Glutamat

Glutamat ist das Salz der Glutaminsäure. Glutaminsäure ist eine Aminosäure, die auch im menschlichen Körper vorkommt. Sie ist bespielsweise Bestandteil zahlreicher Proteine. Glutamat kennt man vielleicht als verteufelten Geschmacksverstärker in Lebensmitteln. Es kommt allerdings auch auf natürlicher Weise in Lebensmitteln vor. 

Glutamat Glutamat

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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsangabe

    Beispiele für natürlich glutamathaltige Lebensmittel sind Parmesan, Tomaten und Soja.

    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.

    Exogen bedeutet, dass sich ein Stoff außerhalb eines Organismus bzw. außerhalb des Körpers befindet. Exogen wird meistens in dem Zusammenhang verwendet, dass äußere Umwelteinflussfaktoren auf den Organismus einwirken oder in ihn eindringen.

    Endogen hingegen bedeutet, dass sich etwas schon in dem Körper befindet. Auch hier spricht man häufig von Stoffen und Einflüssen. Unter endogenem Glutamat versteht man also Glutamat, das nicht von außen zugeführt, sondern im Körper gebildet wurde.

    Es wird also zwischen exogen zugeführtem und endogen gebildetem Glutamat unterschieden.

    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.

    Glutamat ist eine Aminosäure und das Salz der Glutaminsäure. Es ist der am häufigsten auftretende Neurotransmitter im menschlichen Körper und fungiert in der Lebensmittelindustrie als Geschmacksverstärker. Die Geschmacksrichtung, die Glutamat anspricht, ist Umami.

    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.

    Strukturformel Mononatriumglutamat Glutamat StudySmarterAbbildung 1: Strukturformel Mononatriumglutamat

    Das Molekül nennt man Mononatriumglutamat, da ein (mono) Natrium-Ion durch die einfach positive Ladung mit einem einfach negativ geladenen Sauerstoff-Ion des Glutamat-Moleküls eine Ionenbindung eingeht. Wie genau das aussieht, ist in Abbildung 1 zu erkennen.

    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.

    "Umami" ist japanisch und bedeutet "köstlich".

    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.

    Ob Glutamat in Lebensmitteln enthalten ist, kann man an der Zutatenliste erkennen. Hersteller müssen dies nämlich aufführen. Allerdings kann es verschiedene Bezeichnungen haben, die Verbraucher nicht immer sofort als Glutamat identifizieren.

    Unter diesen E-Nummern wird Glutamat aufgelistet: E620 (L-Glutaminsäure), E621 (Mononatriumglutamat), E622 (Monokaliumglutamat), E623 (Calciumdiglutamat), E624 (Monoammoniumglutamat) und E625 (Magnesiumdiglutamat). Es kann aber auch sein, dass entweder Hefe oder Hefeextrakt statt Glutamat auf der Zutatenliste steht.

    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.

    Pseudoallergien sind keine echten Allergien, sondern nur scheinbare Allergien. Sie verursachen keine Freisetzung von Antikörpern des Typs IgE. Bei einer echten Allergie wären die IgE-Antikörper im Blut nachweisbar.

    Antikörper sind Eiweißstrukturen des Immunsystems und werden bei Allergien vom Körper als Reaktion auf ein sogenanntes Antigen gebildet. Das Antigen stellt den Erreger oder im Falle einer Allergie einen vermeintlichen Erreger dar. Antikörper können an das Antigen binden und markieren so den Antikörper-Antigen-Komplex für Fresszellen.Auch wenn die Symptome, denen einer echten Allergie ähneln, sind Pseudoallergien in der Regel nicht so gefährlich wie Allergien. Symptome von Pseudoallergien können beispielsweise Nesselsucht, asthmatische Atembeschweren oder Magen-Darm-Beschwerden sein.

    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.

    Neurotransmitter sind Botenstoffe, die als Überträger von elektrischen Signalen zwischen Nervenzellen (Neuronen) vermitteln. Das elektrische Signal am ersten Neuron mündet in chemische Signale, indem beispielsweise Glutamat in den synaptischen Spalt ausgeschüttet wird. Das wiederum bewirkt eine Umwandlung dieses chemischen Signals in ein elektrisches Signal an der zweiten Nervenzelle. Neutransmitter bewirken also eine Reizweiterleitung.

    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.

