Glutamat: Definition und Wirkung

Glutamat ist vor allem als Geschmackverstärker bekannt und häufig negativ konnotiert. Es handelt sich dabei allerdings um eine natürliche Aminosäure, die der Körper selbst herstellen kann und die in vielen Lebensmitteln wie Tomaten, Fleisch oder Käse vorhanden ist. Glutamat spielt eine essentielle Rolle im zentralen Nervensystem, der Entgiftung von Ammoniak und im Aminosäurestoffwechsel. Dieser Artikel beschäftigt sich eingehend mit den physiologischen Reaktionen und geht auf die Rolle von Glutamat als Geschmacksverstärker ein.

Glutamat – Definition

Glutamate sind die ionisierte Form, also Ester oder Salze, der Glutaminsäure. Beide Begriffe verwendet man daher häufig synonym. Salze der L-Glutaminsäure finden häufig Anwendung als Geschmacksverstärker. Zu diesen zählen vorwiegend das Natriumsalz (Mononatriumglutamat, E 621), weiterhin das Monokaliumglutamat (E 622), Calciumdiglutamat (E 623), Monoammoniumglutamat (E624) und Magnesiumdiglutamat (E 625).

Chemisch gesehen hat Glutaminsäure die Summenformel C₅H₉NO₄. Seine molare Masse umfasst 147,13 Gramm pro Mol.

Vorkommen in Lebensmitteln

Glutaminsäure ist eine Aminosäure und kommt in zahlreichen Lebensmitteln natürlicherweise vor. Auch der Körper bildet selbst Glutaminsäure aus alpha-Ketoglutarat und einem Ammoniumion. Casein mit fast 24 Prozent Glutamat-Anteil und Weizen mit 31 Prozent sind besonders reich an Glutaminsäure.

Proteasen setzen Glutamat aus Proteinen in Lebensmitteln frei. Vorgänge wie Garen, Fermentieren oder Trocknen verstärken durch Risse in der Zellmembran diese Reaktionen. Das entstandene Glutamat nennt man freies Glutamat, während das in Lebensmitteln vorhandene als gebundene Glutaminsäure bezeichnet wird.

Insbesondere in Tomaten, Käse, Fleisch und Shiitake und Würzsaucen wie Sojasauce ist viel freies Glutamat enthalten. In der menschlichen Muttermilch ist Glutaminsäure die häufigste Aminosäure.

Glutamat – Wirkung und Physiologie

Die Wirkung von Glutaminsäure entfaltet sich vor allem im zentralen Nervensystem (ZNS). Dort ist es ein sehr wichtiger erregender Neurotransmitter. An den postsynaptischen Nervenzellen gibt es entsprechend spezielle Glutamatrezeptoren.

Ein wichtiger physiologischer Ablauf dafür ist der sogenannte Glutamatzyklus oder auch Glutamat-Glutamin-Zyklus. Dieser beschreibt die Umwandlung und den Transport von Glutaminsäure im ZNS, ist aber auch Teil des Entgiftungsprozesses von Ammoniak in der Leber.

Im Nervensystem sind die Hauptakteure Neuronen und Gliazellen. Astrozyten nehmen über Membrantransporter (EAAT1 und EAAT2) Glutamat aus dem synaptischen Spalt auf. Mit Hilfe der Glutaminsynthetase wandelt sie es zu Glutamin um. Anschließend können präsynaptische Nervenendigungen Glutamin über entsprechende Transporter wiederaufnehmen und über die Glutaminase zu Glutamat umwandeln. Die Glutaminsäure wird in der Präsynapse in Vesikeln gespeichert und bei Bedarf in den synaptischen Spalt abgegeben werden.

In der Leber baut dieser Zyklus Ammoniak ab, wenn ein Mangel an Bikarbonat herrscht. Die Glutaminsynthetase katalysiert dabei die Reaktion von Ammonium mit Glutamat zu Glutamin. Die Entgiftung von Ammoniak kann jedoch grundlegend in allen Geweben von Bedeutung sein, insbesondere auch im Gehirn. Glutamat entsteht im Rahmen des Citratzyklus aus alpha-Ketoglutarat und Ammoniak über die Glutamatdehydrogenase. Dieses Glutamat kann wiederum über die Glutaminsynthese wie beschrieben zu Glutamin reagieren.

Neben diesem wichtigen Zyklus dient Glutaminsäure als Vorstufe für die Synthese von Gamma-Aminobuttersäure (GABA), wobei es sich um einen der wichtigsten hemmenden Neurotransmitter handelt. Auch in der Netzhaut ist Glutaminsäure an Transmitterabläufen beteiligt.

Zudem soll L-Glutamat hilfreich für den Muskelaufbau und das Immunsystem sein, aussagekräftige Studien an Menschen fehlen aber zu diesem Thema noch.

