Glutaminian (neuroprzekaźnik): synteza, mechanizm działania, funkcje i zagrożenia

Glutaminian jest neuroprzekaźnikiem o najobfitszej funkcji pobudzającej w układzie nerwowym organizmów kręgowców. Odgrywa fundamentalną rolę we wszystkich ekscytujących funkcjach, co oznacza, że ​​jest powiązany z ponad 90% wszystkich połączeń synaptycznych w ludzkim mózgu.

Biochemiczne receptory glutaminianu można podzielić na trzy klasy: receptory AMPA, receptory NMDA i metabotropowe receptory glutaminianu. Niektórzy eksperci identyfikują czwarty typ, znany jako receptory kainowe. Występują we wszystkich regionach mózgu, ale w niektórych obszarach są szczególnie obfite.

Glutaminian odgrywa podstawową rolę w plastyczności synaptycznej. Z tego powodu jest to szczególnie związane z pewnymi zaawansowanymi funkcjami poznawczymi, takimi jak pamięć i uczenie się. Specyficzna forma plastyczności, znana jako długotrwałe wzmocnienie, występuje w synapsach glutaminergicznych w obszarach takich jak hipokamp lub kora.

Oprócz tego glutaminian ma również wiele korzyści zdrowotnych, gdy jest spożywany przez umiarkowane jedzenie. Jednak może również powodować pewne negatywne skutki nadmiernego skoncentrowania, zarówno w mózgu, jak iw żywności. W tym artykule opowiadamy o nim wszystko.

Synteza

Glutaminian jest jednym z głównych składników dużej ilości białek. Z tego powodu jest jednym z najliczniejszych aminokwasów w całym organizmie człowieka. W normalnych warunkach możliwe jest uzyskanie wystarczającej ilości tego neuroprzekaźnika poprzez karmienie, w taki sposób, że nie jest konieczne jego syntezowanie.

Jednak glutaminian jest uważany za nieistotny aminokwas. Oznacza to, że w sytuacjach awaryjnych organizm może go metabolizować z innych substancji. W szczególności może być syntetyzowany z kwasu alfa-ketoglutarowego, który jest wytwarzany w cyklu kwasu cytrynowego z cytrynianu.

Na poziomie mózgu glutaminian nie jest w stanie samodzielnie przekroczyć bariery krew-mózg. Jednak przemieszcza się przez centralny układ nerwowy przez system transportu o wysokim powinowactwie. Służy to do regulacji koncentracji i utrzymania stałej ilości tej substancji, która znajduje się w płynach mózgowych.

W ośrodkowym układzie nerwowym glutaminian jest syntetyzowany z glutaminy w procesie znanym jako „cykl glutaminianowo-glutaminergiczny” poprzez działanie enzymu glutaminazy. Może to nastąpić zarówno w neuronach presynaptycznych, jak iw otaczających je komórkach glejowych.

Z drugiej strony glutaminian sam w sobie jest prekursorem innego ważnego neuroprzekaźnika, GABA. Proces transformacji prowadzi się przez działanie enzymu dekarboksylazy glutaminianowej.

Mechanizm działania

Glutaminian wywiera wpływ na organizm, łącząc się z czterema różnymi typami receptorów biochemicznych: receptorami AMPA, receptorami NMDA, metabotropowymi receptorami glutaminianu i receptorami kainianowymi. Większość z nich znajduje się w centralnym układzie nerwowym.

W rzeczywistości ogromna większość receptorów glutaminianowych znajduje się w dendrytach komórek postsynaptycznych; i są one połączone z cząsteczkami uwalnianymi w przestrzeni wewnątrzsynaptycznej przez komórki presynaptyczne. Z drugiej strony są one również obecne w komórkach takich jak astrocyty i oligodendrocyty.

Receptory glutaminergiczne można podzielić na dwa podtypy: jonotropowy i metabotropowy. Następnie zobaczymy, jak każdy z nich działa bardziej szczegółowo.

Receptory jonotropowe

Główną funkcją jonotropowych receptorów glutaminianowych jest umożliwienie przechodzenia jonów sodu, potasu i czasami wapnia w mózgu w odpowiedzi na wiązanie glutaminianowe. Gdy wiązanie jest wytwarzane, antagonista stymuluje bezpośrednie działanie centralnego poru receptora, kanału jonowego, co pozwala na przejście tych substancji.

Przejście jonów sodu, potasu i wapnia powoduje postsynaptyczny prąd pobudzający. Ten prąd jest depolaryzujący; a jeśli aktywowana jest wystarczająca liczba receptorów glutaminianowych, można osiągnąć potencjał działania w neuronie postsynaptycznym.

Wszystkie typy receptorów glutaminianowych są zdolne do wytwarzania postsynaptycznego prądu pobudzającego. Jednak prędkość i czas trwania tego prądu są różne dla każdego z nich. Tak więc każdy z nich ma inny wpływ na układ nerwowy.

