Glutaminsäure

Strukturformel
	Datei:L-Glutaminsäure - L-Glutamic acid.svg
	Struktur der natürlich vorkommenden L-Glutaminsäure
Allgemeines
Name	Glutaminsäure
Andere Namen	2-Aminopentandisäure; α-Aminoglutarsäure; Vorlage:E-Nummer; Vorlage:INCI; Abkürzungen: Glu (Dreibuchstabencode); E (Einbuchstabencode); ;
Summenformel	C5H9NO4
Kurzbeschreibung	weißer Feststoff<ref name="GESTIS" />
Externe Identifikatoren/Datenbanken
EG-Nummer	210-522-2
ECHA-InfoCard	100.009.567
PubChem	611
DrugBank	Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 1686: attempt to index field 'wikibase' (a nil value) Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 1686: attempt to index field 'wikibase' (a nil value)
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Arzneistoffangaben
ATC-Code	V06 ; A09 ;
Eigenschaften
Molare Masse	147,13 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,54 g·cm−3 (20 °C)<ref name="GESTIS">Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFAVorlage:Abrufdatum (JavaScript erforderlich)</ref>
Schmelzpunkt	160 °C<ref name="GESTIS" />
Siedepunkt	Zersetzung bei 205 °C<ref name="GESTIS" />
pKS-Wert	pKS, COOH = 2,16<ref name="Jakubke" />; pKS, COOH (Seitenkette) = 4,32<ref name="Jakubke" />; pKS, NH3+ = 9,96<ref name="Jakubke">Hans-Dieter Jakubke und Hans Jeschkeit: Aminosäuren, Peptide, Proteine, Verlag Chemie, Weinheim, 1982, ISBN 3-527-25892-2, S. 40.</ref>;
Löslichkeit	schlecht in Wasser (11,1 g·l−1 bei 25 °C)<ref name="GESTIS" />; schlecht in Ethanol, unlöslich in Diethylether, Aceton und Essigsäure<ref>Eintrag zu Glutaminsäure. In: Römpp Online. Georg Thieme VerlagVorlage:Abrufdatum</ref>;
Sicherheitshinweise
	Bitte die Befreiung von der Kennzeichnungspflicht für Arzneimittel, Medizinprodukte, Kosmetika, Lebensmittel und Futtermittel beachten
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung<ref name="GESTIS" />	keine GHS-Piktogramme
	keine GHS-Piktogramme
H- und P-Sätze	H: keine H-Sätze
	P: keine P-Sätze
Toxikologische Daten	12961 mg·kg−1 (LD50, Maus, oral)<ref>Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA), Monograph für Vorlage:Linktext-CheckVorlage:Abrufdatum</ref>
	Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Glutaminsäure (auch α-Aminoglutarsäure, 2-Aminoglutarsäure) ist eine α-Aminosäure, die in zwei Spiegelbildisomeren (Enantiomere) vorkommt, deren eine proteinogene Form der menschliche Organismus selber herstellen kann (nicht essentielle Aminosäure). Im Dreibuchstabencode wird sie als Glu und im Einbuchstabencode als E bezeichnet. Ihre Salze und Ester werden Glutamate genannt. In Biologie und Medizin wird die Glutaminsäure meist Glutamat genannt, da die Verbindung im Körper dissoziiert vorliegt. Glutaminsäure ist ein wichtiger Baustein von Proteinen. Daneben ist Glutamat einer der wichtigsten erregenden Neurotransmitter im zentralen Nervensystem (ZNS) auch des menschlichen Organismus. Als Lebensmittelzusatzstoff werden L-Glutaminsäure (E 620) sowie einige ihrer Salze (siehe Glutamate) als Geschmacksverstärker eingesetzt, besonders in der asiatischen Küche und bei Convenience-Produkten.

