Glutamat

Glutamat – Definition

Glutaminsäure ist eine Aminosäure, die in allen Lebewesen vorkommt, also auch in uns Menschen. Sie wird nicht nur exogen aufgenommen, sondern der Körper selbst stellt ebenfalls Glutaminsäure her. In der Neurobiologie spielt Glutamat als Neurotransmitter im Gehirn eine entscheidende Rolle.

Glutaminsäure ist eine nicht-essentielle Aminosäure. Das bedeutet, dass Menschen diese nicht zwingend mit der Nahrung aufnehmen müssen. Das ist darin begründet, dass Glutaminsäure im Körper selbst hergestellt werden kann.

Exogenes Glutamat

Erstmals entdeckt wurde Glutamat von dem japanischen Wissenschaftler Kikunae Ikeda 1908. Er isolierte Glutamat aus Algen.

Exogenes Glutamat ist als Zusatzstoff, der den Geschmack intensivieren soll, in Lebensmitteln bekannt. Exogenes Glutamat liegt meistens in der Form von Mononatriumglutamat vor, da es chemisch stabiler ist.

Abbildung 1: Strukturformel Mononatriumglutamat

Reines Glutamat hat die Summenformel C₅H₉NO₄.

Exogenes Glutamat, das durch Lebensmittel aufgenommen wird, ist, wie schon erwähnt, ein Geschmacksverstärker. Aber wonach schmeckt Glutamat? Japanische Wissenschaftler versuchten es in unsere bereits bekannten Geschmacksrichtungen einzuordnen: Süß, salzig, sauer und bitter.

So richtig konnte es keiner Geschmacksrichtung zugeordnet werden. Daher gaben sie dem "Glutamat-Geschmack" einen eigenen Namen: Umami. Auf der menschlichen Zunge gibt es in der Tat Umami-Rezeptoren, was die eigene Geschmacksrichtung rechtfertigt.

Mononatriumglutamat wird häufig zur Intensivierung des Geschmacks von Speisen eingesetzt. Manche beschreiben den Geschmack von umami als pikant, würzig und wohlschmeckend. Der Geschmacksverstärker soll Speisen herzhafter machen. Gleichzeitig regt Glutamat den Appetit an.

Ungesundes Glutamat

Der Glaube, dass exogenes Glutamat Krebs, Parkinson oder Alzheimer auslöst, konnte bisher nicht wissenschaftlich bewiesen werden. Dass exogenes Glutamat die Blut-Hirn-Schranke nicht überwinden kann, bestärkt die These, dass es nicht schädlich ist, glutamathaltige Lebensmittel zu essen. Daher gibt es bei gesunden Menschen keinen Grund zur Sorge, dass exogenes Glutamat Hirnschäden auslösen könnte. Allgemein gilt: Glutamat in Maßen konsumieren ist nicht schädlich.

Der Ursprung der Glutamat Angst

Woher kommt eigentlich die Angst, dass Glutamat schädlich sein könnte? Diese Geschichte hat ihren Ursprung 1968 in einem Leserbrief in einer wissenschaftlichen Fachzeitschrift. Es ist sogar bis heute noch unklar, ob dieser Leserbrief nur ein Scherz gewesen sein sollte.

In diesem Leserbrief beschrieb ein japanisch-amerikanischer Arzt, dass er nach dem Besuch in einem chinesischen Restaurant unter Kribbeln, Taubheit, allgemeiner Müdigkeit und Herzklopfen litt. Er verdächtige Glutamat als Übeltäter. Er vermutete, dass diese Symptome durch glutamatreiches Essen ausgelöst werden könnten.

Durch diese Geschichte wird klar, dass das noch lange kein wissenschaftlicher Beweis vorlag, dass Glutamat schädlich wäre. Der besagte Forscher fragte seine Kollegen lediglich, ob sie nicht Lust hätten, mit ihm daran zu forschen. Es folgten Tierversuche, deren Ergebnisse aber wenig verlässlich sind. Durch einen Zeitungsartikel über das "Chinese Restaurant Syndrome", wie sich der ursprüngliche Leserbrief nannte, wurde in der Bevölkerung Verwirrung gestiftet. Bald breitete sich die Angst vor Glutamat über die ganze Welt aus.

