Микробиологический синтез глутаминовой кислоты

Наиболее перспективным и широко используемым способом производства глутаминовой кислоты является микробиологический синтез. Впервые о возможности получения L-глутаминовой кислоты непосредственно из углеводов с помощью микроорганизмов методом глубинного культивирования сообщили в 1957 г. Японские ученые Киносита, Асаи и др.

К настоящему времени выяснено, что способностью продуцировать глутаминовую кислоту обладают некоторые расы дрожжей, микроскопические грибы, бактерии. Однако практически только бактерии могут синтезировать глутаминовую кислоту с выходом не менее 40% относительно исходного сахара или другого сырья. Поэтому промышленное значение имеют пока только бактерии, относящиеся к родам Micrococcus, Brevibacterium, Microbacterium, Corynebacterium.

Это, главным образом, палочковидные, грамположительные, неподвижные бактерии, не образующие спор. Специфической для них является обязательная потребность в биотине либо в биотине и тиамине. Сырьем для получения глутаминовой кислоты кроме углеводов могут быть также различные углеводороды, начиная от природного газа (метан, этан) и кончая н-парафинами или ароматическими соединениями (бензиловый спирт пирокатехин и пр.). Могут быть также использованы газойль, уксусная, аминомасляная, фумаровая кислоты и ряд других продуктов.

Распад аминокислоты.

Анаэробное прямое окислительное дезаминирование.

Анаэробное прямое окислительное дезаминирование существует только для глутаминовой кислоты, катализируется толькоглутаматдегидрогеназой, превращающей глутамат в α-кетоглутарат. Фермент глутаматдегидрогеназа имеется в митохондриях всех клеток организма (кроме мышечных). Этот тип дезаминирования теснейшим образом связан с трансаминированием аминокислот и формирует с ним процесстрансдезаминирования.

Реакция прямого окислительного дезаминирования
глутаминовой кислоты

Болезни, связанные с нарушением обмена глутаминовой кислоты.

Существует большое число болезней, связанных с нарушением обмена глутаминовой кислоты: анемии, глаукома, эпилепсия, Гентингтона хорея, рак поджелудочной железы, подагра, ревматоидный артрит (повышение концентраций глутаминовой кислоты), хроническая почечная недостаточность (снижение концентраций глутаминовой кислоты).Для диагностики делают анализ крови.

Глаукома

Установлено, что некоторые формы глаукомы обусловлены не столько повышением внутриглазного давления, сколько специфичным нарушением обмена глутаминовой кислоты в клетках сетчатки глаза.

Исследуя различные врождённые и приобретённые факторы, способствующие возникновению глаукомы, учёные обратили внимание на один из них, а именно, нарушение транспорта глутаминовой кислоты (глутамата) в клетках сетчатки. Эта аминокислота является чрезвычайно важной для нормальной работы глаза. Она входит в состав многих белковых веществ клеток, используется для синтеза некоторых ферментов (биокатализаторов), берёт участие в уменьшении токсичности побочных продуктов обмена веществ. Однако для нормального выполнения своих функций концентрация данной аминокислоты в клетках должна быть оптимальной, то есть при возникновении излишков глутаминовой кислоты, они должны быть немедленно удалены из клеток. Поэтому для её транспортирования в клетках сетчатки существует три вида переносчиков, которые условно обозначаются так: а) глутаматный переносчик (GLT-1), б) аминокислотный носитель 1 (EAAC1), в) глутаматно/аспартатный переносчик (GLAST).

В результате проведенного исследования было установлено, что у экспериментальных животных с дефицитом веществ-переносчиков GLAST- и EAAC1 наблюдалось блокирование нормального транспорта глутаминовой кислоты из клеток сетчатки, что приводило к глубокому нарушению обмена веществ в них, постепенному ухудшению их состояния, развитию глаукомы и слепоты без повышения внутриглазного давления. Кроме этого, возникали характерные для глаукомы патологические изменения в зрительном нерве глаза.

Гентингтона хорея

Ге́нтингтона хоре́я - хроническое наследственное прогрессирующее заболевание, характеризующееся нарастанием хореического гиперкинеза и слабоумия.

Наследуется по аутосомно-доминантному типу с высокой пенетрантностью и экспрессивностью гена. Определенную роль играют перенесенные травмы, инфекционные болезни, лекарственные интоксикации, а также снижение содержания глутаминовой кислоты.

Частота появления на 100000 тыс. населения — от 3 до 6 случаев.

Подагра

Пода́гра (др.-греч. ποδάγρα — ножной капкан от πούς — нога и ἄγρα — захват) — гетерогенное по происхождению заболевание, которое характеризуется отложением в различных тканях организма кристаллов уратов в форме моноурата натрия или мочевой кислоты. В основе возникновения лежит повышение концентраций глутаминовой кислоты, накопление мочевой кислоты и уменьшение её выделения почками, что приводит к повышению концентрации последней в крови (гиперурикемия). Клинически подагра проявляется рецидивирующим острым артритом и образованием подагрических узлов — тофусов. Чаще заболевание встречается у мужчин, однако в последнее время возрастает распространённость заболевания среди женщин, с возрастом распространённость подагры увеличивается. Для лечения используются препараты воздействующие на патогенетический механизм заболевания, а также препараты для симптоматического лечения.