Receptory metabotropowe

Metabotropowe receptory glutaminianu należą do podrodziny C receptorów białka G. Są one podzielone na trzy grupy, które z kolei dzielą się na osiem podtypów w przypadku ssaków.

Receptory te składają się z trzech odrębnych części: regionu zewnątrzkomórkowego, regionu transbłonowego i regionu wewnątrzkomórkowego. W zależności od tego, gdzie występuje połączenie z cząsteczkami glutaminianu, w organizmie lub układzie nerwowym wystąpi inny efekt.

Region zewnątrzkomórkowy składa się z modułu znanego jako muchołówka, która jest odpowiedzialna za wiązanie glutaminianu. Ma także część bogatą w cysteinę, która odgrywa zasadniczą rolę w przekazywaniu zmian prądu w kierunku części transbłonowej.

Region transbłonowy jest utworzony przez siedem obszarów, a jego główną funkcją jest połączenie strefy zewnątrzkomórkowej ze strefą wewnątrzkomórkową, gdzie zazwyczaj ma miejsce sprzężenie białek.

Wiązanie cząsteczek glutaminianu w regionie zewnątrzkomórkowym powoduje fosforylację białek, które docierają do wewnątrzkomórkowego. Wpływa to na dużą liczbę szlaków biochemicznych i kanałów jonowych w komórce. Z tego powodu receptory metabotropowe mogą powodować bardzo szeroki zakres efektów fizjologicznych.

Receptory poza ośrodkowym układem nerwowym

Uważa się, że receptory glutaminianowe odgrywają zasadniczą rolę w odbiorze bodźców wywołujących smak „umami”, jednego z pięciu podstawowych smaków według najnowszych badań w tej dziedzinie. Z tego powodu wiadomo, że w języku istnieją receptory tego rodzaju, zwłaszcza w kubkach smakowych.

Wiadomo również, że w tkance serca znajdują się jonotropowe receptory glutaminianu, chociaż jego funkcja w tym obszarze jest nadal nieznana. Dyscyplina znana jako „immunizhistochemistry” zlokalizowała niektóre z tych receptorów w nerwach końcowych, zwojach nerwowych, włóknach przewodzących i niektórych miokardiocytach.

Z drugiej strony, możliwe jest również znalezienie małej liczby tych receptorów w pewnych obszarach trzustki. Jego główną funkcją jest regulowanie wydzielania substancji, takich jak insulina i glukagon. To otworzyło drogę do badań nad możliwością regulacji cukrzycy za pomocą antagonistów glutaminianu.

Wiemy również dzisiaj, że skóra ma pewną ilość receptorów NMDA, które można stymulować, aby wywołać efekt przeciwbólowy. W skrócie, glutaminian ma bardzo zróżnicowane działanie w całym ciele, a jego receptory znajdują się w całym ciele.

Funkcje

Widzieliśmy już, że glutaminian jest najbardziej rozpowszechnionym neuroprzekaźnikiem w mózgu ssaków. Wynika to głównie z faktu, że spełnia on wiele funkcji w naszym organizmie. Tutaj mówimy, które są najważniejsze.

Pomaga w normalnym funkcjonowaniu mózgu

Glutaminian jest neuroprzekaźnikiem o największym znaczeniu w regulacji normalnych funkcji mózgu. Praktycznie wszystkie neurony pobudzające w mózgu i rdzeniu kręgowym są glutaminergiczne.

Glutaminian wysyła sygnały do ​​mózgu, jak również w całym ciele. Komunikaty te pomagają w takich funkcjach, jak pamięć, uczenie się lub rozumowanie, a także odgrywają drugorzędną rolę w wielu innych aspektach funkcjonowania naszego mózgu.

Na przykład obecnie wiemy, że przy niskich poziomach glutaminianu niemożliwe jest tworzenie nowych wspomnień. Ponadto nienormalnie mała ilość tego neuroprzekaźnika może wywoływać ataki schizofrenii, padaczki lub problemów psychiatrycznych, takich jak depresja i lęk.

Nawet badania na myszach pokazują, że nieprawidłowo niski poziom glutaminianu w mózgu może być związany z zaburzeniami ze spektrum autyzmu.

Jest prekursorem GABA

Glutaminian jest również bazą stosowaną przez organizm do tworzenia innego ważnego neuroprzekaźnika, kwasu gamma-aminomasłowego (GABA). Substancja ta odgrywa bardzo ważną rolę w uczeniu się, oprócz skurczu mięśni. Jest to również związane z funkcjami takimi jak sen lub relaks.

Poprawia funkcjonowanie układu pokarmowego

Glutaminian może być wchłaniany z pożywienia, ten neuroprzekaźnik jest głównym źródłem energii komórek układu pokarmowego, a także ważnym substratem do syntezy aminokwasów w tej części ciała.

