Функции глутамата и глутамина: биосинтез

Глутаминовая кислота является источником для производства в организме множества ценных соединений, необходимых нам для жизни.

Образуясь при переаминировании из аминокислот, глутамат направляет аминогруппы NH₃ на определенные биосинтетические пути, а также в реакции, посредством которых аминный азот выводится из организма.

Синтез глутамина

Присоединяя к себе дополнительную аминную группу в реакциях связывания аммиака, глутамат превращается в глутамин. Аммиак в организме есть всегда и в избытке. Это токсическое соединение образуется в ходе распада аминокислот, в т.ч. при мышечной работе, а также работе мозга, когда запасы глюкозы по каким-то причинам истощаются. Однако глутамин – это не только транспорт токсического аммиака к местам его обезвреживания и выведения, но и промежуточный продукт для последующего производства необходимых организму соединений.

Синтез аминокислот

Непосредственно из глутаминовой кислоты образуется заменимая аминокислота пролин, которая является ее циклической производной.

Соединяясь с пируватом (пировиноградной кислотой), из глутамата образуется заменимая аминокислота аланин. 

Заменимая аминокислота аспартат,  вполне может быть продуктом синтеза глутамата и оксалацетата. Далее, присоединяя еще одну аминную голову от глутамина, аспартат перекидывается в аспарагин с высвобождением глутамата.

Откуда организм берет пируват и оксалацетат? Да из глюкозы, а глюкозу мы получаем в избытке, если не вздумаем сесть на экстремальную диету.

Аргинин и гистидин – две полузаменимые для человека аминокислоты — тоже производятся при участии глутамата, но их синтез слишком сложный, и организм предпочитает их получать в готовом виде.

Синтез пуринов и пиримидинов

Глутамин необходим для образования пуриновых и пиримидиновых оснований.

Эти соединения являются составными элементами молекул ДНК и РНК, информационных матриц, кодирующих построение белков. Они имеются в ядрах всех клеток, но наибольшая потребность  проявляется у быстроделящихся: это клетки крови, желудочно-кишечного тракта, в меньшей степени  скелетной мускулатуры.

Работающая клетка постоянно производит белок. Инструкцией является молекула ДНК. Ядерная ДНК – это своего рода архив рабочей документации, который должен быть у каждой. При делении клеток архив ДНК копируется, для чего необходимы те самые пуриновые и пиримидиновые основания.

Для производства отдельной молекулы белка необходимо из цельного архива сделать рабочую выкопировку. Такой выкопировкой является молекула РНК, кроме того существуют транспортные РНК, которые подносят отдельные аминокислоты к биохимическому конвейеру в соответствии с рабочей инструкцией. Биохимический конвейер  работает с высокой интенсивностью, биоксерокс штампует рабочие копии РНК, часто с ошибками, копии тотчас разбираются и снова штампуются, тут же снуют транспортные РНК, предлагая аминокислоты для синтеза. Размножение и рост требуют огромного количества пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Аминный азот для их производства поставляют три волшебных аминокислоты: глутамат, аспартат и глицин.

Пуриновые нуклеотиды создаются при непосредственном участии глутамина,  а пиримидиновые – через образование карбамоилфосфата. Это соединение образуется в митохондриях печени, как промежуточное в реакциях обезвреживания аммиака  через утилизацию с мочевиной, а в клетках оно же выступает субстратом для синтеза пиримидинов.

Пуриновые и пиримидиновые основания – подобны бумаге для клеточного ксерокса, на которой штампуются рабочие инструкции по сборке белка. Ускоренный обмен веществ позволяет организму постоянно обновляться, а где обновление – там молодость. Если не углубляться в биохимические дебри, важно отметить четыре направления, где безостановочно работает клеточный ксерокс и где важно поддержать его работу:

• Внешняя красота: кожа постоянно слущивается, волосы и ногти растут. Это все белки, которые должны быть произведены организмом, а белковый конвейер не работает без нуклеотидных инструкций
• Работа желудочно-кишечного тракта. Клетки пищеварительного тракта обеспечивают переработку и всасывание питательных веществ, они тоже постоянно обновляются, а значит, требуется множество нуклеотидных инструкций
• Кроветворение и иммунитет. Чтобы не страдать от анемий и противостоять агрессивным вирусам и бактериям нужно обеспечить бесперебойное снабжение клеточного ксерокса инструкциями для сборки соответствующих белков
• Наращивание мышечной массы. Мускульный белок постоянно распадается и создается. Чтобы поддерживать баланс в сторону синтеза, а не распада кроме физических упражнений необходимо обеспечить организм субстратом для производства нуклеотидных инструкций.

