De functie van glutamaat en de effecten ervan op het zenuwstelsel en het lichaam.

Weet u hoe het informatieoverdrachtsproces werkt op het niveau van het zenuwstelsel? Wist je dat glutamaat een belangrijke rol speelt in het proces?

Misschien denk je op dit punt aan de beroemde "umami", of vijfde gastronomische smaak, en gedeeltelijk heeft het een verband met het onderwerp (maar dit zullen we later definiëren), maar het glutamaat waar we het in wezen over hebben, is een aminozuur dat wordt gesynthetiseerd op het niveau van neuronale structuren.

Het zenuwstelsel coördineert via meerdere gespecialiseerde structuren de reactiefuncties van het lichaam op verstoringen of stimuli, dit betekent dat, voordat een stimulus wordt gedetecteerd door onze receptororganen, ons team van zenuwcellen in werking wordt gesteld, zodat deze informatie bij de centrale aankomt. zenuwstelsel, waar een reactie wordt geproduceerd die wordt uitgezonden door hetzelfde medium (reflexboog).

Nu goed Welke rol speelt glutamaat hierbij? Welnu, het komt voor dat tijdens dit uitwisselingsproces van informatie-stimulus een informatienetwerk wordt gecreëerd, waarin neuronen een fundamenteel element zijn in deze verandering. Synaps! Het proces waarin twee structuren met elkaar in contact komen om de uitwisseling uit te voeren, is dus populair geworden, en het is op dit punt waar de substanties van de aard van deze component, dat wil zeggen neurotransmitters, een belangrijke plaats innemen, omdat dankzij hen garanderen die verbinding tussen neuronen.

Neurale uitwisseling en glutamaten

Om dit in perspectief te plaatsen: herinner je je die keer dat je per ongeluk op je teen stapte of een heet oppervlak aanraakte? Je reactie was direct: je trok je hand, of het getroffen lichaamsdeel, weg om jezelf te beschermen. Je zei waarschijnlijk: "Ik deed het zonder erbij na te denken," maar dat is niet helemaal waar, want Achter uw antwoord zat een complex neuraal proces. waardoor je hersenen een reactie konden ontwerpen die specifiek op die prikkel was afgestemd.

De centrale as van het zenuwstelsel is de hersenen; het is de plek waar alle gedachten en waarnemingen worden verwerkt en reacties worden gevormd. Echter, De hersenstructuur is niet gespecialiseerd in het direct ontvangen van externe signalen.Daarom zijn er cellulaire structuren verbonden aan dit systeem, neuronen genaamd, die verantwoordelijk zijn voor het overbrengen van die informatie van de bron waar deze wordt verzameld naar de structuren van het centrale zenuwstelsel, die verantwoordelijk zijn voor het ontwerpen van reacties op basis van de ontvangen stimulus.

Neuronen hebben een karakteristieke structuur, bestaande uit een celkern die zich bevindt in een structuur die "somaZe hebben ook een soort langwerpige cilinder, een axon of "neuronlichaam", die de zenuwuiteinden met de celkern verbindt, en kortere uitlopers die dendrieten worden genoemd. In deze cel vindt de glutamaatsynthese plaats.De cel produceert dit aminozuur, omdat het nodig is om contact te kunnen maken met andere neuronen (synapsen). Het is dit bestanddeel dat, door zijn functies als stimulator en neurotransmitter, de ontwikkeling mogelijk maakt van de bekende reflexboog, die niets anders is dan het stimulus-responscircuit.

In de hersenen van zoogdieren is glutamaat aanwezig. bemiddelt de meeste exciterende synapsen van het centrale zenuwstelsel. Naar schatting is het aanwezig in ongeveer 80-90% van de synapsen in de hersenen, waardoor het de belangrijkste bemiddelaar is van sensorische, motorische, cognitieve en emotionele informatie. Bovendien speelt het een sleutelrol in de vorming, consolidatie en het herstel van geheugen, in leerprocessen en in wat neuroplasticiteit wordt genoemd, dat wil zeggen het vermogen van de hersenen om zich aan te passen en te reorganiseren.

