Henri Braconnot (1780-1855). Πρώτος απομόνωσε τη γλυκίνη από το προϊόντα όξινης υδρόλυσης της ζελατίνης.

Auguste André Thomas Cahours(1813-1891). Διευκρίνισε τον τύπο της γλυκίνης και τη συνέθεσε στο εργαστήριο.

Η γλυκίνη κρυσταλλώνεται σε διάφορες μορφές (πολυμορφικοί κρύσταλλοι). Από αριστερά προς τα δεξιά: (1) Κοινή μικροκρυσταλλική μορφή γλυκίνης του εμπορίου [πηγή]. (2) Οι μονοκλινείς κρύσταλλοί της όπως φαίνονται στο μικροσκόπιο [πηγή]. (3) Μεγάλοι κρύσταλλοι γλικίνης α- (ανακρυστάλλωση από νερό) και γ-μορφής (ανακρυστάλλωση της από υδατικά διαλύματα οξικού οξέος ή αμμωνίας) [Αναφ. 3ε].

Αμινοξέα: Οι δομικοί λίθοι των πρωτεϊνών [Αναφ. 3] Τα αμινοξέα είναι οργανικά οξέα που περιέχουν μια αμινομάδα (-ΝΗ2) σε α-θέση ως προς την καρβοξυλική ομάδα (-COOH), δηλαδή έχουν τον γενικό τύπο H2NCHRCOOH, όπου R είναι μια οργανική ομάδα. Τα διάφορα αμινοξέα διαφέρουν μόνο ως προς την ομάδα R, που μπορεί να είναι (στην απλούστερη περίπτωση) ένα άτομο υδρογόνου (στο αμινοξύ γλυκίνη) έως μια σχετικώς μεγάλη ετεροκυκλική ομάδα (στο αμινοξύ θρυπτοφάνη). Ο γενικός τύπος H2NCHRCOOH δεν ισχύει μόνο για το αμινοξύ προλίνη, το οποίο διαθέτει μια δευτεροταγή αμινομάδα (-ΝΗ-). Τα κύρια αμινοξέα που χρησιμοποιούνται από τα κύτταρα για τη βιοσύνθεση των πρωτεϊνών είναι 20. Οι χημικοί τύποι των αμινοξέων αυτών, η ονομασία τους, όπως και οι δύο τρόποι συντομογραφίας τους (με 3 και 1 γράμματα) δείχνονται παρακάτω (περισσότερες πληροφορίες πληροφορίες για τις συντομογραφίες των αμινοξέων μπορούν να αναζητηθούν στην [Αναφ. 3β] ). [Παρατήρηση: Συχνά, τα πρωτεϊνογόνα αμινοξέα, αναφέρονται ως 21, αν ληφθεί υπόψη και η σεληνοκυστεΐνη (selenocysteine), με την ίδια δομή της κυστεΐνης, αλλά με Se στη θέση του S, ένα αμινοξύ που συναντάται σπανίως σε ορισμένες πρωτεΐνες. Στα αμινοξέα που συνθέτουν τις πρωτεΐνες (όχι όμως "πρωτεϊνογόνα") περιλαμβάνονται δύο επιπλέον αμινοξέα, που είναι προϊόντα οξείδωσης πρωτεϊνογόνων αμινοξέων: η 3-υδροξυ-προλίνη (2-hydroxy-proline) προϊόν υδροξυλίωσης της προλίνης) και η κυστίνη (cystine) προϊόν οξειδωτικού διμερισμού της κυστεΐνης.] Κατάταξη αμινοξέων σε ομάδες Τα αμινοξέα κατατάσσονται σε κατηγορίες ανάλογα με διάφορες ιδιότητές τους (βιοχημικές-διατροφικές, χημικές): Διατροφική σημασία: 'Ολα τα αμινοξέα είναι απαραίτητα για τη βιοσύνθεση πρωτεϊνών, ωστόσο ανάλογα με τον οργανισμό, πολλά αμινοξέα μπορούν να βιοσυντεθούν από άλλα μόρια, ενώ άλλα πρέπει να ληφθούν oπωσδήποτε μέσω της τροφής (ως προϊόντα αποικοδόμησης των προσλαμβανόμενων φυτικών ή ζωικών πρωτεϊνών), διότι είτε βιοσυντίθενται σε πολύ μικρότερες από τις απαιτούμενες ποσότητες είτε και καθόλου. Τα πρώτα αναφέρονται ως μη απαραίτητα αμινοξέα (non-essential amino acids) και τα δεύτερα ως απαραίτητα αμινοξέα (essential amino acids). Για τον άνθρωπο, τα μη απαραίτητα αμινοξέα είναι τα: Ala, Arg, Asn, Asp, Cys, Gln, Glu, Gly, His, Pro, Ser, Tyr, ενώ απαραίτητα είναι τα: Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Thr, Trp, Val. Ωστόσο, θα πρέπει να σημειωθεί ότι η διάκριση αυτή δεν είναι απόλυτη, δεδομένου ότι ορισμένα μη απαραίτητα αμινοξεά (όπως τα: Arg, Cys, His και Tyr) μπορούν να θεωρηθούν ως απαραίτητα για νεαρά άτομα, στα οποία δεν έχουν αναπτυχθεί πλήρως οι μηχανισμοί βιοσύνθεσής τους. Ουδέτερα-όξινα-βασικά αμινοξέα: Τα αμινοξέα, ανάλογα με τη χημική φύση της ομάδας R (παρουσία όξινων ή βασικών ομάδων) διακρίνονται σε ουδέτερα, όξινα και βασικά. Ουδέτερα αμινοξέα είναι τα: Ala, Asn, Cys, Gln, Gly, Ile, Leu, Met, Phe, Pro, Ser, Thr, Try, Tyr, όξινα είναι τα: Asp, Glu και βασικά είναι τα: Arg, His, Lys. Απολικά-πολικά αμινοξέα: Ανάλογα με την παρουσία ή απουσία πολικών ομάδων στην ομάδα R, τα αμινοξέα κατατάσσονται σε απολικά (non-polar) και πολικά (polar) αμινοξέα. Απολικά αμινοξέα είναι τα: Ala, Cys, Gly, Ile, Leu, Met, Phe, Ser, Try, Val και πολικά είναι τα: Arg, Asn, Asp, Gln, Glu, His, Lys, Ser, Thr, Tyr.