Синтез цАМФ и цГМФ

Познакомимся с двумя братьями-пуринами, которые рождаются при непосредственном участии глутамата. Зовут их аденин и гуанидин. Кроме синтеза нуклеотидов, необходимых при производстве рабочих инструкций для сборки белка, они являются субстратом для изготовления АМФ – аденозинмонофосфата и ГМФ – гуанидинмонофосфата. АМФ и ГМФ замыкаются в колечко, образуя циклические соединения, которые так и называются циклический АМФ (цАМФ) и циклический ГМФ (цГМФ).

цАМФ и цГМФ – это вещества – регуляторы, которые сообщают клеткам важные новости, приходящие из внешней среды. Гормоны (инсулин) и регуляторные вещества (катехоламины) не проникают внутрь клетки, они воздействуют на внешние клеточные рецепторы, передавая сигнал к определенному действию. В ответ на сигнал, рецептор запускает синтез цАМФ внутри клетки, и клетка отвечает на сообщение изменением работы своего биохимического конвейера. Так организм приспосабливается к изменениям во внешней среде.

При высоких физических нагрузках организм сначала включает механизм приспособления через выработку гормонов и регуляторов, но это слишком затратный путь, потому что их производство требует много энергии и вещества. Когда физические нагрузки становятся привычными, организм начинает экономить гормоны и запуск биохимических конвейеров  осуществляет цАМФ.

цАМФ увеличивает чувствительность клеток к таким веществам, как половой гормон тестостерон, одновременно увеличивая как его выброс в кровь, так  и увеличение его концентрации в мышечной ткани, что способствует наращиванию мышечной массы.

цГМФ – работает так же, как и цАМФ, только у него другая специализация: каждый реагирует на сигнал своего регуляторного вещества. цГМФ отвечает за проведение сигнала в нервных и мышечных клетках от медиатора ацетилхолина. Ацетилхолин проводит сигнал от нервной клетки к мышечной, побуждая ее к сокращению. Внутри мышечной клетки работает цГМФ, который является своеобразным толмачом, переводя приказ мозга с одного химического языка на другой. Повышение чувствительности к ацетилхолину значительно усиливает силу и мощность мышечной ткани, мышца начинает накапливать белок, расти.

Ацетилхолин является проводником нервных сигналов в парасимпатической нервной системе. Повышение чувствительности нервных окончаний к ацетилхолину приводят к увеличению ее активности, а работой парасимпатики является усиление процессов анаболизма, т.е. задержки белка в организме и направление его на строительство тканей.

Аденозинмонофосфат – АМФ – является веществом – предшественником основной энергодающей молекулы – АТФ (аденозинтрифосфата).

Еще одно вещество-энергетик, которое является производным аденозина – это НАД (Ф), иначе говоря, никотинамид — аденин-динуклеатид, присоединяя к себе фосфорный хвост, он становится НАДФ и аккумулирует энергию, которую отдает при отщеплении хвоста. НАД переносит электроны и водород по цепочке реакций, участвуя в извлечении энергии из кислорода при дыхании.

Глутамат — мощный энергетик, ведь энергия в организме переносится в виде химических соединений, и такими соединениями как раз являются АТФ и  НАД (Ф)

Синтез витаминов

Глутамат необходим для построения молекулы витамина фолиевой кислоты, которая иначе называется птероилглутаминовая кислота. Фолиевая кислота работает везде, где идет производство белка, в первую очередь это кроветворение, она ускоряет синтез как красной, так и белой крови, т.е. борется с анемией и улучшает иммунитет. Работает фолиевая кислота в тесной связке с витамином В 12 (цианкоболамидом).

Из глутамата синтезируется еще один витамин – n-аминобензойная кислота, она же парааминобензойная кислота или сокращенно ПАБК. Эта замечательная кислота нужна для выработки пигмента – меланина, и она отвечает за окрашивание волос, радужки глаз и кожных покровов. Меланин накапливается в головном мозге, где важен для нервных процессов. Некоторые авторы считают, что ранняя седина – это проявление истощения депо меланина, который был израсходован для интенсивной нервной деятельности, когда для окрашивания волос его уже не остается.

Глутамат, как источник ПАБК позволяет решать эту проблему.

Глутамат – аминокислота, без которой не возможен рост и размножение клеток организма. Наибольшая потребность в ней – там, где идет постоянное клеточное обновление. Она участвует в процессах кроветворения, наращивания мышечной массы, работе желудочно-кишечного тракта, помогает сохранить гладкую, упругую кожу и естественный цвет волос.