Transaminierungsreaktionen

Im Aminosäurestoffwechsel ist Glutaminsäure nicht wegzudenken. Über verschiedene Reaktionen kann der Körper Glutamat selbst synthetisieren. Gleichzeitig können die Prozesse überschüssige Aminosäuren durch Übertragung ihrer Aminogruppen abbauen. Besonders die Transaminierung von Glutamat nimmt einen hohen Stellenwert im Aminosäurestoffwechsel ein und bildet eine Brücke zwischen diesem und anderen Stoffwechselwegen wie dem Citratzyklus.

Bei der Transaminierung handelt es sich um einen reversiblen, also umkehrbaren, biochemischen Prozess. Bei diesem wird eine Aminogruppe zwischen Glutamat und einer alpha-Ketosäure ausgetauscht. Zwei Transaminasen, die Alanin-Aminotransferase (ALT) und Asparat-Aminotransferase (AST), katalysieren diese Reaktionen.

Zur Glutamatsynthese überträgt eine Aminosäure ihre Aminogruppe auf alpha-Ketoglutarat, wodurch Pyruvat und Glutamat entsteht. Diese Reaktion katalysiert ALT. Den Abbau von Glutamat übernimmt AST. Hierbei gibt Glutamat seine Aminogruppe an eine Ketosäure ab. Beispielsweise entstehen so aus Glutamat und Oxalacetat die Produkte alpha-Ketoglutarat und Aspartat.

Die Desaminierung bildet die Verbindung zum Harnstoffzyklus. Das Enzym Glutamat-Dehydrogenase kann die Aminogruppe von Glutaminsäure direkt abspalten. Dadurch entsteht alpha-Ketoglutarat und Ammoniak, der im Harnstoffzyklus weiterverarbeitet werden kann.

Glutamat als Geschmacksverstärker

Glutamat wird in Lebensmitteln häufig als Geschmacksverstärker genutzt. Der japanische Wissenschaftler Kikunae Ikeda entdeckte zu Beginn des 20. Jahrhunderts die Geschmacksrichtung “umami” (deutsch “wohlschmeckend”). Glutamat ruft ebendiese Geschmackskomponente hervor. Am häufigsten findet Mononatriumglutamat Anwendung, das chemisch mit dem körpereigenen Glutamat identisch ist. EU-weit ist es als Zusatzstoff zugelassen und darf in einem Lebensmittel bis zu zehn Gramm pro Kilogramm vorkommen. Dadurch werden die Lebensmittel würziger und schmackhafter.

Man findet Glutaminsäure häufig in Fertiggerichten wie Tiefkühlprodukten, Gewürzmischungen, Dosensuppen oder Fleisch- und Fischprodukten.

Seit längerer Zeit steht Glutamat öfter in der Kritik, an der Entstehung von Krankheiten wie Alzheimer oder Parkinson beteiligt zu sein. Bei diesen steht der Verlust von Nervenzellen im Vordergrund. Auch die sogenannte “Chinarestaurant-Sydnrom” sorgte für Aufregung in den 70ern. Nach Genuss von chinesischem Essen, das entsprechend der Kultur viel Glutaminsäure enthält, beklagten sich Gäste unter anderem über Kribbeln und Taubheit in Armen, Nacken und Rücken. Studien fanden allerdings seitdem keinen nachgewiesenen Zusammenhang zwischen den Symptomen und dem Konsum von Glutamat.

Auch nach aktuellem Forschungsstand kann Glutaminsäure die Blut-Hirn-Schranke selbst bei hoher Konzentration nicht überwinden. Das Gehirn muss zum Versorgen selbst Glutamat bilden. Ein negativer Einfluss auf das ZNS durch den Geschmacksverstärker Glutamat ist daher eher unwahrscheinlich. Viel wahrscheinlicher scheint momentan jedoch der Zusammenhang zwischen künstlichen Geschmacksverstärkern und Übergewicht, wie eine US-amerikanische Studie erkannte.

Bei gesunden Menschen, die sich ausgewogen ernähren, sollte Glutaminsäure in der Regel allerdings keine negativen Effekte verursachen. Glutamat wurde deshalb als unbedenklich eingestuft.

Allergie und Unverträglichkeit

Das genannte “Chinarestaurant-Syndrom” kann auf einer Überempfindlichkeitsreaktion auf Glutaminsäure basieren. Eine echte Glutamat-Allergie kommt hingegen sehr selten vor. Symptome dieses Syndroms umfassen Hautausschläge und Juckreiz, Kopfschmerzen, Übelkeit und Erbrechen, Taubheitsgefühle sowie ein Schwächegefühl, Zittern und Engegefühl in der Brust.

Diese Symptome treten sowohl beim Verzehr von Lebensmitteln mit zugesetzter Glutaminsäure, als auch bei Lebensmitteln auf, die natürlicherweise Glutaminsäure enthalten, wie etwa Tomaten oder Parmesan.

Betroffenen wird geraten, auf Lebensmittel mit zugesetztem Glutamat zu verzichten und solche mit natürlicher Glutaminsäure zu reduzieren.