Een ander essentieel aspect is dat glutamaat directe voorloper van GABA Gamma-aminoboterzuur (GABA) is de belangrijkste remmende neurotransmitter van het centrale zenuwstelsel. Dit molecuul genereert dus zowel stimulerende als remmende signalen, waardoor het delicate evenwicht tussen neuronale activering en remming behouden blijft dat essentieel is voor een gezonde hersenfunctie.

Component aard

Is een niet-essentieel aminozuurDit betekent dat het lichaam het zelf kan aanmaken. Op neuronniveau wordt het voornamelijk gevormd in het metabolisme van de presynaptische zenuwcel. Het begint allemaal met glutamine, een amide dat in overvloed in het lichaam voorkomt, met name in spieren, maar ook in het zenuwstelsel. Bij deze reactie wordt een tussenproduct, glutaminase genaamd, gevormd, waarna het neuron uiteindelijk glutamaat produceert, een aminozuur dat nodig is voor de overdracht van prikkels en reacties. Dit bestanddeel wordt door het postsynaptische neuron opgenomen. specifieke receptoren die zich aangetrokken voelen tot glutamaat.

Vanuit een algemeen metabolisch oogpunt kan glutamaat ook afkomstig zijn van alfa-ketoglutaraatAlfa-ketoglutaraat, een tussenproduct van de Krebs-cyclus (of tricarbonzuurcyclus), ontvangt een aminogroep via transaminatiereacties en wordt omgezet in glutamaat. Deze directe link tussen de cellulaire energiecyclus en de glutamaatsynthese maakt dit aminozuur tot een centrale component in de verbinding tussen metabolisme en neurotransmissie.

Proces in de gliacel: Als laatste stap in een cyclus die begint met het hierboven beschreven proces, vindt een tweede reactie plaats die de cyclus sluit. Dit gebeurt door de diffusie van dit neurotransmitter-aminozuur naar de gliacellen (met name astrocyten) rond de synapsen en het centrale kanaal van het ruggenmerg. Binnen deze structuur vindt de omgekeerde reactie plaats, wat resulteert in de productie van de neurotransmitter. glutaminedie vervolgens weer wordt opgevangen door presynaptische neuronen om een ​​nieuw proces te initiëren. Deze constante samenwerking tussen neuronen en astrocyten staat bekend als glutamaat-glutaminecyclus en vertegenwoordigt tot wel 40% van de totale recycling van glutamaat dat in de hersenen vrijkomt.

Het beschreven proces is continu en vindt plaats in milliseconden, aangezien de ontwikkeling van de reflexboog en de overige cognitieve functies een constant en essentieel proces is voor het behoud van het welzijn van de mens.

Glutamaatreceptoren en exciterende synapsen

Om zijn functies te kunnen vervullen, heeft glutamaat het volgende nodig: om zich te binden aan specifieke receptoren Deze receptoren bevinden zich voornamelijk op het membraan van postsynaptische neuronen. Het zijn gespecialiseerde eiwitten die, na herkenning van de neurotransmitter, een reeks elektrische en chemische veranderingen in gang zetten in de cel die het signaal ontvangt.

In het algemeen kunnen twee hoofdgroepen receptoren worden onderscheiden:

• Ionotrope receptorenZe fungeren als ionkanalen die opengaan wanneer glutamaat zich bindt, waardoor ionen (voornamelijk natrium, calcium en kalium) kunnen passeren. Ze genereren snelle en directe reacties op de elektrische potentiaal van het neuron.
• Metabotrope receptorenZe zijn gekoppeld aan G-proteïnen en activeren intracellulaire secundaire boodschappers. Hun effect is trager, maar moduleert de neuronale prikkelbaarheid en plasticiteit op een diepgaande manier.

Binnen de ionotrope glutamaterge receptoren onderscheiden zich drie belangrijke subtypes:

• NMDA-receptor: uiterst belangrijk voor de synaptische plasticiteit en geheugen. Het is zeer permeabel voor calcium, maar vereist zowel glutamaatbinding als voorafgaande membraandepolarisatie om te activeren, en fungeert dus als een "matchdetector"tussen presynaptische en postsynaptische activiteit."
• AMPA-ontvangerHet wordt zeer snel geactiveerd bij de afgifte van glutamaat en maakt voornamelijk de doorgang van natrium mogelijk. Het is hoofdzakelijk verantwoordelijk voor de snelle exciterende potentialen in de meeste glutamaterge synapsen.
• Kainato-ontvangerHet komt minder vaak voor, maar speelt een modulerende rol in zowel exciterende als inhiberende synapsen. Het is ook betrokken bij de regulatie van de prikkelbaarheid van specifieke neuronale netwerken.