Der Einbuchstabencode E für Glutamat wurde in alphabetischer Reihenfolge zum D für Aspartat zugeordnet, da es lediglich um eine Methylen –CH₂– Gruppe größer ist.<ref></ref><ref></ref>

Stereochemie

Aminosäuren sind chirale Moleküle. In der Natur liegt im Wesentlichen nur die L-(+)-Glutaminsäure [Synonym: (S)-Glutaminsäure] vor. Skriptfehler: Ein solches Modul „Vorlage:Anker“ ist nicht vorhanden. Wenn in diesem Text oder in der wissenschaftlichen Literatur „Glutaminsäure“ ohne weiteren Namenszusatz (Präfix) erwähnt wird, ist L-Glutaminsäure gemeint.

Die D-(−)-Glutaminsäure [Synonym: (R)-Glutaminsäure] kann auf chemischem Wege erzeugt werden. Auf sie und das Racemat aus beiden Enantiomeren wird in diesem Artikel nicht näher eingegangen.

Isomere von Glutaminsäure
Name	L-Glutaminsäure	D-Glutaminsäure
Andere Namen	(S)-Glutaminsäure (+)-Glutaminsäure	(R)-Glutaminsäure (−)-Glutaminsäure
Strukturformel	Datei:L-Glutaminsäure - L-Glutamic acid.svg	Datei:D-Glutamic acid.svg
CAS-Nummer	Vorlage:CASRN	Vorlage:CASRN
	Vorlage:CASRN (DL)
EG-Nummer	200-293-7	230-000-8
	210-522-2 (DL)
ECHA-Infocard	Vorlage:ECHA	Vorlage:ECHA
	Vorlage:ECHA (DL)
PubChem	33032	23327
	611 (DL)
DrugBank	DB00142
	– (DL)
Wikidata	Q26995161	Q27077040
	Q181136 (DL)

Vorkommen

L-Glutaminsäure kommt in den meisten Proteinen in unterschiedlichen Anteilen vor und ist in jedem eiweißhaltigen Nahrungsmittel vorhanden. Die folgenden Beispiele beziehen sich jeweils auf 100 g des Lebensmittels, zusätzlich ist der prozentuale Anteil von Glutaminsäure am Gesamtprotein angegeben.<ref>Nährstoffdatenbank des US-Landwirtschaftsministeriums. 21. Auflage.</ref> Besonders reich an freiem L-Glutamat sind Käse und Fleischprodukte, getrocknete Tomaten, Würzsaucen wie Sojasauce, Fischsauce, Maggi-Würze usw.

Lebensmittel	Protein	Glutaminsäure	Anteil
Rindfleisch, roh	21,26 g	3191 mg	15,0 %
Hähnchenbrustfilet, roh	23,09 g	3458 mg	15,0 %
Lachs, roh	20,42 g	2830 mg	13,9 %
Hühnerei	12,58 g	1676 mg	13,3 %
Kuhmilch, 3,7 % Fett	0 3,28 g	0 687 mg	20,9 %
Walnüsse	15,23 g	2816 mg	18,5 %
Weizen-Vollkornmehl	13,21 g	4328 mg	32,8 %
Mais-Vollkornmehl	0 6,93 g	1300 mg	18,8 %
Reis, ungeschält	0 7,94 g	1618 mg	20,4 %
Erbsen, getrocknet	24,55 g	4196 mg	17,1 %
Tomatenpüree	0 1,65 g	0 658 mg	39,9 %

Geschichte

Durch den schwefelsauren Aufschluss von Gluten gelang dem deutschen Chemiker Heinrich Ritthausen 1866 an der Landwirtschaftlichen Akademie Waldau bei Königsberg erstmals die Isolierung von Glutaminsäure.<ref>K. H. Ritthausen: Über die Glutaminsaure. In: Journal Prakt Chem, 1866, Band 99(6-7), S. 454 ff.</ref> An den ihm von Ritthausen übergebenen Kristallen konnte Gustav Werther, zu der Zeit Professor für Chemie in Königsberg, die Zusammensetzung der Glutaminsäure richtig bestimmen.<ref>Sabine Hansen: <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />Die Entdeckung der proteinogenen Aminosäuren von 1805 in Paris bis 1935 in Illinois. (Memento vom 15. Juni 2016 im Internet Archive; PDF) arginium.de, Berlin 2015.</ref> Nach dem Wechsel Ritthausens an die Landwirtschaftliche Akademie in Bonn-Poppelsdorf veranlasste er dort den Chemiker Wilhelm Dittmar mit der Strukturaufklärung, die Dittmar 1872 gelang.<ref>W. Dittmar: Über die Reduction der Glutansäure durch Jodwasserstoff. In: Journal Prakt Chem, 1872, Band 5(7), S. 308 ff.</ref> Die Ergebnisse wurden 1890 durch Ludwig Wolff bestätigt.<ref>L. Wolff: Über Glyoxylpropionsäure und einige Abkömmlinge derselben. In: Liebigs Annalen der Chemie, 1890, Band 260, S. 79 ff.</ref>

