Glutamat (Neurotransmitter): Definition und Funktionen

Das Glutamat vermittelt die meisten erregenden Synapsen im Zentralnervensystem (ZNS). Es ist der Hauptvermittler sensorischer, motorischer, kognitiver und emotionaler Informationen und an der Bildung von Erinnerungen und deren Wiederherstellung beteiligt, da es in 80-90% der Gehirnsynapsen vorhanden ist.

Als ob das alles kein Verdienst wäre, greift es auch in die Neuroplastizität, in Lernprozesse ein und ist die Vorstufe von GABA –Der wichtigste hemmende Neurotransmitter des ZNS. Was kann man mehr von einem Molekül verlangen?

Was ist Glutamat?

Möglicherweise ist einer der am gründlichsten untersuchten Neurotransmitter im Nervensystem. In den letzten Jahren hat seine Studie aufgrund seiner Beziehung zu verschiedenen neurodegenerativen Pathologien (wie z Alzheimer), was es zu einem wirksamen Angriffsziel bei verschiedenen Krankheiten gemacht hat.

Es ist auch erwähnenswert, dass dies angesichts der Komplexität seiner Rezeptoren einer der am schwierigsten zu untersuchenden Neurotransmitter ist.

Der Syntheseprozess

Der Glutamat-Syntheseprozess beginnt im Krebs-Zyklus oder dem Tricarbonsäure-Zyklus. Der Krebs-Zyklus ist ein Stoffwechselweg oder, für uns zu verstehen, eine Abfolge chemischer Reaktionen, um die Zellatmung in den Mitochondrien zu erzeugen. Ein Stoffwechselzyklus kann als Mechanismus einer Uhr verstanden werden, bei dem jedes Zahnrad eine Funktion und der einfache Ausfall eines Teils können dazu führen, dass die Uhr beschädigt wird oder nicht Stunde. Die Zyklen in der Biochemie sind die gleichen. Ein Molekül verändert durch kontinuierliche enzymatische Reaktionen – die Zahnräder der Uhr – seine Form und Zusammensetzung, um eine Zellfunktion zu bewirken. Der wichtigste Glutamatvorläufer wird Alpha-Ketoglutarat sein, das durch Transaminierung eine Aminogruppe erhält, um Glutamat zu werden.

Erwähnenswert ist auch ein weiterer ganz wichtiger Vorläufer: Glutamin. Wenn die Zelle Glutamat in den extrazellulären Raum freisetzt, werden Astrozyten - eine Art von Zelle Glia - Gewinnen Sie dieses Glutamat, das durch ein Enzym namens Glutaminsynthetase zu Glutamin. Später, Glutamin wird von Astrozyten freigesetzt, das von Neuronen gewonnen und wieder in Glutamat umgewandelt wird. Und möglicherweise werden mehr als einer fragen: Und wenn sie im Neuron Glutamin zu Glutamat zurückgeben müssen, warum wandelt der Astrozyten dann schlechtes Glutamat in Glutamin um? Nun, ich weiß es auch nicht. Vielleicht stimmen die Astrozyten und Neuronen nicht überein oder vielleicht sind die Neurowissenschaften Es ist so kompliziert Auf jeden Fall wollte ich einen Überblick über Astrozyten geben, da ihre Zusammenarbeit 40% der Umsatz Glutamat, was bedeutet, dass das meiste Glutamat wird von diesen Gliazellen gewonnen.

Es gibt andere Vorläufer und andere Wege, auf denen Glutamat, das in den extrazellulären Raum freigesetzt wird, wiedergewonnen wird. Zum Beispiel gibt es Neuronen, die einen spezifischen Glutamat-Transporter –EAAT1 / 2– enthalten, der direkt Glutamat an das Neuron zurückgewinnt und es ermöglicht, das erregende Signal zu beenden. Zur weiteren Untersuchung der Synthese und des Stoffwechsels von Glutamat empfehle ich die Lektüre der Bibliographie.

Glutamat-Rezeptoren

Wie sie uns normalerweise beibringen, jeder Neurotransmitter hat seine Rezeptoren auf der postsynaptischen Zelle. Die Rezeptoren, die sich auf der Zellmembran befinden, sind Proteine, an die ein Neurotransmitter, ein Hormon, bindet Neuropeptid usw., um eine Reihe von Veränderungen im Zellstoffwechsel der Zelle, in der es sich befindet, zu bewirken der Rezeptor. In Neuronen platzieren wir die Rezeptoren im Allgemeinen auf postsynaptischen Zellen, obwohl dies nicht unbedingt so sein muss.

