminés n'ont été identifiées scientifiquement qu'au début du 20e siècle. La substance a été découverte et identifiée en 1866 par le chimiste allemand Karl Heinrich Ritthausen , qui a traité le gluten de blé (d'où son nom) avec de l'acide sulfurique . En 1908, le chercheur japonais Kikunae Ikeda de l' Université impériale de Tokyo a identifié des cristaux bruns laissés après l'évaporation d'une grande quantité de bouillon de kombu comme de l'acide glutamique. Ces cristaux, une fois goûtés, reproduisaient la saveur ineffable mais indéniable qu'il détectait dans de nombreux aliments, plus particulièrement dans les algues. Le professeur Ikeda a appelé cette saveur umami . Il a ensuite breveté une méthode de production en masse d'un sel cristallin d'acide glutamique, le glutamate monosodique .

Synthèse

Biosynthèse

Réactifs Des produits Enzymes
Glutamine + H 2 O Glu + NH 3 GLS , GLS2
NAcGlu + H 2 O Glu + Acétate N -acétyl-glutamate synthase
α-cétoglutarate + NADP H + NH 4 + Glu + NADP + + H 2 O GLUD1 , GLUD2
α-cétoglutarate + -acide aminé Glu + acide -céto transaminases
1-Pyrroline-5-carboxylate + NAD + + H 2 O Glu + NADH ALDH4A1
N-formimino-L-glutamate + FH 4 Glu + 5-formimino-FH 4 FTCD
NAAG Glu + ANA GCPII

Synthèse industrielle

L'acide glutamique est produit à la plus grande échelle de tous les acides aminés, avec une production annuelle estimée à environ 1,5 million de tonnes en 2006. La synthèse chimique a été supplantée par la fermentation aérobie des sucres et de l'ammoniac dans les années 1950, avec l'organisme Corynebacterium glutamicum (également connu sous le nom de comme Brevibacterium flavum ) étant le plus largement utilisé pour la production. L'isolement et la purification peuvent être réalisés par concentration et cristallisation ; il est également largement disponible sous forme de chlorhydrate .

Fonction et utilisations

Métabolisme

Le glutamate est un composé clé du métabolisme cellulaire . Chez l'homme, les protéines alimentaires sont décomposées par digestion en acides aminés , qui servent de carburant métabolique pour d'autres rôles fonctionnels dans le corps. Un processus clé dans la dégradation des acides aminés est la transamination , dans laquelle le groupe aminé d'un acide aminé est transféré à un -cétoacide, généralement catalysé par une transaminase . La réaction peut être généralisée ainsi :

R 1 -acide aminé + R 2 -α- cétoacide ⇌ R 1 -α-cétoacide + R 2 -acide aminé

Un acide -céto très courant est le α-cétoglutarate, un intermédiaire dans le cycle de l'acide citrique . La transamination du -cétoglutarate donne du glutamate. Le produit α-cétoacide résultant est également souvent utile, qui peut contribuer en tant que carburant ou en tant que substrat pour d'autres processus de métabolisme. Les exemples sont les suivants :

Alanine + α-cétoglutarate ⇌ pyruvate + glutamate
Aspartate + α-cétoglutarate ⇌ oxaloacétate + glutamate

Le pyruvate et l'oxaloacétate sont tous deux des composants clés du métabolisme cellulaire, contribuant en tant que substrats ou intermédiaires dans des processus fondamentaux tels que la glycolyse , la gluconéogenèse et le cycle de l'acide citrique .

Le glutamate joue également un rôle important dans l'élimination par l'organisme de l'excès ou des déchets d' azote . Le glutamate subit une désamination , une réaction oxydative catalysée par la glutamate déshydrogénase , comme suit :

glutamate + H 2 O + NADP + → α-cétoglutarate + NADPH + NH 3 + H +

L'ammoniac (sous forme d' ammonium ) est alors excrété principalement sous forme d' urée , synthétisée dans le foie . La transamination peut ainsi être liée à la désamination, permettant effectivement d'éliminer l'azote des groupements amines des acides aminés, via le glutamate comme intermédiaire, et enfin d'être excrété par l'organisme sous forme d'urée.

Le glutamate est également un neurotransmetteur (voir ci-dessous), ce qui en fait l'une des molécules les plus abondantes dans le cerveau. Les tumeurs cérébrales malignes connues sous le nom de gliome ou glioblastome exploitent ce phénomène en utilisant le glutamate comme source d'énergie, en particulier lorsque ces tumeurs deviennent plus dépendantes du glutamate en raison de mutations du gène IDH1 .