AMPA- en NMDA-receptoren ze werken op een gecoördineerde manierWanneer een zenuwimpuls aankomt, laten presynaptische blaasjes glutamaat vrij in de synaptische spleet. Eerst worden AMPA-receptoren geactiveerd, wat een snelle en krachtige, maar kortstondige depolarisatie veroorzaakt. Als deze depolarisatie voldoende is, wordt de magnesiumblokkade opgeheven die normaal gesproken het NMDA-receptorkanaal blokkeert, waardoor deze geactiveerd kan worden. De NMDA-receptor laat vervolgens calcium binnen, wat intracellulaire mechanismen in gang zet die de synaps, de cellulaire basis van de neurotransmitter, versterken of verzwakken. leren en geheugen.

De sterkte en het aantal van deze receptoren zijn niet statisch. Factoren zoals chronische stressHet type omgevingsstimulatie of patronen van elektrische activiteit kunnen afbraakprocessen of de inbouw van nieuwe AMPA- en NMDA-subeenheden in het membraan teweegbrengen. Zo kan langdurige blootstelling aan stressoren (piekeren, constant oordelen, hoge emotionele belasting) hormonale routes activeren die de afbraak van bepaalde subeenheden (zoals GluR1 of NR1) via het ubiquitine-proteasoomsysteem bevorderen. Dit vermindert de glutamaterge transmissie in belangrijke gebieden zoals de prefrontale cortex en beïnvloedt het werkgeheugen en de cognitieve flexibiliteit.

Glutamaat, synaptische plasticiteit, geheugen en leren

Glutamaat is een van de belangrijkste neurotransmitters in de hersenen en speelt een fundamentele rol in de geheugen en lerenDe functie ervan is niet beperkt tot het overbrengen van impulsen: het doet ook wijzigt de sterkte van de verbindingen Tussen neuronen vindt een proces plaats dat bekend staat als synaptische plasticiteit.

Er zijn twee belangrijke vormen van plasticiteit die verband houden met glutamaat:

• Langetermijnpotentiatie (LTP)Langdurige potentiëring (LTP) is een aanhoudende toename van de effectiviteit van een synaps na herhaalde hoogfrequente stimulatie. Het is grotendeels afhankelijk van de activering van NMDA-receptoren en de instroom van calcium in het postsynaptische neuron. Dit calcium activeert signaalcascades die de synaps versterken, bijvoorbeeld door meer AMPA-receptoren in het membraan te plaatsen. LTP wordt beschouwd als een van de cellulaire basismechanismen van de vorming van nieuwe herinneringen.
• Langdurige depressie (LTD)Dit is het tegenovergestelde proces, waarbij de synaptische effectiviteit afneemt na bepaalde patronen van herhaalde of langdurige stimulatie. Het betreft meestal aanhoudende activering van metabotrope glutamaatreceptoren of specifieke patronen van NMDA-activering. LTD maakt dit mogelijk. Verbindingen verwijderen of aanpassen, essentieel om systeemverzadiging te voorkomen en flexibel leren mogelijk te maken.

Tijdens het leerproces activeert de afgifte van glutamaat bij specifieke synapsen deze LTP- en LTD-mechanismen, waardoor sommige verbindingen worden versterkt en andere worden verzwakt. Op deze manier verandert de hersenen codeert, bewaart en reorganiseert informatie Gebaseerd op ervaring. De juiste balans in glutamaatniveaus en in de respons van de receptoren is essentieel voor het correct functioneren van deze processen.

Een onevenwicht in het glutamaterge systeem kan geheugen- en leerproblemen veroorzaken. Zowel een teveel (leidend tot overprikkeling en neuronale schade) als een tekort (verminderde plasticiteit) kan cognitieve problemen veroorzaken. Veranderingen in de glutamaatsignalering zijn zelfs in verband gebracht met diverse aandoeningen. neurologische ontwikkelingsstoornissenSchizofrenie, stemmingsstoornissen, cognitieve stoornissen en neurodegeneratieve ziekten.