Adolf Strecker, 1822-1871.

Διάγραμμα κατανομής των σωματιδίακών μορφών της γλυκίνης σε υδατικό διάλυμα ως συνάρτηση του pH.

 

Βιοσύνθεση και βιοδιάσπαση της γλυκίνης [Αναφ. 6]

Η γλυκίνη δεν είναι απαραίτητο συστατικό αμινοξύ της ανθρώπινης διατροφής, αφού μπορεί να βιοσυντεθεί στο ανθρώπινο σώμα από το αμινοξύ σερίνη (serine). Η σερίνη προέρχεται από το 3-φωσφογλυκερινικό οξύ (3-phosphoglyceric acid, 3PG), ενδιάμεσο βιοχημικών κύκλων, όπως του κύκλου της γλυκόλυσης (βλ. Χημική ένωση του μήνα: 5'-Αδενοσινο-τριφωσφορικό οξύ (ATP)). Η αμινομάδα της σερίνης προέρχεται από ένα άλλο αμινοξύ, το γλουταμικό οξύ (glutamic acid) το οποίο οξειδώνεται προς α-κετογλουταρικό οξύ με έναν τυπικό μηχανισμό διαμίνωσης (transamination). Στη συνέχεια, η υδροξυμεθυλομάδα (-CH2OH) της σερίνης αντικαθίσταται από ένα άτομο υδρογόνου με τη βοήθεια του ενζύμου υδροξυμεθυλο-τρανσφεράση της σερίνης (serine hydroxymethyltransferase, SHMT). Συνοπτικά, η βιοσύνθεση γλυκίνης μπορεί να αποδοθεί από την ακόλουθη αλληλουχία αντιδράσεων:

Το ζεύγος των ενώσεων THF (C19H23N7O6) και m-THF (C20H23N7O6) είναι παράγωγα του φυλλικού οξέος (βλ. Χημική ένωση του μήνα: Φυλλικό οξύ) και δρα ως οξειδωτικός συμπαράγοντας (co-factor). Είναι χαρακτηριστικό το γεγονός ότι οι μοριακοί τους τύποι διαφέρουν κατά ένα άτομο C:

Η παραπάνω οδός βιοσύνθεσης της γλυκίνης δεν καλύπτει πλήρως τις ανάγκες του οργανισμού σε γλυκίνη για τη σύνθεση κολλαγόνου. Συμπληρωματική βιοσύνθεση γλυκίνης μέσω διαφορετικής οδού πραγματοποιείται στο ήπαρ των σπονδυλωτών οργανισμών. Εκεί, η σύνθεση της γλυκίνης καταλύεται από τη συνθάση της γλυκίνης, ένα σύμπλεγμα πρωτεϊνών γνωστό και ως "σύμπλεγμα σχάσης της γλυκίνης" (glycine cleavage complex), μέσω της αντίδρασης (που μπορεί να καταστεί και αντιστρεπτή), η οποία συνολικά μπορεί να αποδοθεί από την ακόλουθη ισορροπία:

CO₂  +  NH₄⁺  +  N⁵,N¹⁰-μεθυλενοτετραϋδροφυλλικό οξύ  +  NADH  +  H⁺    γλυκίνη  +  τετραϋδροφυλλικό οξύ  +  NAD⁺

'Αλλοι βιοχημικοί μηχανισμοί που οδηγούν στον σχηματισμό γλυκίνης, είναι η αμίνωση του γλυοξυλικού οξέος (glyoxylic acid, OHC-COOH) και αποσύνθεση της θρεονίνης (threonine) προς γλυκίνη και ακεταλδεΰδη.