Sie lehren uns normalerweise auch im ersten Jahr des Rennens, dass es zwei Haupttypen von Rezeptoren gibt: ionotrope und metabotrope. Ionotropika sind solche, bei denen, wenn ihr Ligand - der "Schlüssel" des Rezeptors - bindet, sie Kanäle öffnen, die den Durchgang von Ionen in die Zelle ermöglichen. Metabotrope hingegen bewirken, wenn der Ligand bindet, durch sekundäre Botenstoffe Veränderungen in der Zelle. In diesem Aufsatz werde ich über die Haupttypen ionotroper Glutamatrezeptoren sprechen, obwohl ich empfehle, die Literatur zu studieren, um metabotrope Rezeptoren zu verstehen. Hier sind die wichtigsten ionotropen Rezeptoren:

• NMDA-Empfänger.
• AMPA-Empfänger.
• Kainado-Fänger.

NMDA- und AMPA-Rezeptoren und ihre enge Beziehung

Es wird angenommen, dass beide Arten von Rezeptoren Makromoleküle sind, die aus vier Transmembrandomänen bestehen – das heißt, sie bestehen aus vier Untereinheiten, die sie durchqueren die Lipiddoppelschicht der Zellmembran – und beide sind Glutamatrezeptoren, die Kationenkanäle öffnen – positiv geladene Ionen. Aber trotzdem unterscheiden sie sich erheblich.

Einer ihrer Unterschiede ist die Schwelle, bei der sie aktiviert werden. Erstens sind AMPA-Rezeptoren viel schneller zu aktivieren; während NMDA-Rezeptoren nicht aktiviert werden können, bis das Neuron ein Membranpotential von etwa -50 mV hat - liegt ein Neuron, wenn es inaktiviert ist, normalerweise bei etwa -70 mV-. Zweitens wird der Kationenschritt in jedem Fall unterschiedlich sein. AMPA-Rezeptoren werden viel höhere Membranpotentiale erreichen als NMDA-Rezeptoren, die viel bescheidener zusammenarbeiten. Im Gegenzug erreichen NMDA-Rezeptoren im Laufe der Zeit viel länger anhaltende Aktivierungen als AMPA-Rezeptoren. Deshalb, die von AMPA aktivieren schnell und erzeugen stärkere Erregungspotentiale, schalten aber schnell wieder ab. Und die von NMDA brauchen Zeit, um zu aktivieren, aber sie schaffen es, die erregenden Potenziale, die sie erzeugen, viel länger aufrechtzuerhalten.

Um es besser zu verstehen, stellen wir uns vor, wir sind Soldaten und unsere Waffen repräsentieren die verschiedenen Rezeptoren. Stellen wir uns vor, dass der extrazelluläre Raum ein Graben ist. Wir haben zwei Arten von Waffen: Revolver und Granaten. Granaten sind einfach und schnell zu verwenden: Sie entfernen den Ring, werfen ihn weg und warten, bis er explodiert. Sie haben viel destruktives Potenzial, aber wenn wir sie alle weggeworfen haben, ist es vorbei. Der Revolver ist eine Waffe, deren Laden einige Zeit in Anspruch nimmt, da Sie die Trommel entfernen und die Kugeln einzeln platzieren müssen. Aber wenn wir es einmal geladen haben, haben wir sechs Schüsse, mit denen wir eine Weile überleben können, wenn auch mit viel weniger Potenzial als eine Granate. Unsere Gehirnrevolver sind NMDA-Rezeptoren und unsere Granaten sind AMPA-Rezeptoren.

Glutamat-Exzesse und ihre Gefahren

Sie sagen, dass im Übermaß nichts gut ist und im Fall von Glutamat ist es erfüllt. Dann wir werden einige Pathologien und neurologische Probleme zitieren, bei denen ein Überschuss an Glutamat im Zusammenhang steht.

1. Glutamat-Analoga können Exotoxizität verursachen

Glutamat-analoge Medikamente - d.h. sie erfüllen die gleiche Funktion wie Glutamat - wie NMDA - dem der NMDA-Rezeptor seinen Namen verdankt - kann bei hohen Dosen neurodegenerative Wirkungen in den am stärksten gefährdeten Hirnregionen verursachen wie der Nucleus arcuatus des Hypothalamus. Die an dieser Neurodegeneration beteiligten Mechanismen sind vielfältig und beinhalten verschiedene Arten von Glutamatrezeptoren.

