Kwas glutaminowy - aminokwas kontrolujący psychikę i umysł

Kwas glutaminowy jest aminokwasem budującym białka wchodzące w skład naszego ciała. Jednocześnie jest on najważniejszym neuroprzekaźnikiem pobudzającym w układzie nerwowym. Od jego aktywności zależą procesy uczenia się i zapamiętywana. Jednocześnie jego zbyt wysokie stężenie zabija komórki nerwowe. Jaką jeszcze rolę w organizmie pełni kwas glutaminowy?

Spis treści

1. Kwas glutaminowy jako aminokwas
2. Kwas glutaminowy jako neuroprzekaźnik
3. Równowaga pomiędzy glutaminianem, a kwasem gamma aminomasłowym
4. Depresja a aktywność kwasu glutaminowego
5. Kwas glutaminowy a schizofrenia
6. Kwas glutaminowy a choroba Alzheimera
7. Znaczenie kwasu glutaminowego dla przyszłości medycyny

Kwas glutaminowy w organizmie występuje zazwyczaj w formie anionu nazywanego glutaminianem. Związek ten jest aminokwasem, czyli podstawową organiczną cegiełką z której zbudowane są białka. Jednocześnie jest jednym z najważniejszych neuroprzekaźników. Pod tym określeniem kryją się substancje uczestniczące w przekazywaniu informacji między komórkami nerwowymi. Substancję tę uważa się za najważniejszy związek uczestniczący w tworzeniu się śladu pamięciowego w mózgu. Z tego względu jej obecność jest niezbędna w procesie uczenia się i zapamiętywania wydarzeń.

Nadmierne stężenie kwasu glutaminowego w centralnym układzie nerwowym nie jest jednak korzystne. Prowadzi ono do uszkodzenia komórek nerwowych. Istnieją badania wskazujące na to, że toksyczność wysokiego poziomu glutaminianu uczestniczy w tworzeniu się uszkodzeń obszarów mózgu w trakcie choroby Alzheimera. Zmiany te prowadzą do zaburzeń procesów poznawczych.

Kwas glutaminowy jest bardzo często kojarzony z chemicznymi dodatkami do żywności. Wynika to z faktu że jego sól, czyli glutaminian sodu, jest wzmacniaczem smaku dodawanym do potraw oraz mieszanek przypraw. Jest to jedna z najpopularniejszych substancji chemicznych stosowanych w przemyśle spożywczym. Glutaminian sodu oficjalnie nie jest uznany za substancję szkodliwą w Unii Europejskiej.

Glutaminian jest składnikiem białka,w związku z czym jest powszechnym składnikiem pokarmów. Jego smak jest wyczuwalny jedynie, gdy występuje w postaci niezwiązanej w proteinę. Przykładem pokarmu zawierającego kwas glutaminowy jest sos sojowy. Wrażenie smaku które wywołuje ten związek chemiczny zostało nazwane "umami".

Kwas glutaminowy jako aminokwas

Glutaminian z punktu widzenia chemicznego jest aminokwasem. Nazwa ta oznacza, że posiada on w swojej strukturze grupę kwasu karboksylowego oraz aminową, ustawione przy jednym atomie węgla. Aminokwasy połączone ze sobą wiązaniami chemicznymi, ustawione w długi łańcuch, tworzą wszystkie istniejące białka.

Kwas glutaminowy jest aminokwasem endogennym, czyli takim który może być syntezowany przez nasz organizm. Jego źródłem oczywiście mogą być białka dostarczane z pokarmem. Wszystkie mięsa, drób, ryby, jaja oraz nabiał są doskonałymi źródłami kwasu glutaminowego. Niektóre bogate w białko pokarmy roślinne również mogą być jego źródłem. Przykładowo gluten, będący głównym białkiem pszenicy, zawiera od 30% do 35% kwasu glutaminowego.

Czytaj też: Weganizm a zdrowie: jak dieta roślinna wpływa na organizm?

Kwas glutaminowy jako neuroprzekaźnik

Glutaminian, oprócz tego, że uczestniczy w tworzeniu białek, pełni również rolę neuroprzekaźnika. Oznacza to że jest substancją uwalnianą do szczeliny między dwiema komórkami nerwowymi. Przedostanie się cząsteczek glutaminianu z jednej komórki nerwowej, do receptorów znajdujących się na drugiej, wywołuje pobudzenie. Receptory to wyspecjalizowane struktury białkowe, które rozpoznają określony neuroprzekaźnik.

Kwas glutaminowy, wykorzystywany jako neuroprzekaźnik, produkowany jest bezpośrednio przez neurony glutaminergiczne. Stanowią one dominującą część komórek nerwowych występujących w mózgu. W związku z tym zaburzenie przekaźnictwa związanego z kwasem glutaminowym ma bardzo poważne konsekwencje. Prowadzi ono do chorób neurologicznych oraz zaburzeń psychicznych.

Kwas glutaminowy jest przechowywany w specjalnych pęcherzykach, które znajdują się w synapsach, czyli w łączących się ze sobą zakończeniach komórek nerwowych. Impulsy nerwowe wyzwalają uwalnianie glutaminianu do szczeliny synaptycznej, co ostatecznie wywołuje pobudzenie kolejnego neuronu. Za odbieranie informacji niesionej przez ten neuroprzekaźnik, odpowiedzialne są receptory glutaminianowe, takie jak receptor NMDA czy AMPA. Połączenie się cząsteczki kwasu glutaminowego z receptorem wywołuje jego aktywację, a co za tym idzie, przesłanie impulsu nerwowego dalej.