Κατά τη βιοσύνθεση των πρωτεϊνών τη γλυκίνη κωδικεύουν τα κωδικόνια (codons) GGU, GGC, GGA και GGG του RNA. Γενικά, η γλυκίνη συναντάται στις πρωτεΐνες σε μικρές αναλογίες σε σχέση με τα άλλα πρωτεϊνογόνα αμινοξέα, με μόνη εξαίρεση τις πρωτεΐνες κολλαγόνο και φιβροΐνη, που είναι πρωτεΐνες στηρικτικού και συνδετικού χαρακτήρα και μόνο.

Η γλυκίνη στον οργανισμό μετέχει στη σύνθεση των πρωτεϊνών και επειδή πρόκειται για μικρό μόριο, η παρουσία της προσδίδει μια ευκαμψία στην αλυσίδα των αμινοξέων των πρωτεϊνών. Κατά κανόνα, η ευκαμψία αυτή είναι ανεπιθύμητη και για τον λόγο αυτό η παρουσία γλυκίνης στις πρωτεΐνες είναι περιορισμένη και κατά κανόνα ως αμινοξύ εντοπίζεται σε μη κρίσιμα από άποψη δραστικότητας τμήματά τους. Επιπλέον, λόγω του μικρού μεγέθους της, η γλυκίνη μπορεί να βρεθεί τόσο σε λιπόφιλες, όσο και υδρόφιλες περιοχές των μορίων των πρωτεϊνών.

 

Βιοδιάσπαση της γλυκίνης. Στο ζωικό και στο φυτικό βασίλειο η γλυκίνη βιοδιασπάται μέσω τριών διαφορετικών οδών. Στην πρώτη εμπλέκεται το ένζυμο αποκαρβοξυλάση της γλυκίνης (glycine decarboxylase) και η αντίδραση βιοδιάσπασής της αποδίδεται συνοπτικά από την ακόλουθη αντίδραση, η οποία είναι η αντίστροφη εκείνης της σύνθεσής της στο ήπαρ:

Η δεύτερη οδός βιοδιάσπασης της γλυκίνης πραγματοποιείται σε δύο στάδια: (α) η γλυκίνη μετατρέπεται σε σερίνη πάλι με το ένζυμο υδροξυμεθυλοτρανσφεράση της σερίνης με αντίδραση αντίστροφη εκείνης της σύνθεσης και (β) η σερίνη μετατρέπεται σε πυροσταφυλικό οξύ με το ένζυμο αφυδατάση της σερίνης (serine dehydratase, SDH). Συνοπτικά, αυτή η οδός βιοδιάσπασης αποδίδεται από τις αντιδράσεις:

Η τρίτη οδός βιοδιάσπασης της γλυκίνης βασίζεται στην οξείδωσή της με τη βοήθεια του ενζύμου οξειδάση D-αμινοξέων (D-amino acid oxidase) προς γλυοξυλικό οξύ. Στη συνέχεια στο ήπαρ, το γλυοξυλικό οξύ με το ένζυμο γαλακτική αφυδρογονάση (lactate dehydrogenase, LDH) οξειδώνεται τελικά προς οξαλικό οξύ:

Παράγωγα γλυκίνης [Αναφ. 8]. Η γλυκίνη στους βιολογικούς οργανισμούς συνδέεται χημικώς με άλλες ενώσεις παρέχοντας μόρια που συμβάλλουν σε διάφορες βιολογικές λειτουργίες. Για παράδειγμα, παράγωγο της γλυκίνης είναι το γλυκοχολικό οξύ (glycocholic acid), ένα από τα χολικά οξέα στο οποίο η παρουσία της γλυκινικής ομάδας αυξάνει τη διαλυτότητα. Πρόκειται για ουσία που δρα ως "φυσικό απορρυπαντικό", βρίσκεται στη χολή και βοηθά στην πέψη και στην απορρόφηση των λιπών. Το ιππουρικό οξύ (hippuric acid) είναι ένα κανονικό προϊόν αποτοξίνωσης του οργανισμού και εμφανίζεται αυξημένο στα ούρα μετά από εισπνοή ατμών τολουολίου ή τη λήψη αλάτων του βενζοϊκού οξέος, π.χ. από τροφές που περιέχουν τα άλατα αυτά ως συντηρητικά.

Παράγωγα της γλυκίνης είναι το N-μεθυλοπαράγωγο της γλυκίνης γνωστό ως σαρκοζίνη (sarcosine), ενδιάμεσο παραπροϊόν της αποδόμησης της χολίνης, όπως και η βεταΐνη της γλυκίνης (glycin betaine), μια διιοντική ένωση, που συναντάται στα σακχαρότευτλα (sugar beets). Διάσπαση της βεταΐνης αυτής παρέχει τριμεθυλαμίνη, στην οποία οφείλεται η αμινική οσμή των χαλασμένων ψαριών. Να σημειωθεί ότι η γλυκίνη μετέχει στη σύνθεση πολλών άλλων αζωτούχων βιολογικών μορίων, έτσι π.χ. ορισμένα από τα άτομα άνθρακα και αζώτου των πουρινών (η κεντρική C2N υπομονάδα) προέρχονται από τη γλυκίνη (βλ. Χημική ένωση του μήνα: Ουρικό οξύ), επομένως η γλυκίνη είναι απαραίτητο αμινοξύ για τη σύνθεση των βάσεων που συινιστούν το DNA και το RNA.