Wie schon erwähnt, ist die Angst vor dem angeblich schädlichen Glutamat unbegründet. Die Annahme, dass Glutamat schädlich sein könnte, beruht auf Spekulationen. Aufgrund der Tatsache, dass exogenes Glutamat nicht die Blut-Hirn-Schranke durchqueren kann, sollte Glutamat als nicht schädlich angesehen werden. Glutamat in Lebensmitteln richtet bei gesunden Menschen keine nachweislichen Nervenschäden an. Schlussendlich gibt es keine wissenschaftlich fundierten Hinweise, dass Glutamat als Gewürz bzw. Geschmacksverstärker bedenklich sein könnte.

Glutamat Allergie

Aus dem "Chinese Restaurant Syndrome" ist ebenfalls die Idee einer Glutamat Allergie entstanden. Die Symptome, die diese Allergie hervorrufen sollen, sind unter anderem Kopfschmerzen, Hautrötungen und Magen-Darm-Beschwerden. Da Allergietests allerdings keine Immunreaktionen auf Glutamat nachweisen können, gilt es nicht als Allergie, sondern als sogenannte Pseudoallergie.

Strittig ist immer noch, ob Glutamat überhaupt der Auslöser für diese Symptome ist. Wissenschaftliche Beweise gibt es auch hierfür nicht. Somit kann auch an der Existenz einer Glutamat Allergie gezweifelt werden.

Glutamat als Neurotransmitter

Zu Beginn wurde schon einmal erwähnt, dass Glutamat auch vom menschlichen Körper hergestellt wird. Als endogenes Glutamat wirkt es im Körper als Neurotransmitter.

Endogenes Glutamat kann auf zwei Wegen gebildet werden:

1. Glutamat wird aus α-Ketoglutarat und Ammoniak durch die Glutamatdehydrogenase gebildet. Dabei wird NADH + H⁺ oxidiert:
2. Glutamat wird aus Glutamin durch die Glutaminase nach Aufnahme in die Nervenendigung synthetisiert. Glutamin wurde zuvor in den Gliazellen aus Glutamat synthetisiert. Es besteht also ein Glutamat-Glutamin-Zyklus.

Glutamat übermittelt im menschlichen Körper viele, verschiedene wichtige Informationen. Es ist sogar der bedeutendste und am häufigsten auftretende, exzitatorische (erregende) Neurotransmitter im zentralen Nervensystem (ZNS) des Menschen.

Funktionen von Glutamat – Wirkung

Glutamat ist fast im ganzen Gehirn wirksam und ist daher an vielen bedeutenden Funktionen beteiligt:

• Motorik
• Gedächtnis- und Lernfähigkeit
• Sinneswahrnehmungen
• Appetitregulation

Allerdings spielt Glutamat nicht nur im ZNS eine wichtige Rolle, sondern auch im peripheren Nervensystem (PNS). Beispielsweise kommt Glutamat in afferenten Neuronen vor, die Signale vom Körper zum ZNS leiten. Deshalb ist Glutamat auch essentiell bei der Schmerzsignalübertragung.

Glutamatrezeptoren

Glutamat bindet an speziellen Glutamatrezeptoren. Diese Rezeptoren befinden sich vor allem an postsynaptischen Membranen von Neuronen. Der Glutamatrezeptor ist ein Transmembranprotein.

Glutamatrezeptoren werden in ionotrop und metabotrop eingeteilt. Die Erläuterung für diese beiden Begriffe findest du in den folgenden Kapitel.

Ionotrope Glutamatrezeptoren

Zu den ionotropen Glutamatrezeptoren gehören drei Rezeptortypen:

• AMPA-Rezeptoren,
• NMDA-Rezeptoren und
• Kainat-Rezeptoren.

Ionotrope Rezeptoren sind Liganden-gesteuerte Ionenkanäle. Wenn also Glutamat an dem Ionenkanal bindet, öffnet sich dieser und Ionen können die Membran passieren.

Damit NMDA-Rezeptoren ihre Ionenkanäle öffnen, müssen drei Voraussetzungen gegeben sein:

• Glutamat bindet an den Rezeptor.
• Glycin bindet an den Rezeptor.
• Die postsynaptische Membran muss depolarisieren, damit Magnesium-Ionen den Kanal nicht mehr blockieren können.