Eigenschaften

Datei:Glutamic Acid at physiological pH V2.svg

Glutamat-Zwitterion
bei pH 7,4 mit der Seitenkette in blau

Der isoelektrische Punkt der Glutaminsäure liegt bei pH 3,24.<ref>P. M. Hardy: The Protein Amino Acids. In: G. C. Barrett (Herausgeber): Chemistry and Biochemistry of the Amino Acids. Chapman and Hall, 1985, ISBN 0-412-23410-6, S. 9.</ref> Die Dicarbonsäure löst sich nur wenig in Wasser (≈11 g·l⁻¹ bei 25 °C) und Ethanol.<ref name="GESTIS" /> Die Lösung reagiert stark sauer (pK_COOH 2,16, pK_γ-COOH 4,32).<ref name="Jakubke" />

Herstellung

L-Glutaminsäure wird kommerziell ausschließlich nach der Fermentationsmethode (Sojasauce, Flüssigwürze) hergestellt. Es wurde systematisch nach Wildtyp-Organismen geforscht, bei denen sich L-Glutaminsäure unter Verwendung günstiger Nährmedien (Edukte) und Kulturbedingungen (Temperatur, Konzentration von Spurenelementen etc.) anreichern ließen. Durch Verwendung von Mutanten wurde die Fermentationsmethode optimiert.<ref>Yoshiharu Izumi, Ichiro Chibata, Tamio Itoh: Herstellung und Verwendung von Aminosäuren. In: Angewandte Chemie. Band 90, Nr. 3, 1978, S. 187–194, doi:10.1002/ange.19780900307. </ref><ref>Chiaki Sano: History of glutamate production. In: The American Journal of Clinical Nutrition. Band 90, Nr. 3, 2009, S. 728S–732S, doi:10.3945/ajcn.2009.27462F. </ref>

Derivate

Beim Erhitzen einer Mischung aus gleichen Gewichtsteilen Glutaminsäure und Wasser in einem Autoklaven erhält man unter Wasserabspaltung bei Reaktionstemperaturen von 135–143 °C Pyroglutaminsäure, ein cyclisches Carbonsäureamid (Lactam).

Physiologische Bedeutung

Wie bei allen anderen Aminosäuren wird auch bei Glutamat nur das L-Isomer im Stoffwechsel des menschlichen Körpers als Baustein verwendet. Als proteinogene α-Aminosäure ist L-Glutaminsäure Bestandteil von Proteinen. Daneben spielt sie im Zellstoffwechsel eine wesentliche Rolle, indem sie über den Citratzyklus in Verbindung zum Kohlenhydratstoffwechsel steht. Darüber hinaus wird L-Glutaminsäure für die Bildung anderer Aminosäuren herangezogen.

L-Glutaminsäure bindet das beim Protein- und Aminosäureabbau freiwerdende Zellgift Ammoniak unter Bildung von Glutamin durch folgende Reaktion:

α-Ketoglutarat → Glutaminsäure → Glutamin

L-Glutamat ist der wichtigste exzitatorische Neurotransmitter im zentralen Nervensystem der Wirbeltiere. Es wird präsynaptisch freigesetzt und bindet postsynaptisch an spezifische Glutamat-Rezeptoren. Im Zentralnervensystem kann L-Glutaminsäure durch das Enzym L-Glutaminsäuredecarboxylase zu γ-Aminobuttersäure (GABA) decarboxyliert werden, die als Neurotransmitter an inhibitorischen Synapsen wirkt. L-Glutaminsäure ist die einzige Aminosäure, welche im Gehirn oxidiert, transaminiert, aminiert und decarboxyliert wird.