 

Η γλυκίνη ως ανασταλτικός νευροδιαβιβαστής [Αναφ. 9]

Τα νευρικά σήματα μεταδίδονται μέσω των νευρώνων (νευρικά κύτταρα) ως ώσεις (παλμοί) δυναμικού ΔΕ (στην περιοχή των -70 έως +40 mV), οφειλόμενες στις άνισες κατανομές των αρνητικών και θετικών ιόντων μεταξύ του εξωκυττάριου χώρου και του νευράξονα, που χωρίζονται από την κυτταρική μεμβράνη. Ωστόσο, η επικοινωνία ενός νευρώνα με το κύτταρο-"στόχο" (π.χ. μυός, αδένα) ή έναν άλλο νευρώνα πραγματοποιείται μέσω χημικών "μηνυμάτων", στην περιοχή των συνάψεων. Αυτά τα χημικά "μηνύματα" είναι τα μόρια των  νευροδιαβιβαστών (neurotransmitters). Μέχρι σήμερα έχουν βρεθεί περίπου πενήντα διαφορετικοί νευροδιαβιβαστές. Στο σύνολό τους είναι μικρά οργανικά μόρια-αγγελιοφόροι, τα οποία σε κατάσταση ηρεμίας βρίσκονται αποθηκευμένα σε σφαιρικά κυστίδια (συναπτικά κυστίδια) στην προσυναπτική περιοχή του νευρώνα.

Μόλις η ηλεκτρική ώση φθάσει στην προσυναπτική περιοχή, ανοίγουν ιοντικοί δίαυλοι οι οποίοι επιτρέπουν την διείσδυση ιόντων Ca. Με τη σειρά τους, τα ιόντα ασβεστίου ενεργοποιούν μια σύνθετη αλληλουχία διεργασιών, η οποία οδηγεί στη σύντηξη (fusion) των συναπτικών κυστιδίων με την κυτταρική μεμβράνη και την έκλυση των μορίων των νευροδιαβιβαστών στη συναπτική σχισμή (synaptic cleft).

Κάποια από τα μόρια των νευροδιαβιβαστών διαχέονται, άλλα όμως διασχίζουν τη συναπτική σχισμή και συνδέονται με τους ειδικούς υποδοχείς του κυττάρου-στόχου. Η οργάνωση και η επιφανειακή συγκέντρωση των υποδοχέων καθορίζεται από μια σειρά εξειδικευμένων πρωτεϊνών γνωστών ως μετασυναπτική πυκνότητα (post-synaptic density, PSD). Οι διαδικασία απελευθέρωσης-σύνδεσης των νευροδιαβιβαστών πραγματοποιείται ταχύτατα. Η ονομαζόμενη συναπτική καθυστέρηση (χρόνος επικοινωνίας νευρώνα με άλλο κύτταρο) είναι της τάξης των 0,5-1 ms.

Μετά τη σύνδεση των νευροδιαβιβαστών, με τη σειρά τους οι υποδοχείς ανοίγουν ιοντικούς διαύλους (πρωτεϊνικά μόρια σταθεροποιημένα στις κυτταρικές μεμβράνες τις οποίες διαπερνούν επιτρέποντας τη διέλευση συγκεκριμένων ιόντων), με αποτέλεσμα την εισαγωγή ή εξαγωγή ιόντων προς το ή από το κύτταρο-στόχο. Τα ιόντα αυτά τελικά προκαλούν την επιθυμητή δράση ή μια νέα ηλεκτρική ώση, εάν πρόκειται για άλλο νευρώνα. Στη συνέχεια, τα μόρια των νευροδιαβιβαστών απελευθερώνονται από τους υποδοχείς και κάποια από αυτά επιστρέφουν στο προσυναπτικό κύτταρο, ενώ άλλα διαχέονται και υπόκεινται σε ενζυματική διάσπαση (για τους νευροδιαβιβαστές, βλ. Χημική ένωση του μήνα: Νικοτίνη).

Οι νευροδιαβιβαστές διακρίνονται σε διεγερτικούς (excitatory) και ανασταλτικούς (inhibitory). Οι διεγερτικοί νευροδιαβιβαστές με μια αλληλουχία διεργασιών επιτρέπουν την είσοδο ιόντων νατρίου, μέσω των αντίστοιχων ιοντικών διαύλων, αυξάνοντας την τιμή του ηλεκτρικού δυναμικού του μετασυναπτικού νευρώνα.