Functies van glutamaat in het lichaam

Glutamaat staat bekend om zijn betrokkenheid bij neuronale processen op het niveau van het zenuwstelsel; het bepaalt echter ook de synthese van andere componenten en neemt deel aan diverse metabolische functies.

• Eiwitvorming: Door zijn deelname aan diverse metabolische processen fungeert het als voorloper bij de vorming van verbindingenmet name die van eiwitachtige aard. Het koolstofskelet van glutamaat kan worden omgezet in alfa-ketoglutaraat en worden opgenomen in de Krebs-cyclus, terwijl de aminogroep ervan wordt overgedragen aan andere skeletten om verschillende aminozuren te vormen.
• Neurotransmitter: Dit vormt de meest relevante rol, aangezien het een primaire rol speelt in communicatieprocessen tussen neuronenwaarbij het structuren induceert en prikkelt die de overdracht van stimuli en impulsen vergemakkelijken.

Neuronen geven het gesynthetiseerde glutamaat af via hun metabolisme, en dit werkt als een chemische boodschapper en wordt opgevangen door specifieke structuren die eiwitreceptoren worden genoemd.

• Gerelateerde eiwitreceptoren: N-methyl-D-aspartaat (NMDA), AMPA, kainaat en de zogenaamde metabotrope receptoren. Hoewel het mogelijk is dat informatie-uitwisseling tussen neuronen plaatsvindt via de directe verbinding van het axon van het ene neuron met de dendrieten van een ander (elektrische synaps), Meestal is de werking van stimulerende chemische stoffen vereist. zoals glutamaat om een ​​fijne en moduleerbare transmissie te garanderen.

Naast zijn rol in het centrale zenuwstelsel vervult glutamaat ook belangrijke functies in andere weefsels:

• darmenHet is een belangrijke energiebron voor enterocyten (cellen van het darmepitheel). Daar wordt het gebruikt in transaminatie- en oxidatiereacties om ATP en aminozuren zoals alanine, aspartaat, proline, ornithine en citrulline te produceren.
• leverHet speelt een rol in het stikstofmetabolisme, de synthese van andere aminozuren en de ureumcyclus. Het is essentieel voor de productie van... N-acetylglutamaateen essentiële activator van de ureumcyclus.
• Antioxidantsysteem: is een voorloper van glutathion, een van de belangrijkste cellulaire antioxidanten, die beschermt tegen oxidatieve stress en reactieve zuurstof- en stikstofverbindingen.

Mononatriumglutamaat en de umami-smaak

In het concept dat de meeste mensen gebruiken, denken we bij "glutamaat" meestal aan... mononatriumglutamaat (MSG), het zout dat ontstaat door de reactie van het aminozuurmolecuul met de anorganische verbinding natrium.

Dit onderdeel Het is wijdverspreid geraakt onder de namen umami of ajinomoto., en behaalt meerdere toepassingen in de voedingsindustrie:

Aziatisch eten: De toevoeging van umami, de vijfde smaak ter wereld, maakt de bereiding van talloze recepten mogelijk. Het is van nature aanwezig in basisproducten van deze culinaire cultuur, zoals zeewier (230 tot 3380 mg) en sojasaus (450 tot 700 mg). Deze voedingsmiddelen zijn rijk aan vrij L-glutamaat en nucleotiden zoals inosinaat en guanylaat, die het umami-signaal versterken door in te werken op dezelfde receptoren.

Umami Het werd omschreven als een gerecht met een "erg lekkere" smaak.Dit zorgt voor aangename smaaksensaties. Het was wetenschapper Kikunae Ikeda, werkzaam aan de Universiteit van Tokio, die deze sensatie, veroorzaakt door kombu-zeewierbouillon, in verband bracht met mononatriumglutamaat (MSG). Het gebruik van MSG in voedsel genereert een intense sensatie die moeilijk in woorden te beschrijven is en die in veel gevallen zeer aantrekkelijk is, wat kan leiden tot overmatig gebruik als de toegevoegde hoeveelheid niet in de gaten wordt gehouden.