2. Einige Neurotoxine, die wir mit unserer Nahrung aufnehmen können, führen durch überschüssiges Glutamat zum neuronalen Tod

Verschiedene Gifte einiger Tiere und Pflanzen entfalten ihre Wirkung über die Glutamat-Nervenbahnen. Ein Beispiel ist das Gift aus den Samen von Cycas Circinalis, einer giftigen Pflanze, die wir auf der Pazifikinsel Guam finden. Dieses Gift verursachte eine hohe Prävalenz von Amyotrophe Lateralsklerose auf dieser Insel, wo seine Bewohner es täglich zu sich nahmen und glaubten, es sei gutartig.

3. Glutamat trägt zum ischämischen neuronalen Tod bei

Glutamat ist der wichtigste Neurotransmitter bei akuten Hirnerkrankungen wie Herzinfarkt, Herzstillstand, prä-/perinatale Hypoxie. Bei diesen Ereignissen mit Sauerstoffmangel im Hirngewebe verharren die Neuronen in einem Zustand permanenter Depolarisation; aufgrund unterschiedlicher biochemischer Prozesse. Dies führt zur dauerhaften Freisetzung von Glutamat aus den Zellen mit anschließender anhaltender Aktivierung der Glutamatrezeptoren. Der NMDA-Rezeptor ist im Vergleich zu anderen ionotropen Rezeptoren für Calcium besonders durchlässig, und überschüssiges Calcium führt zum neuronalen Absterben. Daher führt eine Hyperaktivität von glutamatergen Rezeptoren aufgrund von erhöhtem intraneuronalem Kalzium zum neuronalen Tod.

4. Epilepsie

Der Zusammenhang zwischen Glutamat und Epilepsie ist gut dokumentiert. Es wird angenommen, dass die epileptische Aktivität insbesondere mit AMPA-Rezeptoren zusammenhängt, obwohl mit fortschreitender Epilepsie NMDA-Rezeptoren wichtig werden.

Ist Glutamat gut? Ist Glutamat schlecht?

Normalerweise, wenn man diese Art von Text liest, vermenschlicht er die Moleküle, indem er sie als "gut" oder "schlecht" bezeichnet - das hat einen Namen und heißt and Anthropomorphismus, sehr modisch im Mittelalter. Die Realität ist weit von diesen vereinfachenden Urteilen entfernt.

In einer Gesellschaft, in der wir ein Konzept von "Gesundheit" entwickelt haben, können uns einige der Mechanismen der Natur leicht stören. Das Problem ist, dass die Natur "Gesundheit" nicht versteht. Dies haben wir durch Medizin, Pharmaindustrie und Psychologie geschaffen. Es ist ein soziales Konzept, und wie alle sozialen Konzepte unterliegt es der Weiterentwicklung der Gesellschaften, sei es menschlich oder wissenschaftlich. Fortschritte zeigen, dass Glutamat mit einer Reihe von Pathologien in Verbindung gebracht wird wie Alzheimer oder Schizophrenie. Dies ist kein böser Blick der Evolution auf den Menschen, sondern eine biochemische Fehlanpassung eines Konzepts, das die Natur noch nicht versteht: die menschliche Gesellschaft im 21. Jahrhundert.

Und wie immer, warum das studieren? In diesem Fall finde ich die Antwort ganz klar. Aufgrund der Rolle, die Glutamat bei verschiedenen neurodegenerativen Pathologien spielt, führt es zu einem wichtigen – wenn auch komplexen – pharmakologischen Ziel. Einige Beispiele für diese Krankheiten, obwohl wir in dieser Rezension nicht darüber gesprochen haben, weil ich betrachte dass ein Eintrag ausschließlich darüber geschrieben werden könnte, sind Alzheimer und Schizophrenie. Subjektiv finde ich die Suche nach neuen Medikamenten für Schizophrenie aus zwei Hauptgründen: die Prävalenz dieser Krankheit und die Gesundheitskosten trägt; und die Nebenwirkungen der gängigen Antipsychotika, die in vielen Fällen die Therapietreue behindern.

Text korrigiert und bearbeitet von Frederic Muniente Peix

Bibliographische Referenzen:

Bücher:

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Artikel:

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