Οι ανασταλτικοί νευροδιαβιβαστές επιτρέπουν την είσοδο ιόντων χλωρίου ή την έξοδο κατιόντων καλίου, μέσω των αντίστοιχων πάντοτε ιοντικών διαύλων, μειώνοντας την τιμή του ηλεκτρικού δυναμικού με σκοπό την καταστολή μιας προηγούμενης διέγερσης ή την εξισορρόπησή της. Με τον τρόπο αυτό αντισταθμίζεται το πλεόνασμα θετικού φορτίου που οφείλεται στο πλεόνασμα των κατιόντων νατρίου και ανακόπτεται η διάδοση του ηλεκτρικού ερεθίσματος μέσω του νευρώνα. Στον εγκέφαλο ο κύριος διεγερτικός νευροδιαβιβαστής είναι το γλουταμικό οξύ, ενώ υπάρχουν δύο ανασταλτικοί νευροδιαβιβαστές, το γ-αμινοβουτυρικό οξύ (gamma-aminobutyric acid, GABA) και η γλυκίνη.

Οι μεγαλύτερες πυκνότητες υποδοχέων γλυκίνης εντοπίζονται στους νευρώνες του νωτιαίου μυελού, του εγκεφαλικού στελέχους και του αμφιβληστροειδή χιτώνα. Ως ανασταλτικός νευροδιαβιβαστής μετέχει στις κινητικές διαδικασίες, όπως και στις αισθήσεις όρασης και ακοής.

Πλήθος ουσιών, όπως καταπραϋντικά φάρμακα, ναρκωτικά και αλκαλοειδή, επιδρούν στους υποδοχείς νευροδιαβιβαστών αυξάνοντας ή μειώνοντας τη δράση των νευροδιαβιβαστών. Η στρυχνίνη (strychnine) δρα ανταγωνιστικά προς τη γλυκίνη, επειδή συνδέεται κατά πολύ σταθερότερα (33 φορές) με τους υποδοχείς της γλυκίνης, απ' όσο η ίδια η γλυκίνη. Για τον λόγο αυτό, στις περιπτώσεις δηλητηριάσεων από στρυχνίνη, τα μυικά κύτταρα διατηρούνται σε κατάσταση συνεχούς σύσπασης (συστολής), αφού δεν μπορεί να ανασταλεί η δράση των διεγερτικών νευροδιαβιβαστών, (βλ. Χημική ένωση του μήνα: Στρυχνίνη).

H καφεΐνη (caffeine) δρα επίσης ανταγωνιστικά προς τη γλυκίνη, αλλά κατά πολύ πιο ήπιο τρόπο σε σχέση με τη στρυχνίνη (βλ. Χημική ένωση του μήνα: Καφεΐνη).

 

Η γλυκίνη ως μόριο του διαστρικού χώρου [Αναφ. 10]

Το 2008, ερευνητές του Ινστιτούτου Max Planck ανίχνευσαν για πρώτη φορά στον διαστρικό χώρο μόρια αμινοακετονιτριλίου (H2NCH2CN), πρόδρομης ένωσης της γλυκίνης την οποία παρέχει με υδρόλυση. Μικροκυματική εκπομπή των μορίων αυτών ανιχνεύθηκε με τη βοήθεια ενός ραδιοτηλεσκοπίου διαμέτρου 30 μέτρων εγκατεστημένου στην Ισπανία και δύο ραδιοσυμβολομέτρων εγκατεστημένων στη Γαλλία και Αυστραλία, σε ένα γιγάντιο νέφος αερίων σε μια περιοχή κοντά στο κέντρο του Γαλαξία.

Η διαστρική αυτή περιοχή είναι γνωστή ως Large Molecule Heimat και εντοπίζεται στον αστερισμό του Τοξότη (περιοχή Sgr B2(N)). Η περιοχή αυτή είναι διάσημη στους αστρονομικούς κύκλους για τη σχετικώς μεγάλη πυκνότητά της σε μεγάλα οργανικά μόρια. Περισσότερα από 140 διαφορετικά οργανικά μόρια έχουν ανιχνευθεί στην ίδια περιοχή, όπως τα: HCHO, C2H5OH, CH2=CHOH, CH3COOH, HOCH2CHO, HOCH2CH2OH, HCOOC2H5 και CH3CH2CH2CN.

Το 2009, για πρώτη φορά ανιχνεύθηκε γλυκίνη στην ουρά ("κόμη") του κομήτη Wild 2 (προφέρεται "Βιλτ", από το όνομα του Ελβετού αστρονόμου που τον ανακάλυψε) κατά την αποστολή του διαστημοπλοίου Sturdust. Η ανακάλυψη αυτή ενίσχυσε τις θεωρίες περί πιθανής προέλευσης της ζωής από το διάστημα, από το οποίο έφθασαν στη Γη βασικά βιολογικά μόρια όπως τα αμινοξέα.