Onbewerkte voedingsmiddelen: Mononatriumglutamaat (MSG) komt van nature voor in voedingsmiddelen, hoewel het geen hoofdingrediënt is bij de bereiding ervan. Hieronder volgen enkele voorbeelden van deze voedingsmiddelen met hun geschatte gehalte aan vrij glutamaat:

• Tomaat (140-250 mg)
• Aardappelen (30-180 mg)
• Ham (340 mg)
• Groene thee (200-650 mg)
• Kaas: Parmezaanse kaas (1150 mg), cheddar (180 mg), roquefort (1200 mg).

Zelfs de moedermelk Het bevat aanzienlijke hoeveelheden vrij glutamaat, waarvan de concentratie toeneemt naarmate de borstvoeding vordert. Dit suggereert dat glutamaat niet alleen bijdraagt ​​aan de aangename smaak van melk, maar ook energetische en immunologische functies vervult in de darmen van de baby.

Pillen: Tabletten van 500 mg met dit bestanddeel waren een tijdlang populair op de markt voor vrij verkrijgbare medicijnen. Ze werden aangeprezen als "voeding voor de hersenen" en aangeboden als een product dat hersenprocessen zou activeren en stimuleren. Hoewel het waar is dat glutamaat cruciaal is voor de neuronale functie, Inname van supplementen dient met de nodige voorzichtigheid te gebeuren.Het lichaam reguleert de glutamaatspiegel in het bloed en met name in de hersenen zeer nauwkeurig, en het verstoren van dit evenwicht kan averechts werken.

Wat voedselveiligheid betreft, hebben verschillende internationale commissies het gebruik van MSG als additief geëvalueerd. Organisaties zoals de JECFA-extensie (het gezamenlijke FAO/WHO-expertcomité voor voedseladditieven) en regelgevende instanties in verschillende regio's hebben het geclassificeerd als ingrediënt dat algemeen als veilig wordt beschouwd (GRAS) Bij gebruik volgens de goede productiepraktijken betekent dit dat het bij normale dagelijkse inname geen bekend risico vormt voor de algemene bevolking.

Glutamaat, excitotoxiciteit en neurologische aandoeningen

Hoewel glutamaat essentieel is voor een normale hersenfunctie, Langdurig overmatig gebruik kan giftig zijn. voor neuronen. Dit fenomeen staat bekend als excitotoxiciteitDit gebeurt wanneer er een massale of aanhoudende afgifte van glutamaat plaatsvindt, of wanneer het heropnamesysteem door neuronen en astrocyten faalt, waardoor de receptoren (met name NMDA) continu geactiveerd blijven en er een overmatige instroom van calcium in de cellen plaatsvindt.

De toename van intracellulair calcium zet een reeks schadelijke gebeurtenissen in gang: activering van enzymen die eiwitten en lipiden afbreken, overmatige productie van vrije radicalen, veranderingen in de mitochondriën en uiteindelijk... neuronale doodDeze excitotoxiciteit is in verband gebracht met diverse pathologieën:

• Beroerte en ischemieTijdens een beroerte of hartstilstand zorgt het zuurstofgebrek ervoor dat neuronen in een permanente depolarisatietoestand blijven, waardoor grote hoeveelheden glutamaat vrijkomen. De aanhoudende activering van NMDA-receptoren en de massale instroom van calcium dragen bij aan de dood van neuronen in de getroffen gebieden.
• epilepsieEpileptische aanvallen worden gekenmerkt door massale, gesynchroniseerde ontladingen van exciterende neuronen. Hyperactiviteit van het glutamaterge systeem, met name via AMPA-receptoren en, naarmate de ziekte vordert, ook via NMDA-receptoren, blijkt het ontstaan ​​en het voortbestaan ​​van epileptische ontladingen te bevorderen.
• Neurodegeneratieve ziektenAandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer, de ziekte van Huntington en sommige vormen van amyotrofische laterale sclerose (ALS) worden geassocieerd met een overmatige afgifte van glutamaat of een verminderde heropname ervan. Dit overschot draagt ​​bij aan de progressieve degeneratie van neuronen. Geneesmiddelen die de afgifte of werking van glutamaat moduleren (zoals riluzol bij ALS of NMDA-receptormodulatoren bij andere ziekten) worden dan ook gebruikt om de progressie van de schade te vertragen.
• Traumatisch hersenletselBij hoofdletsel of ruggenmergletsel veroorzaakt het scheuren van neuronen en synapsen een plotselinge afgifte van glutamaat in de extracellulaire ruimte, wat een cascade-effect teweegbrengt: naburige neuronen raken ook beschadigd en geven hun glutamaat af, waardoor het beschadigde gebied wordt versterkt.