Bedeutung im Citratzyklus

Datei:Glutamate desamination transamination.svg

Schlüsselrolle von Glutamat (Glu) bei der Aminierung / Desaminierung (1) und in Transaminierungsreaktionen (2). Die Wechselbeziehungen zu Glutamin (Gln) werden peripher in Kurzform dargestellt (3).

L-Glutamat entsteht im Citratzyklus aus α-Ketoglutarat (αKG) und einem Ammonium-Ion durch die Reaktion des Enzyms Glutamatdehydrogenase (GDH) (1). Ein weiteres Ammonium-Ion kann über die Reaktion der Glutamin-Synthetase (GlnS) abgefangen werden, wobei Glutamin entsteht (3). Beide Reaktionen dienen der spontanen Entgiftung aller Gewebe und sind im Hirn von besonderer Bedeutung.

Für die endgültige Entgiftung müssen Ammonium-Ionen dem Harnstoffzyklus zugeführt werden. Dies erfolgt sowohl durch Übertragung (Transaminierung) auf Oxalacetat (OA) (2), als auch über die Glutamat-Dehydrogenase-Reaktion (1). Glutamin kann mit α-Ketoglutarat in Pflanzen zu zwei Molekülen L-Glutaminsäure umgesetzt (3) und damit der GDH-Reaktion zugeführt werden. Diese Reaktion wird durch Glutamat-Synthase (GluS) katalysiert.

Bei der Aminosäuresynthese ist L-Glutaminsäure der NH₂-Donor in einer Transaminierungsreaktion. Diese überführt α-Ketosäuren in die homologen α-Aminosäuren. Beispiele sind Glutamat-Oxalacetat-Transaminase (GOT) (2) und Glutamat-Pyruvat-Transaminase (GPT). Coenzym ist Pyridoxalphosphat. Für nahezu alle anderen Aminogruppen, die im Stoffwechsel benötigt werden, ist Glutamin der Donor.

Glutaminsäure (Glutamat) im Blutbefund (Aminosäurenkonzentrationen)

Die Referenzbereiche (Normalwerte) für Glutaminsäure im Blutbefund sind in µmol/ml bei Säuglingen 20–107, bei Kindern 18–65 und bei Erwachsenen 28–92.<ref>Helmut Greiling, A. M. Gressner: Lehrbuch der klinischen Chemie und Pathobiochemie. Schattauer Verlagsgesellschaft, 1987, ISBN 3-7945-0949-8; 1197 Seiten.</ref> Als Therapie bei sehr hohen Glutaminsäurewerten (Glutamat) im Blutbefund, wie sie z. B. beim Chinarestaurant-Syndrom oder bei Ekzemen und/oder Histamin-Intoleranz vorkommen können, empfiehlt Reinhart Jarisch<ref>Reinhart Jarisch: Histaminintoleranz Histamin und Seekrankheit. 2. Auflage. Thieme Verlag, Stuttgart / New York, 2004, ISBN 3-13-105382-8, S. 151.</ref> eine Vitamin-B₆-Gabe in der Größenordnung von 0,5 mg/kg Körpergewicht je Tag. Dies fördert auch die körpereigene Synthese von Diaminooxidase (DAO) und bekämpft so ursächlich die Auswirkungen der Histamin-Intoleranz.

Salze

Die verschiedenen Salze der Glutaminsäure sind als Lebensmittelzusatzstoffe bekannt. Es kommen verschiedene Salze der Glutaminsäure mit der Bezeichnung Geschmacksverstärker E 621 bis E 625 zum Einsatz.<ref>Verordnung (EG) Nr. 1333/2008 in der konsolidierten Fassung vom 31. Oktober 2022Vorlage:Abrufdatum</ref>

Weblinks

Commons: Glutaminsäure – Sammlung von Bildern und Videos

Wikibooks: Biosynthese und Abbau von L-Glutaminsäure – Lern- und Lehrmaterialien

Glutamat ist unbedenklich. youtube.com

Einzelnachweise

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