Το 2004, το διαστημόπλοιο Stardust πλησίασε την ουρά του κομήτη Wild 2 και συνέλεξε δείγματα σωματιδίων από αυτήν. Τα σωματίδια συνελέγησαν σε ένα δίσκο αποτελούμενο από κελιά με αερογέλη (aerogel), ενός υπερελαφρού σπογγώδους υλικού με πυκνότητα ίση προς περίπου το 1/1000 της υάλου, του οποίου το 99,8% του όγκου είναι κενό. Τα σωματίδια προσκρούοντας στον δίσκο παγιδεύονται στο υλικό της αερογέλης. Το 2006, το Stardust πλησίασε τη Γη και εκτόξευσε κάψουλα με τα δείγματα, την οποία παρέλαβαν οι επιστήμονες της NASA για ανάλυση.

 

Η γλυκίνη ως πιθανό αρχέγονο μόριο και ένα διάσημο πείραμα [Αναφ. 11]

Το 1951, ο διάσημος Αμερικανός χημικός Harold Clayton Urey (1893-1981, βραβείο Nobel 1934, για την ανακάλυψη του δευτερίου, βλ. Χημική ένωση του μήνα: Βαρύ ύδωρ), καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου, έδωσε μια διάλεξη για το πώς θα μπορούσε να έχει ξεκινήσει η ζωή στη Γη. O Stanley Miller (1930-2007), τότε μεταπτυχιακός φοιτητής του Urey, εντυπωσιάστηκε από το περιεχόμενο της διάλεξης και ζήτησε την άδεια από τον Urey να εκτελέσει μια σειρά πειραμάτων με μίγματα αερίων που θεωρούσαν τότε ότι συνιστούσαν τη γήινη προβιοτική ατμόσφαιρα. Το σημαντικότερο πείραμα ήταν εκείνο κατά το οποίο ένα μίγμα υδρατμών, μεθανίου (200 torr), αμμωνίας (200 torr) και υδρογόνου (100 torr) ανακυκλωνόταν συνεχώς μέσω ενός δοχείου, όπου γίνονταν ηλεκτρικές εκκενώσεις, δηλ. συνθήκες που προσομοίαζαν εκείνες της ατμόσφαιρας της αρχέγονης Γης.

Ο Miller ελάμβανε δείγματα του προκύπτοντος και συνεχώς ανακυκλούμενου "ζωμού" και εξέταζε τη σύνθεσή τους με χρωματογραφία χάρτου (με εμφανιστικό διάλυμα νινυδρίνης). Μετά από δύο ημέρες συνεχούς λειτουργίας της πειραματικής διάταξης ανιχνεύθηκε στον "ζωμό" η παρουσία γλυκίνης. Αρχικά, ο "ζωμός" παρουσίασε ένα ροζ χρώμα και μετά από μία εβδομάδα συνεχούς λειτουργίας της διάταξης, ο ζωμός θόλωσε, απέκτησε ένα βαθυκόκκινο χρώμα και σ' αυτόν ανιχνεύθηκαν και άλλα αμινοξέα (κυρίως αλανίνη και β-αλανίνη). Αμέσως έγινε αντιληπτή η σημασία των πειραματικών αποτελεσμάτων και ακολούθησε δημοσίευσή τους στο περιοδικό Science (1953). Πολλές αλληλουχίες απλών αντιδράσεων θα μπορούσαν να οδηγήσουν στη γλυκίνη, όπως η ακόλουθη:

CH₄ + H₂O CO + 3H₂     CO + H₂O CO₂ + H₂     CO₂ CO + [O]     CH₄ + 2[O] CH₂O + H₂O     CO + NH₃ HCN + H₂O     CH₄ + NH₃ HCN + 3H₂

CH₂O + HCN     ΗΟCH₂CN     HOCH₂CN + NH₃    Η₂NCH₂CN + H₂O (αλληλουχία αντίδρασης Strecker)    NH₂CH₂CN + 2H₂O    NH₃ + Η₂NCH₂COOH (γλυκίνη)

Τα επόμενα χρόνια ο Miller επαναλάμβανε το πείραμα με διάφορες συνθέσεις του μίγματος αερίων (στα οποία προσέθεσε και υδρόθειο) και κάτω από διάφορες συνθήκες, όπως και με βελτιωμένες μεθόδους ανίχνευσης των διάφορων προϊόντων. Χαρακτηριστικό είναι το γεγονός ότι το 2008, έναν χρόνο μετά τον θάνατο του Miller, τυχαία βρέθηκαν δείγματα των πειραμάτων τα οποία είχαν φυλαχθεί για 50 και πλέον χρόνια και αναλύθηκαν με τις κατά πολύ πιο ευαίσθητες σύγχρονες τεχνικές (υγροχρωματογραφία σε συνδυασμό με φασματοσκοπία μαζών TOF). Στα δείγματα αυτά βρέθηκαν περισσότερες από 30 ενώσεις (α-, β-, γ-αμινοξέα και αμίνες με ανθρακική αλυσίδα που έφθανε μέχρι και τα 6 άτομα άνθρακα). Οι περισσότερες από τις ενώσεις αυτές είχαν διαφύγει την ανίχνευση με τις μεθόδους που χρησιμοποιούσε ο Miller. Μεταξύ των α-αμινοξέων, ανιχνεύθηκαν 10 από τα 20 πρωτεϊνογόνα αμινοξέα.