Ook de rol van glutamaterge signalering wordt onderzocht in autismespectrumstoornissenwaarbij een onevenwicht tussen excitatie (glutamaat) en inhibitie (GABA) is voorgesteld in gebieden zoals de prefrontale cortex en in diverse angststoornissenwaarbij associatief leren van angst en het uitdoven ervan baat zou kunnen hebben bij therapieën die de glutamaterge activiteit in specifieke circuits moduleren.

Chinees restaurantsyndroom: Sommige auteurs hebben deze term gebruikt om een ​​reeks symptomen te beschrijven (duizeligheid, misselijkheid, pijn op de borst, astma, zwakte) die worden toegeschreven aan de hoge consumptie van voedsel dat sterk gekruid is met mononatriumglutamaat. Er is gesuggereerd dat bij bijzonder gevoelige personen of personen met een neurologische aanleg acute overstimulatie van het glutamaterge systeem zou kunnen bijdragen aan tijdelijk ongemak, hoewel systematische wetenschappelijke onderzoeken geen direct causaal verband hebben bevestigd bij het grootste deel van de bevolking. Wat echter wel duidelijk is, is dat elke chronische verandering die het glutamaterge systeem overactief houdt kan de uitputting en beschadiging van neuronen bevorderen.

• Duizeligheid.
• Misselijkheid.
• Pijn op de borst.
• Asma.
• Epileptische aanvallen (in het geval van gevoelige patiënten of met neurologische aanleg).

Glutamaat-GABA-evenwicht en homeostatische regulatie

In het centrale zenuwstelsel gebruiken de meeste exciterende neuronen glutamaat, terwijl de meeste remmende neuronen GABA gebruiken. Het evenwicht tussen beide populaties Het bepaalt de algehele toon van de hersenactiviteit. Als glutamaterge excitatie te veel overheerst, kunnen hyperexcitabiliteit, angst, epileptische aanvallen of neuronale schade optreden; als GABAerge inhibitie te veel overheerst, kunnen cognitieve vertraging, intense slaperigheid of problemen met reageren op prikkels optreden.

GABA wordt rechtstreeks uit glutamaat gesynthetiseerd door het enzym glutaminezuurdecarboxylase (GAD)GABAerge neuronen zijn daarom afhankelijk van een adequate aanvoer van glutamaat en glutamine om hun functie te behouden. Astrocyten reguleren op hun beurt het extracellulaire glutamaatniveau, waardoor excitotoxiciteit wordt voorkomen en glutamine wordt geleverd voor de resynthese van zowel glutamaat als GABA.

Fysiologische mechanismen zoals vagale tonusHartslagvariabiliteit en een adequate stressrespons dragen bij aan de stabilisatie van glutamaterge signalering. Ademhalingstraining op resonantiefrequenties (rond 0,1 Hz) en bepaalde biofeedbacktechnieken blijken de autonome homeostase te verbeteren en indirect ook de autonome homeostase. de effecten van gedragsmatige stress verminderen op de glutamaterge synaptische architectuur, wat een gezondere plasticiteit bevordert.

Over het algemeen is glutamaat geconfigureerd als een molecuul met "twee kanten": aan de ene kant, Onmisbaar voor het mentale functioneren, het geheugen, het leervermogen en de umami-smaak.Aan de andere kant kan het schadelijk zijn wanneer de niveaus of de signalering ervan ontregeld raken. Een beter begrip van de werkingsmechanismen, receptoren en het metabolisme opent de deur naar de ontwikkeling van nutritionele, gedragsmatige en farmacologische strategieën om het zenuwstelsel te beschermen en de cognitieve functie te optimaliseren.