Глютамин: аминокислота и её роль¶

Глютамин (также глутамин; сокращённо Gln или Q) — одна из двадцати стандартных протеиногенных аминокислот, условно незаменимая для человека. По химической природе представляет собой моноамид глутаминовой кислоты с боковой цепью –CH₂CH₂CONH₂. Относится к полярным незаряженным аминокислотам, кодируется кодонами CAA и CAG. Это наиболее распространённая свободная аминокислота в плазме крови и внутриклеточном пространстве млекопитающих, участвующая в синтезе белков, азотистом обмене и ряде ключевых метаболических процессов.

¶Химические свойства и номенклатура

Молекулярная формула глютамина — C₅H₁₀N₂O₃, молярная масса — 146,15 г/моль. В нейтральной среде аминокислота существует преимущественно в цвиттер-ионной форме. Изоэлектрическая точка составляет около 5,65. Боковая амидная группа способна выступать донором аммиака в реакциях биосинтеза, что делает глютамин ключевым переносчиком азота в организме.

Название происходит от глутаминовой кислоты, из которой глютамин образуется путём присоединения аминогруппы. В русскоязычной литературе встречаются оба написания — «глутамин» и «глютамин»; первое ближе к международной номенклатуре (glutamine), второе исторически закрепилось в ряде биохимических и спортивных изданий. В трёхбуквенном коде используется обозначение Gln, в однобуквенном — Q.

¶Биологическая роль

Глютамин выполняет несколько взаимосвязанных функций:

• Синтез белка — включается в полипептидные цепи в ходе трансляции на рибосомах.
• Транспорт азота — переносит аммиак из периферических тканей в печень и почки, где азот выводится в составе мочевины.
• Источник энергии — окисляется в клетках кишечника, лимфоцитах и клетках иммунной системы.
• Субстрат для синтеза — участвует в образовании пуринов, пиримидинов, нуклеотидов, глутатиона и нейромедиаторов (глутамата, ГАМК).
• Регуляция кислотно-щелочного баланса — в почках участвует в выведении ионов водорода и реабсорбции бикарбоната.

Глютамин синтезируется в организме из глутаминовой кислоты ферментом глутаминсинтетазой, преимущественно в скелетных мышцах, лёгких и мозге. Печень, напротив, потребляет глютамин. Такое распределение органов-производителей и потребителей получило название «глютаминового цикла» между мышцами и внутренними органами.

¶Условная незаменимость

Для здорового взрослого человека глютамин не является незаменимой аминокислотой: организм способен синтезировать его в достаточных количествах. Однако при интенсивных физических нагрузках, тяжёлых заболеваниях, травмах, ожогах, сепсисе и в послеоперационном периоде потребность резко возрастает, а эндогенный синтез может не покрывать нужды. В таких состояниях глютамин называют условно незаменимой аминокислотой.

Особенно высока потребность в глютамине у быстро делящихся клеток — эпителия кишечника и клеток иммунной системы. При катаболических состояниях концентрация глютамина в плазме падает, что коррелирует с ухудшением прогноза у тяжелобольных пациентов.

¶Пищевые источники

Глютамин содержится в белковых продуктах животного и растительного происхождения. Наибольшие количества отмечаются в:

При термической обработке часть глютамина разрушается. В сывороточном протеине и казеине доля глютамина и глутаминовой кислоты суммарно достигает 20–30 % от общего аминокислотного состава.

¶Применение в медицине

В клинической практике глютамин используется в составе парентерального и энтерального питания у пациентов с тяжёлыми состояниями. Исследования показывают, что добавление глютамина может снижать частоту инфекционных осложнений и сокращать сроки госпитализации у некоторых категорий больных, хотя результаты остаются предметом дискуссий. Применяется при синдроме короткой кишки, мукозите после химиотерапии, критических состояниях.

В спортивном питании глютамин позиционируется как средство для поддержки иммунитета и восстановления после нагрузок. Доказательная база по этому направлению неоднородна: часть исследований не выявляет значимого эффекта у здоровых тренированных людей.

¶Применение в биотехнологии

В промышленной биотехнологии глютамин входит в состав питательных сред для культивирования клеток млекопитающих. Он служит основным источником азота и энергии для клеточных линий, используемых при производстве моноклональных антител, вакцин и рекомбинантных белков. Нестабильность глютамина в растворах (спонтанное разложение с образованием аммиака) стимулировала разработку его заменителей — дипептидов и аналогов, более устойчивых при хранении.

¶Метаболические нарушения

Нарушения обмена глютамина связаны с рядом наследственных заболеваний. Недостаточность глутаминсинтетазы приводит к накоплению аммиака и глутаминовой кислоты, проявляясь неврологической симптоматикой. Дефицит ферментов цикла мочевины также сопровождается изменением уровня глютамина в крови, что используется в диагностике. Повышенная концентрация глютамина наблюдается при печёночной энцефалопатии и некоторых типах гипер ammonемии.

¶Интересные факты

• Глютамин был впервые выделен из сока сахарной свёклы в 1883 году немецким химиком Эрнстом Шульце.
• В мозге глютамин служит предшественником глутамата — основного возбуждающего нейромедиатора, и ГАМК — главного тормозного.
• Скелетные мышцы содержат наибольший пул свободного глютамина в организме — до 60 % от общего количества.
• Глютамин — одна из немногих аминокислот, способных проникать через гематоэнцефалический барьер путём активного транспорта.