Glutaminian obecny w żywności powoduje kilka zasadniczych reakcji w całym organizmie. Na przykład aktywuje nerw błędny w taki sposób, że wspomaga produkcję serotoniny w układzie pokarmowym. Wspomaga to ruchy jelit, a także zwiększa temperaturę ciała i produkcję energii.

Niektóre badania pokazują, że stosowanie doustnych suplementów glutaminianu może poprawić trawienie u pacjentów z problemami w tym zakresie. Ponadto substancja ta może również chronić ścianę żołądka przed szkodliwym działaniem na nią niektórych leków.

Reguluje cykl apetytu i sytości

Chociaż nie wiemy dokładnie, jak ten efekt występuje, glutaminian ma bardzo ważny wpływ regulacyjny na obwód apetytu i sytość.

Dlatego ich obecność w żywności sprawia, że ​​czujemy się bardziej głodni i chcemy jeść więcej; ale powoduje to również, że czujemy się bardziej nasyceni po przyjęciu.

Poprawia układ odpornościowy

Niektóre komórki układu odpornościowego mają również receptory glutaminianu; na przykład komórki T, komórki B, makrofagi i komórki dendrytyczne. Sugeruje to, że ten neuroprzekaźnik odgrywa ważną rolę zarówno we wrodzonym, jak i adaptacyjnym układzie odpornościowym.

Niektóre badania wykorzystujące tę substancję jako lek wykazały, że może ona mieć bardzo korzystny wpływ na choroby, takie jak nowotwory lub infekcje bakteryjne. Ponadto wydaje się, że chroni również w pewnym stopniu przed zaburzeniami neurodegeneracyjnymi, takimi jak choroba Alzheimera.

Poprawia funkcjonowanie mięśni i kości

Obecnie wiemy, że glutaminian odgrywa zasadniczą rolę we wzroście i rozwoju kości, a także w utrzymaniu ich zdrowia.

Substancja ta zapobiega pojawieniu się komórek, które niszczą kości, takich jak osteoklasty; i może być stosowany do leczenia chorób takich jak osteoporoza u ludzi.

Z drugiej strony wiemy również, że glutaminian odgrywa podstawową rolę w funkcjonowaniu mięśni. Na przykład podczas ćwiczeń ten neuroprzekaźnik jest odpowiedzialny za dostarczanie energii do włókien mięśniowych i wytwarzanie glutationu.

Może zwiększyć długowieczność

Wreszcie, niektóre ostatnie badania sugerują, że glutaminian może mieć bardzo korzystny wpływ na proces starzenia się komórek. Chociaż nie zostały jeszcze przetestowane na ludziach, doświadczenia na zwierzętach pokazują, że wzrost tej substancji w diecie może zmniejszyć wskaźniki śmiertelności.

Uważa się, że efekt ten wynika z opóźnienia glutaminianu wystąpienia objawów starzenia się komórek, co jest jedną z głównych przyczyn śmierci związanej z wiekiem.

Niebezpieczeństwa

Kiedy naturalne poziomy glutaminianu zmieniają się w mózgu lub w organizmie, można cierpieć na różnego rodzaju problemy. Dzieje się tak bez względu na to, czy w organizmie jest mniej substancji niż potrzebujemy, czy też poziomy są podwyższone w przesadny sposób.

Tak więc, na przykład, zmiana poziomów glutaminianu w organizmie jest związana z zaburzeniami psychicznymi, takimi jak depresja, lęk i schizofrenia. Ponadto wydaje się, że jest on również związany z autyzmem, chorobą Alzheimera i wszystkimi rodzajami chorób neurodegeneracyjnych.

Z drugiej strony, na poziomie fizycznym wydaje się, że nadmiar tej substancji byłby związany z problemami, takimi jak otyłość, rak, cukrzyca lub stwardnienie zanikowe boczne. Może to również mieć bardzo szkodliwy wpływ na zdrowie niektórych składników ciała, takich jak mięśnie i kości.

Wszystkie te niebezpieczeństwa wiązałyby się z jednej strony z nadmiarem czystego glutaminianu w diecie (w postaci glutaminianu monosodowego, który wydaje się być w stanie przekroczyć barierę krew-mózg). Ponadto musiałyby one mieć do czynienia z nadmiarem porowatości w tej samej barierze.

Wniosek

Glutaminian jest jedną z najważniejszych substancji wytwarzanych przez nasz organizm i odgrywa podstawową rolę we wszystkich rodzajach funkcji i procesów. E

W tym artykule dowiedziałeś się, jak to działa i jakie są jego główne zalety; ale także niebezpieczeństwa, które ma w naszym organizmie, gdy znajduje się w zbyt dużych ilościach.