Wie die Aktivierung von NMDA-Rezeptoren an der postsynaptischen Membran aussieht, kann in Abbildung 2 nachvollzogen werden.

Abbildung 2: Aktivierung von NMDA-Rezeptoren

NMDA-Rezeptoren nehmen bei Lernprozessen bzw. bei der Langzeitpotenzierung eine wichtige Rolle ein. Bei der Langzeitpotenzierung werden in kurzer Zeit mehrere Aktionspotentiale ausgelöst, die das Signal an Neuronen verstärken. Die Langzeitpotenzierung beeinflusst im Weiteren die synaptische Plastizität und den vermehrten Einbau von AMPA-Rezeptoren, sodass die Signale schneller weitergeleitet werden können.

Hauptsächlich AMPA- und Kainat-Rezeptoren tragen zu einer schnelleren Signalweiterleitung im ZNS bei. AMPA- und Kainat-Rezeptoren werden auch oft als Nicht-NMDA-Rezeptoren zusammengefasst.

Nicht-NMDA-Rezeptoren sind durchlässiger für K⁺ und Na⁺-Ionen, während NMDA-Rezeptoren für Ca²⁺-Ionen durchlässiger sind. Calciumionen wirken intrazellulär als second messenger und aktivieren verschiedenste Signalkaskaden. Das wirkt sich letztendlich auf die Gentranskription für die neuronale Entwicklung aus.

Sind AMPA-Rezeptoren inaktiv, ist ihr Ionenkanal geschlossen. Sie werden durch Glutamat aktiviert, indem es an den Rezeptor bindet. Dadurch wird der Ionenkanal geöffnet und Kalium- und Natrium-Ionen können die postsynaptische Membran durchqueren.

Abbildung 3: Synapse mit AMPA-Rezeptoren

Metabotrope Glutamatrezeptoren (mGluR)

Metabotrope Glutamatrezeptoren sind an G-Protein gekoppelte Rezeptoren, die eine langsame synaptische Übertragung vermitteln. G-Protein gekoppelte Rezeptoren sind solche, die sich in einer Membran befinden und im Zellinneren an ein G-Protein gekoppelt sind. Diese G-Proteine aktivieren durch Konformationsänderung des Rezeptors andere Enzyme und second messenger, um ein Signal innerhalb der Zelle weiterzuleiten.

Bisher sind acht verschiedene Rezeptoren bekannt: mGluR1 – mGluR8. Sie können in drei Gruppen (I-III) eingeteilt werden.

• Gruppe I: mGluR1, mGluR5
• Gruppe II: mGluR2, mGluR3
• Gruppe III: mGlu4, mGlu6, mGlu7, mGlu8

Gruppe I der mGlu-Rezeptoren stimulieren die Phospholipase C (PLC) und sind meistens an der postsynaptischen Membran lokalisiert.

Wenn Glutamat an einen mGlu-Rezeptor der Gruppe I bindet, wird die alpha-Untereinheit des G-Proteins aktiviert, indem GTP zu GDP gespalten wird und gleichzeitig die alpha-Untereinheit phosphoryliert wird. Die aktivierte alpha-Untereinheit spaltet sich von der Beta/gamma-Untereinheit ab und aktiviert PLC.

Abbildung 4: Signalübertragung eines mGluR der Gruppe I

Gruppe II und III der mGlu-Rezeptoren inhibieren (hemmen) die Adenylatcyclase (AC) und sind hauptsächlich an präsynaptischen Membranen zu finden. Das Prinzip der Signalübertragung ist dem der Gruppe I mGlu-Rezeptoren ähnlich.

Hemmung von Glutamat

Der Gegenspieler von Glutamat ist GABA (γ-Aminobuttersäure) und ist ebenfalls ein Neurotransmitter. GABA hemmt die Glutamatrezeptoren, indem es an diesen bindet. Im Gegensatz zu Glutamat ist GABA das biogene Amin der Glutaminsäure und wirkt inhibierend. Bindet GABA an GABA-Rezeptoren, wird die Freisetzung von Glutamat in den synaptischen Spalt gehemmt. Normalerweise sollten GABA und Glutamin im Gleichgewicht sein, damit es nicht zur Übererregung der Nervenzellen kommt.