    Gliazellen sind Zellen des Nervensystems. Sie sind neben den Nervenzellen an der Signalweiterleitung beteiligt und übernehmen verschiedenste Aufgaben.

    Gliazellen können z. B. eine isolierende Funktion einnehmen und somit zu einer schnelleren Signalübertragung beitragen. Gliazellen wirken isolierend, indem sie Neuronen mit einer Myelinschicht umgeben. Diese beschleunigt die Übertragung der Elektronen am Axon. Dann werden sie auch Schwann'sche Zellen genannt.

    Andererseits haben sie eine gewisse Stützfunktion im Nervensystem und sorgen für die Nährstoffversorgung der Neuronen.

    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.

    Transmembranproteine durchqueren beide Phospholipidschichten einer Biomembran. Das Membranprotein ragt also auf beiden Seiten der Membran heraus.

    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.

    Glutamat Aktivierung von NMDA-Rezeptoren StudySmarterAbbildung 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.

    Die synaptische Plastizität ist die Neubildung von neuronalen Vernetzungen je nach Verwendung. Man geht davon aus, dass NMDA- und AMDA-Rezeptoren durch Langzeitpotenzierung und synaptischer Plastizität am Lernprozess im Gehirn beteiligt sind.

    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.

    Ein second messenger bedeutet "sekundärer Botenstoff". Sie dienen hauptsächlich der intrazellulären Signalweiterleitung, indem sie andere Moleküle aktivieren.

    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.

    Glutamat Synapse mit AMPA-Rezeptoren StudySmarterAbbildung 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.

    G-Proteine sind Proteine, die GTP, eine Energieform wie ATP, binden. Sie können GTP zu GDP + P umwandeln, wodurch verschiedene nachgeschaltete Prozesse in der Zelle aktiviert oder inhibiert werden.

    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.

    Glutamat Signalübertragung eines mGluR der Gruppe StudySmarterAbbildung 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.

    Glutamat - Das Wichtigste

    • Glutamat ist das Salz der Glutaminsäure, welche eine wichtige Aminosäure für den Menschen darstellt.
    • Es gibt exogenes und endogenes Glutamat. Exogenes Glutamat ist beispielsweise in Lebensmitteln enthalten und wurde bisher eher negativ betrachtet.
    • Endogenes Glutamat wirkt als Neurotransmitter und wird vom Körper selbst hergestellt.
    • Glutamat ist der bedeutendste und am häufigsten auftretende, exzitatorische (= anregende) Neurotransmitter im zentralen und peripheren Nervensystem des Menschen.
    • Glutamat bindet an Glutamatrezeptoren in postsynaptischen Membranen von Neuronen. Die Rezeptoren können in ionotrop und metabotrop eingeteilt werden.
    • Ionotrope Rezeptoren sind Ionenkanäle, während metabotrope Rezeptoren G-Protein gekoppelte Rezeptoren sind.
    • Glutamat wird durch GABA gehemmt, indem GABA die Ausschüttung von Glutamat in den synaptischen Spalt verhindert.
    Häufig gestellte Fragen zum Thema Glutamat

    Welche Funktion hat Glutamat?

    Endogenes Glutamat ist ein wichtiger erregender Neurotransmitter im peripheren und zentralen Nervensystem. 

    Exogenes Glutamat wird vor allem in der asiatischen Küche zur Intensivierung des Geschmacks von Speisen eingesetzt. Die dazugehörige Geschmacksrichtung heißt "umami".

    Wie wirkt Glutamat als Geschmacksverstärker?

    Glutamat erregt die Geschmacksrezeptoren auf der Zunge, die der Geschmacksrichtung umami zugeordnet werden. Dadurch schmecken herzhafte Speisen intensiver und würziger.

    Was ist schlecht an Glutamat?

    Dass Glutamat schädlich ist, ist ein Mythos, der durch einen offenen Brief eines Arztes ausgelöst wurde. Es gibt weder eine Glutamat Allergie, noch kann es Schäden im Gehirn verursachen. Exogenes Glutamat kann nicht die Blut-Hirn-Schrank überqueren. Deshalb wird es als unschädlich angesehen, glutamathaltige Speisen zu sich zu nehmen.

    Was hemmt Glutamat?

    Die Wirkungen von Glutamat können durch seinen Gegenspieler "GABA" gehemmt werden. GABA verhindert durch binden an spezifische GABA-Rezeptoren, dass Glutamat in den synpatischen Spalt ausgeschüttet wird.

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