Σήμερα, το διάσημο αυτό πείραμα, διεθνώς γνωστό ως "πείραμα Miller-Urey" περιγράφεται στις εισαγωγικές σελίδες σχεδόν κάθε βιβλίου Βιοχημείας και θεωρείται ως ένα σημαντικό βήμα στην αναζήτηση μιας τεκμηριωμένης υπόθεσης ως προς την προέλευση της ζωής στον πλανήτη Γη πριν από 3,5-4 δισεκατομμύρια χρόνια. Θα πρέπει να τονισθεί ότι αμφισβητείται το ότι η ατμόσφαιρα της αρχέγονης γης ήταν τόσο αναγωγική, όσο εκείνη του πειράματος Miller-Urey, αλλά αποτελούνταν μάλλον από ένα μίγμα των λιγότερο δραστικών διοξειδίου του άνθρακα και αζώτου. Επιπλέον, η απλή παρουσία αμινοξέων στον "ζωμό" απέχει πολύ από τον "αυτόματο" σχηματισμό πρωτεϊνών και πολύ περισσότερο της ίδιας της ζωής. Ωστόσο, το πείραμα Miller-Urey θεωρείται "πείραμα αναφοράς" και ο ίδιος ο Stanley Miller θεωρείται ως "πατέρας της Προβιοτικής Χημείας", δηλ. του κλάδου της οργανικής χημείας σε συνθήκες γεωκοσμοχημικού περιβάλλοντος.

 

Παραγωγή και χρήσεις γλυκίνης [Αναφ. 12]

'Οπως προαναφέρθηκε η γλυκίνη σε βιομηχανική κλίμακα παρασκευάζεται με δύο μεθόδους ανάλογα με τις διατιθέμενες πρώτες ύλες: (α) με αμμωνίωση του χλωροξικού οξέος και (β) με βάση την αντίδραση Stecker (αντίδραση φορμαλδεΰδης, υδροκυανίου και αμμωνίας), όπου ουσιαστικά η κύρια πρώτη ύλη είναι το φυσικό αέριο.

Μεγάλες ποσότητες γλυκίνης, οι οποίες ενδεχομένως σήμερα να ξεπερνούν τους 300 χιλιάδες τόνους/έτος, παρασκευάζονται βιομηχανικώς στην Κίνα (κύρια παραγωγός χώρα), τις ΗΠΑ, τη Γερμανία και την Ιαπωνία. Μια έκθεση ανέφερε ότι για το 2010 αναμενόταν η παραγωγή της μόνο στην Κίνα να φτάσει τους 370 χιλιάδες τόνους. Στις ποσότητες αυτές περιλαμβάνεται και η γλυκίνη η οποία χρησιμοποιείται (συνήθως επιτόπου) για τη σύνθεση του φυτοφαρμάκου Glyphosate (N-φωσφωνομεθυλο-γλυκίνη).

Το Glyphosate (N-(phosphonomethyl) glycine) ανακαλύφθηκε το 1970 από τον οργανικό χημικό John E. Franz (1929-) της πολυεθνικής εταιρίας αγροχημικών Monsanto. Η Monsanto άρχισε τη διάθεση του ζιζανιοκτόνου με το εμπορικό όνομα Roundup. Το 2007, το glyphosate υπήρξε μεγάλη εμπορική επιτυχία και είναι το πρώτο ζιζανιοκτόνο με την υψηλότερη κατανάλωση στον γεωργικό τομέα των ΗΠΑ και το δεύτερο για τους οικιακούς κήπους. Χρησιμοποιείται ως συστημικό ζιζανιοκτόνο για πλατύφυλλα φυτά και χόρτα, για αγρούς, κήπους και δημόσιους χώρους (π.χ. πάρκα, πεζοδρόμια). Η δράση του οφείλεται στην ανασταλτική δράση που ασκεί σε ένα ένζυμο των φυτών που είναι απαραίτητο για τη σύνθεση αμινοξέων, με αποτέλεσμα το φυτό να μην είναι σε θέση να να συνθέσει πρωτεΐνες και να πεθαίνει μέσα σε λίγες ημέρες.

Το 2011 η παραγωγή του Glyphosate είχε φτάσει τους 650 χιλιάδες τόνους και παρουσίαζε αυξητικές τάσεις. Ωστόσο, πολλές εθνικές και διεθνείς περιβαλλοντικές οργανώσεις έχουν έντονες αντιρρήσεις ως προς την υπερβολική χρήση του προβάλλοντας τους ενδεχόμενους κινδύνους για τον άνθρωπο, τα ζώα και το περιβάλλον γενικότερα. Η διάθεση από τη Monsanto μεταλλαγμένων σπόρων φυτών ανθεκτικών στο Glyphosate (Glyphosate-resistant, GR), δηλ. για καλλιέργειες που μπορούν ψεκασθούν με το ζιζανιοκτόνο, χωρίς οι ίδιες να πάθουν κάποια βλάβη παρά μόνο τα παράσιτα, προκάλεσε πλήθος διαμαρτυριών.

