Dành cho chuyên gia tổng quan về Glutamate – một chất dẫn truyền thần kinh

Glutamate

Ngoài các nhà khoa học y sinh, glutamate có lẽ được biết đến nhiều nhất là ở dạng monosodium glutamate (MSG, Natri glutamate) hay còn gọi là bột ngọt, được sử dụng như là chất làm tăng hương vị cho thực phẩm. Nó thường có trong hầu hết các cửa hàng thực phẩm lớn đi kèm với các loại phụ gia thực phẩm và gia vị khác. Một số người cũng có thể đã nghe đến thuật ngữ “hội chứng nhà hàng Trung Quốc”, biểu hiện là sự giảm huyết áp đột ngột dẫn đến ngất xỉu sau khi ăn phải thức ăn có nhiều gia vị. Nguyên nhân được cho là do sử dụng quá nhiều bột ngọt, nhưng điều này vẫn đang còn tranh cãi. Tuy nhiên, việc sử dụng glutamate như là một phụ gia thực phẩm không phải là lý do tạo ra những hứng thú khoa học lớn về glutamate.

Glutamate là chất dẫn truyền kích thích chính trong não

Động lực chính cho những nghiên cứu tầm cỡ thế giới đang diễn ra về glutamate là do vai trò của glutamate trong việc dẫn truyền tín hiệu trong hệ thống thần kinh của hầu hết tất cả những sinh vật sống phức tạp, bao gồm cả con người. Glutamate được coi là chất trung gian chính của các tín hiệu kích thích trong hệ thống thần kinh trung ương của động vật có vú và có liên quan đến hầu hết các hoạt động chức năng bình thường của bộ não bao gồm nhận thức, ghi nhớ và học tập.

Mặc dù glutamate có vai trò quan trọng trong não bộ, nó cũng là chất độc hại

Glutamate không chỉ làm trung gian cho rất nhiều thông tin, mà còn cả những thông tin điều hòa sự phát triển não bộ và thông tin quyết định sự sống còn của tế bào, phân biệt và loại bỏ cũng như hình thành và loại bỏ các điểm tiếp xúc thần kinh (synapse). Từ đó suy ra rằng glutamate phải có mặt đúng lượng, đúng lúc, đúng nơi. Glutamate quá nhiều và quá ít đều có hại. Điều này ngụ ý rằng glutamate vừa cần thiết vừa độc hại.

Phải mất một thời gian dài để nhận ra rằng glutamate là chất dẫn truyền thần kinh

Nghe có vẻ lạ nhưng phải mất một thời gian dài thì các nhà khoa học mới nhận ra rằng glutamate là chất dẫn truyền thần kinh, mặc dù nó đã được ghi nhận từ 70 năm trước là có rất nhiều trong não bộ và đóng một vai trò trung tâm trong quá trình chuyển hóa não. Trớ trêu thay, lý do cho sự chậm trễ dường như là do nó vốn dĩ đã có quá nhiều tầm quan trọng. Tùy khu vực mà mô não có thể chứa từ 5-15 mmol glutamate/kg, nhiều hơn so với bất kỳ axit amin nào khác. Glutamate là một trong 20 loại axit amin thường được sử dụng để tạo ra các protein và tham gia vào các hoạt động chức năng trao đổi chất điển hình như sản sinh năng lượng và giải độc amoniac. Do vậy trong quá khứ thật khó để tin rằng một hợp chất với rất nhiều chức năng và có mặt hầu như ở khắp mọi nơi với hàm lượng cao lại có thể có thêm vai trò như là chất dẫn truyền.

Cách glutamate hoạt động như chất dẫn truyền

Giống như các chất truyền tín hiệu khác (chất dẫn truyền thần kinh và hormone), tác dụng truyền tín hiệu của glutamate không phụ thuộc vào tính chất hóa học của glutamate, mà phụ thuộc vào cách thức mà tế bào được lập trình để phản ứng khi tiếp xúc với glutamate. Chỉ những tế bào có các protein thụ thể glutamate (“nơi thu nhận glutamate”) trên bề mặt của chúng mới nhạy cảm với glutamate. Glutamate thực hiện chức năng truyền tín hiệu của nó bằng cách gắn vào và kích hoạt các protein thụ thể. Một vài loại thụ thể glutamate đã được xác định là NMDA, AMPA/kainate và thụ thể hướng chuyển hóa (metabotropic receptor, mGluR).