Neurotransmetteur

Le glutamate est le neurotransmetteur excitateur le plus abondant dans le système nerveux des vertébrés . Au niveau des synapses chimiques , le glutamate est stocké dans des vésicules . Les impulsions nerveuses déclenchent la libération de glutamate de la cellule présynaptique. Le glutamate agit sur les récepteurs ionotropes et métabotropes (couplés aux protéines G). Dans la cellule postsynaptique opposée, les récepteurs du glutamate , tels que le récepteur NMDA ou le récepteur AMPA , se lient au glutamate et sont activés. En raison de son rôle dans la plasticité synaptique , le glutamate est impliqué dans les fonctions cognitives telles que l' apprentissage et la mémoire dans le cerveau. La forme de plasticité connue sous le nom de potentialisation à long terme a lieu au niveau des synapses glutamatergiques de l' hippocampe , du néocortex et d'autres parties du cerveau. Le glutamate fonctionne non seulement comme un émetteur point à point , mais également par le biais d'une diaphonie synaptique de débordement entre les synapses dans laquelle la sommation du glutamate libéré par une synapse voisine crée une signalisation/ transmission de volume extrasynaptique . De plus, le glutamate joue un rôle important dans la régulation des cônes de croissance et de la synaptogenèse au cours du développement du cerveau, comme décrit à l'origine par Mark Mattson .

Circuits de signalisation glutamatergiques non synaptiques du cerveau

Il a été découvert que le glutamate extracellulaire dans le cerveau de drosophile régule le regroupement des récepteurs post-synaptiques du glutamate, via un processus impliquant la désensibilisation des récepteurs. Un gène exprimé dans les cellules gliales transporte activement le glutamate dans l' espace extracellulaire , tandis que, dans le noyau accumbens -stimulant les récepteurs métabotropiques du glutamate du groupe II, ce gène s'est avéré réduire les niveaux de glutamate extracellulaire. Cela soulève la possibilité que ce glutamate extracellulaire joue un rôle "de type endocrinien" dans le cadre d'un système homéostatique plus large.

précurseur GABA

Le glutamate sert également de précurseur pour la synthèse de l'acide gamma-aminobutyrique inhibiteur (GABA) dans les neurones GABA-ergiques. Cette réaction est catalysée par la glutamate décarboxylase (GAD), qui est la plus abondante dans le cervelet et le pancréas .

Le syndrome de la personne raide est un trouble neurologique causé par des anticorps anti-GAD, entraînant une diminution de la synthèse du GABA et, par conséquent, une altération de la fonction motrice telle qu'une raideur musculaire et des spasmes. Étant donné que le pancréas a un TAG abondant, une destruction immunologique directe se produit dans le pancréas et les patients auront un diabète sucré.

exhausteur de goût

L'acide glutamique, étant un constituant des protéines, est présent dans les aliments qui contiennent des protéines, mais il ne peut être goûté que lorsqu'il est présent sous une forme non liée. Des quantités importantes d'acide glutamique libre sont présentes dans une grande variété d'aliments, y compris les fromages et la sauce de soja , et l'acide glutamique est responsable de l' umami , l'un des cinq goûts fondamentaux du sens du goût humain . L'acide glutamique est souvent utilisé comme additif alimentaire et exhausteur de goût sous la forme de son sel de sodium , connu sous le nom de glutamate monosodique (MSG).

Nutritif

Toutes les viandes, volailles, poissons, œufs, produits laitiers et kombu sont d'excellentes sources d'acide glutamique. Certains aliments végétaux riches en protéines servent également de sources. 30% à 35% du gluten (une grande partie des protéines du blé) est de l'acide glutamique. Quatre-vingt-quinze pour cent du glutamate alimentaire est métabolisé par les cellules intestinales lors d'un premier passage.

Croissance des plantes

Auxigro est une préparation pour la croissance des plantes qui contient 30% d'acide glutamique.

Spectroscopie RMN

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont été menées sur l'utilisation du couplage dipolaire résiduel (RDC) en spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN). Un dérivé de l'acide glutamique, le poly-γ-benzyl-L-glutamate (PBLG), est souvent utilisé comme milieu d'alignement pour contrôler l'échelle des interactions dipolaires observées.

Pharmacologie

Le médicament phencyclidine (plus communément appelé PCP) antagonise l'acide glutamique de manière non compétitive au niveau du récepteur NMDA . Pour les mêmes raisons, le dextrométhorphane et la kétamine ont également de forts effets dissociatifs et hallucinogènes ("Angel Dust", en tant que drogue d'abus). Une perfusion aiguë du médicament LY354740 (également connu sous le nom d' eglumegad , un agoniste des récepteurs métabotropiques du glutamate 2 et 3 ) a entraîné une diminution marquée de la réponse au stress induite par la yohimbine chez les macaques à bonnet ( Macaca radiata ); l'administration orale chronique de LY354740 chez ces animaux a conduit à des niveaux de cortisol de base nettement réduits (environ 50 pour cent) par rapport aux sujets témoins non traités. Il a également été démontré que le LY354740 agit sur le récepteur métabotropique du glutamate 3 (GRM3) des cellules corticosurrénales humaines , régulant à la baisse l' aldostérone synthase , CYP11B1 et la production de stéroïdes surrénaliens (c'est-à-dire l' aldostérone et le cortisol ). Le glutamate ne franchit pas facilement la barrière hémato-encéphalique , mais est plutôt transporté par un système de transport de haute affinité. Il peut également être converti en glutamine .

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

  • Nelson, David L.; Cox, Michael M. (2005). Principes de biochimie (4e éd.). New York : W.H. Freeman. ISBN 0-7167-4339-6.

Liens externes