4.1.2.6. Desarrollo del metabolismo del glutamato

     El glutamato es el principal neurotransmisor excitatorio del sistema nervioso central y se sintetiza principalmente por transaminación a aspartato, vía aspartato aminotransferasa (ASAT). Otras posibles rutas sintéticas, a saber, la desaminación oxidativa, vía glutamato deshidrogenasa (GDH) y descarboxilación del GABA, vía GABA a-cetoglutarato transaminasa (GABA-T) son mucho menos activas. Esto se refleja en que el antiporte glutamato-aspartato es más rápido que el sistema glutamato-OH^-. También explica la cinética observada para la oxidación del glutamato en presencia de malato.
    La actividad de las enzimas relacionadas con el metabolismo de glutamato, es decir, aspartato aminotransferasa (ASAT) (EC 2.6.1.1), la glutamato deshidrogenasa (GDH) (EC 1.4.1.3) y la glutamina sintetasa (GS) (EC 6.3.1.2), aumenta en el cerebro en desarrollo, no muestran una correlación directa con las enzimas del ciclo de los ácidos tricarboxílicos.
    La aspartato aminotransferasa (ASAT) ha sido propuesta como una enzima marcadora de neuronas que utilizan aminoácidos como neurotransmisores, especialmente las glutaminérgicas. La principal ruta del catabolismo de la glutamina incluye la ASAT, la cual genera a-cetoglutarato. Esta reacción aumenta con la omisión de glucosa del medio de incubación de sinaptosomas aislados de cerebro de rata. La presencia de b-metilen-DL-aspartato (b-MA), un inhibidor irreversible de la ASAT, inhibe el metabolismo energético de astrocitos y neuronas en cultivo primario. Estos resultados señalan que la ASAT esta presente en neuronas y astrocitos en cultivo primario, y que por lo tanto no puede ser utilizada como enzima marcadora de neuronas. Por otro lado, la inhibición de la ASAT en cultivos primarios de astrocitos de cerebro de ratón con aminooxiacetato (AOA) no afecta la formación de a-cetoglutarato, lo que indica que este sustrato no utiliza la vía de la transaminación sino que se forma por desaminación oxidativa a través de la GDH.
    La glutamato deshidrogenasa (GDH), enzima reversible cataliza la conversión de a-cetoglutatato en glutamato se habia considerado una enzima marcadora de mitocondrias. Sin embargo, se ha demostrado su presencia en el núcleo de cerebro de rata. La enzima se desarrolla desde los 8 días antes del parto hasta los 21 días de vida postnatal, cuando se alcanza la actividad del adulto. Las mitocondrias no sinápticas sintetizan glutamato a través de la GDH, al doble de velocidad que las mitocondrias sinápticas siempre y cuando el precursor del a-cetoglutarato endógeno sea piruvato para  pero con velocidades similares cuando el a-cetoglutarato es exógeno. Esto a pesar que la máxima actividad de la GDH (70%) en las mitocondrias sinápticas. GDH es una enzima altamente reguladora y su actividad in situ  puede ser controlada por muchos factores. La actividad de la GDH es 2-5 veces más baja en neuronas que en astrocitos.
    En contraste, la actividad de la glutaminasa (PAG) (EC 3.5.1.2), enzima que cataliza la conversión de la glutamina en glutamato y amonio, es 3-12 veces más alta en neuronas que en astrocitos, siendo propuesta como marcadora de neuronas. La glutaminasa (PAG) ha sido localizada en las mitocondrias, es inhibida por altas concentraciones de glutamato y ión amonio y activada por la presencia de fosfato. La actividad de la enzima incrementa ligeramente en función de la edad. La actividad de la PAG en astrocitos es similar en el neonato que en el cerebro adulto.
   La glutamina sintetasa (GS) esta implicada en la destoxificación del amonio en el cerebro. Esta enzima se encuentra exclusivamente en los astrocitos y, en estos, específicamente en el citosol. La actividad de la enzima aumenta hasta las dos primeras semanas de vida postnatal. Los niveles de la actividad de la GS estan relacionados con la maduración de los astrocitos por lo que se ha propuesto que la GS puede ser utilizada como una enzima marcadora de la maduración de los astrocitos. Sin embargo, no hay un apreciable incremento de la actividad de esta enzima en cultivos primarios de astrocitos, indicando que la diferenciación de estas células está seriamente limitada en cultivo. No obstante, la magnitud de este efecto se disminuye en cocultivos con neuronas, que inducen la actividad de la GS en los astrocitos. Estos resultados sugieren que, durante el desarrollo, las neuronas juegan un papel importante en la diferenciación de los astrocitos. Por otro lado, experimentos de resonancia magnetica nuclear (NMR) con [1-¹³C]-glucosa, han puesto de manifiesto que los astrocitos en cultivo liberan glutamina al medio , lo que indica que in vitro  existe actividad de la GS.
    La GABA a-cetoglutarato transaminasa (GABA-T) (EC 2.6.1.19), es la única enzima que degrada el GABA para formar glutamato y semialdehído succínico. La enzima ha sido localizada en mitocondrias de neuronas y más concentrada en mitocondrias de astrocitos. La actividad de esta enzima, al igual que las enzimas relacionadas con el ciclo del GABA, es alta en el momento del nacimiento y disminuye progresivamente hasta la vida adulta.
    La glutamato descarboxilasa (GAD) (EC 4.1.1.15), convierte el glutamato en GABA. La GAD sido localizada en el citosol y la presencia de Ca⁺² hace que se una facilmente a las membranas. La enzima esta más concentrada en neuronas GABAérgicas, las más comunes en el cerebro y en cultivos primarios, por lo tanto, es utilizada como una enzima marcadora de neuronas. Devolver