Mặc dù mỗi loại thụ thể riêng biệt sẽ giới hạn ở một vị trí nhất định, nhưng chúng ta có thể tìm thấy thụ thể glutamate (loại này hay loại khác) hầu như ở khắp mọi nơi. Hầu hết các tế bào thần kinh, thậm chí cả các tế bào thần kinh đệm cũng có các thụ thể glutamate.

Glutamate phải được lưu giữ bên trong tế bào (nội bào)

Thoạt nhìn đây có lẽ là điều không tưởng. Tuy nhiên xem xét kỹ hơn sẽ nhận thấy rằng glutamate không có mặt ở khắp mọi nơi. Nó gần như chỉ có bên trong tế bào. Glutamate trong não có 99,99% là nằm trong nội bào là dẫn chứng cho hệ thống này. Điều này là rất cần thiết bởi vì các thụ thể glutamate chỉ có thể được kích hoạt bằng cách liên kết với glutamate từ bên ngoài. Do đó, glutamate là khá thụ động miễn là nó còn nằm trong nội bào.

Thể tích của các tế bào não và các mạng lưới hình thành bởi sự giản nở hòa lẫn lẫn nhau của tế bào não, chiếm khoảng 80% thể tích mô não. Mạng lưới này nằm trọn vẹn trong một loại chất lỏng, là dịch ngoại bào  và chiếm 20% còn lại của thể tích mô não. Hàm lượng glutamate bình thường (trạng thái nghỉ) trong chất lỏng này thấp, chỉ một vài micromolar (μmol). Ngược lại, nồng độ glutamate bên trong tế bào là cao hơn vài nghìn lần, vào khoảng 1-10 milimolar (mmol). Nồng độ glutamate cao nhất được tìm thấy trong phần đầu tận cùng của sợi dây thần kinh (nerve terminal) và nồng độ bên trong túi synapse có thể cao đến 100 millimolar.

Các chất vận chuyển glutamate giúp loại bỏ glutamate từ dịch ngoại bào

Theo mô tả ở trên, các cơ chế có thể duy trì nồng độ glutamate ngoại bào ở mức thấp rất cần thiết cho chức năng não. Cơ chế duy nhất (quan trọng) để loại bỏ các glutamate ra khỏi dịch ngoại bào là sự hấp thu glutamate của tế bào. Sự hấp thu này được điều hòa bởi một họ các protein vận chuyển đặc biệt hoạt động như những máy bơm. Những protein này bám lấy glutamate, từng phân tử một, và chuyển chúng vào các tế bào. Cũng giống như sự phong phú của glutamate và sự có mặt khắp nơi của các thụ thể glutamate, mô não cũng có hoạt tính hấp thu glutamate rất cao. Điều này đã được ghi nhận năm 1949, mặc dù tầm quan trọng thực sự của nó đã không được công nhận cho đến sau khi hoạt tính kích thích của glutamate được phát hiện vào những năm 1950 và 1960.

Glutamate được hấp thu vào cả các tế bào thần kinh đệm lẫn phần cuối của sợi trục thần kinh. Nếu xét về mặt định lượng, thì sự hấp thu của glutamate vào các tế bào thần kinh đệm quan trọng hơn là sự hấp thu của nó vào phần cuối của sợi trục thần kinh. Glutamate được hấp thu vào các tế bào đệm sẽ chuyển hóa thành glutamine. Glutamine không có hoạt tính bởi vì nó không thể kích hoạt các thụ thể glutamate, và được giải phóng khỏi tế bào thần kinh đệm đi vào dịch ngoại bào. Những phần cuối của sợi trục thần kinh sẽ hấp thụ glutamine và chuyển đổi glutamine lại thành glutamate. Quá trình này được gọi là glutamate-glutamine, và quan trọng bởi vì nó làm glutamate bị bất hoạt bởi các tế bào thần kinh đệm và vận chuyển trở lại tế bào thần kinh dưới dạng bất hoạt (không độc).

Nguồn:

http://neurotransporter.org/glutamate.html