Το Glyphosate παρασκευάζεται βιομηχανικώς με διάφορες μεθόδους, από τις οποίες η περισσότερο χρησιμοποιούμενη είναι εκείνη κατά την οποία η γλυκίνη χρησιμοποιείται ως πρόδρομη ένωση. Η σύνθεση αυτή βασίζεται στην ακόλουθη αλληλουχία αντιδράσεων:

Μεγάλες ποσότητες γλυκίνης χρησιμοποιούνται στη φαρμακευτική βιομηχανία, στη βιομηχανία τροφίμων, όπως και ως πρόσθετο στις ζωοτροφές και σε διάφορα διατροφικά συμπληρώματα μικρών ζώων. Γλυκίνη χρησιμοποιείται ως πρόσθετο τροφίμων ως γλυκαντική ύλη και ως ενισχυτικό της γεύσης, δρα ως ρυθμιστής pH και σταθεροποιητής. Στη φαρμακευτική βιομηχανία χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη ενδιάμεση χημική ένωση, ενώ σε πολλά φάρμακα περιλαμβάνεται γλυκίνη για να διευκολύνει την εντερική απορρόφηση. Επιπλέον, γλυκίνη χρησιμοποιείται σε καλλυντικά ως ρυθμιστικό του pH και αφιδρωτικά προϊόντα.

Η γλυκίνη ως διατροφικό συμπλήρωμα και φαρμακευτική ουσία. Μια τυπική διατροφή του ανθρώπου περιέχει περίπου 2 γραμμάρια γλυκίνης ημερησίως. Οι πρωτογενείς πηγές της είναι τροφές πλούσιες σε πρωτεΐνες, όπως κρέας, ψάρι, γαλακτοκομικά και όσπρια. Βοηθά στην πρόληψη της βλάβης των μυών ενισχύοντας τα επίπεδα της κρεατίνης, μιας ουσίας που βοηθά στην οικοδόμηση της μυϊκής μάζας. Οι υψηλές συγκεντρώσεις γλυκίνης έχουν βρεθεί όχι μόνο στους μυς, αλλά στο δέρμα και σε άλλους συνδετικούς ιστούς. Η γλυκίνη είναι τελείως απαραίτητη για την επιδιόρθωση των κατεστραμμένων ιστών, την επούλωση των πληγών και τη σύσφιξη του δέρματος.

Καθαρή γλυκίνη διατίθεται στο εμπόριο ως διατροφικό συμπλήρωμα το οποίο βοηθά στην πρόληψη της αρθροπάθειας και ασθενειών που προκαλούν πόνο στην πλάτη. Πιθανώς η δράση της οφείλεται στο ότι η γλυκίνη δρα ως ανασταλτικός νευροδιαβιβαστής στον εγκέφαλο. Η ιδιότητά της αυτή προκαλεί ένα αίσθημα ηρεμίας, ενισχύει τη μνήμη, βελτιώνει την ποιότητα του ύπνου και έχει κατευναστική δράση με θετικά αποτελέσματα σε περιπτώσεις σχιζοφρένειας. Ακόμη, η γλυκίνη χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις εγκεφαλικών επεισοδίων, στην καλοήθη υπερτροφία του προστάτη και σε ορισμένες σπάνιες κληρονομικές μεταβολικές διαταραχές. Επιπλέον, η γλυκίνη έχει χρησιμοποιηθεί για την αντιμετώπιση των βλαβών τις οποίες μπορούν να προκαλέσουν στα νεφρά ορισμένα ανοσοκατασταλτικά φάρμακα που χρησιμοποιούνται μετά από μεταμοσχεύσεις οργάνων, καθώς και για την προστασία του ήπατος από την επιβλαβή επίδραση του αλκοόλ.

Η γλυκίνη χρησιμοποιείται ως συστατικό σε αντιγηραντικές κρέμες και φαρμακευτικά σκευάσματα. Πρόσφατα, ερευνητικές μελέτες έδειξαν ότι μεταλλάξεις στα γονίδια CGAT και SHMT2, τα οποία ρυθμίζουν την παραγωγή γλυκίνης, ευθύνονται για τα ελαττώματα που παρουσιάζονται στην κυτταρική αναπνοή (μιτοχονδρίων) των ηλικιωμένων ατόμων. Οι ερευνητές έδειξαν ότι με αλλαγή της ρύθμισης αυτών των γονιδίων μπορούν να επάγουν προβλήματα ή να επαναφέρουν τη μιτοχονδριακή λειτουργία των ινοβλαστών. Η μελέτη έδειξε ότι η προσθήκη γλυκίνης σε καλλιέργειες ινοβλαστών ηλικίας 97 ετών επανέφερε τη μιτοχονδριακή αναπνευστική τους λειτουργία.