Glutaminian jest najczęściej występującym neuroprzekaźnikiem pobudzającym w układzie nerwowym kręgowców, w tym również ludzi. Bierze on udział w funkcjach poznawczych w mózgu, takich jak uczenie się i zapamiętywanie. Jest obecny w synapsach glutaminergicznych w hipokampie, korze nowej oraz innych częściach mózgu.

Równowaga pomiędzy glutaminianem, a kwasem gamma aminomasłowym

Kwas glutaminowy, jako główny neuroprzekaźnik pobudzający, w fizjologicznych warunkach występuje w równowadze z głównym neurotransmiterem hamującym, czyli kwasem gamma aminomasłowym (GABA). Odpowiedni stosunek wzajemny tych substancji decyduje o prawidłowym funkcjonowaniu układu nerwowego.

W przypadku stanów chorobowych zazwyczaj będziemy mówić o przewadze przekaźnictwa związanego z glutaminianem nad GABA. Takie zachwianie równowagi prowadzi do stanów psychotycznych. Istnieją teorie wiążące nadaktywność receptorów kwasu glutaminowego ze schizofrenią. Z tego względu trwają poszukiwania leków psychotropowych hamujących układ glutaminergiczny.

Naukowcy z nadaktywnością lub obniżeniem aktywności neuroprzekaźnictwa glutaminianu wiążą się następujące zaburzenia:

• stany lękowe
• depresja
• schizofrenia
• choroby neurodegeneracyjne
• choroba afektywna dwubiegunowa

Depresja a aktywność kwasu glutaminowego

Naukowcy oraz lekarze nie są pewni roli układu glutaminergicznego w przebiegu depresji. Część prac badawczych sugeruje wzrost aktywności tego neuroprzekaźnika w trakcie tej choroby. Inne wykazują że dochodzi do zahamowania przekaźnictwa glutaminianu.

W badaniach wykazano, że stosowanie leków blokujących aktywność glutaminianu wywołuje krótko trwający efekt antydepresyjny. Przykładem takiego leku jest ketamina, będąca środkiem wykorzystywanym do znieczuleń w chirurgii i weterynarii.

Efekt poprawy samopoczucia występuje również w przypadku choroby afektywnej dwubiegunowej po podaniu leków z tej grupy.

Lek o nazwie riluzol posiada zdolność obniżania stopnia uwalniania kwasu glutaminowego z neuronów. Hamuje w ten sposób przekaźnictwo glutaminergiczne. Badania wykazały że lek ten działa na tej drodze przeciwdepresyjnie u pacjentów z tym zaburzeniem.

Wymienione testy dotyczące leków hamujących układ glutaminergiczny sugerują silne powiązanie pomiędzy jego nadaktywnością a objawami depresyjnymi. Dalsze badania w tym zakresie mogą wyznaczyć nowy kierunek w terapii depresji oraz choroby afektywnej dwubiegunowej.

Kwas glutaminowy a schizofrenia

Istnieje hipoteza genezy schizofrenii związanej z zaburzeniami aktywności glutaminianu. Teoria początkowo opierała się na zestawie wyników badań klinicznych oraz neuropatologicznych wskazujących na niedoczynność przekazywania sygnałów glutaminergicznych przez receptory NMDA. W późniejszych latach pojawiły się również dane z zakresu genetyki popierające tą tezę.

Z obecnej wiedzy wynika jednak, że w zaburzeniu tym występują zarówno nieprawidłowości glutaminergiczne, jak i dopaminergiczne. Stanowią one część złożonego układu czynników neurochemicznych, psychologicznych, psychospołecznych oraz wynikających ze struktury mózgu, które razem odpowiadają za schizofrenię.

Kwas glutaminowy a choroba Alzheimera

Liczne badania wykazały powiązanie pomiędzy nerotoksycznością wysokich stężeń glutaminianu, a zmianami demencyjnymi w przebiegu choroby Alzheimera. Uszkodzenia te wynikają z wpływu nadmiernej aktywacji receptorów przez ten neuroprzekaźnik. W jej wyniku dochodzi do obrzęku i uszkodzenia komórek nerwowych.

W celu zmniejszenia objawów choroby Alzheimera podaje się memantadynę. Lek ten blokuje receptory dla glutaminianu. Ostatecznie pobudzenie przez ten neuroprzekaźnik zostaje zmniejszone, co prowadzi do zahamowania procesów neurodegeneracyjnych.

Znaczenie kwasu glutaminowego dla przyszłości medycyny

Obecnie jesteśmy na etapie odkrywania znaczenia układu glutaminergicznego. Dogłębne poznanie rządzących nim mechanizmów daje nadzieję na stworzenie leków skutecznych w terapii zaburzeń psychicznych i neurologicznych.

Badania nad kwasem glutaminowym aktywnym w ludzkim mózgu, są również szansą na zrozumienie jak działa ludzka pamięć. 

O autorze

mgr farmacji Sara Janowska

Doktorantka interdyscyplinarnych studiów doktoranckich z zakresu nauk farmaceutycznych i biomedycznych realizowanych na Uniwersytecie Medycznym w Lublinie oraz Instytucie Biotechnologii w Białymstoku.Absolwentka studiów farmaceutycznych na Uniwersytecie Medycznym w Lublinie ze specjalizacją Lek Roślinny. Uzyskała tytuł magistra broniąc pracy z dziedziny botaniki farmaceutycznej na temat właściwości antyoksydacyjnych ekstraktów pozyskanych z dwudziestu gatunków mchów. Obecnie w pracy naukowej zajmuje się syntezą nowych substancji przeciwnowotworowych oraz badaniem ich właściwości na liniach komórek nowotworowych. Przez dwa lata pracowała jako magister farmacji w aptece otwartej.

Przeczytaj więcej artykułów tej autorki

mgr farmacji Sara Janowska