Глутаминсинтетаза, также L-глутамат-аммиак лигаза (сокр. ГС) — фермент (КФ 6.3.1.2)[3] из класса синтетаз (лигаз), принимает участие в обезвреживании свободного аммиака в тканях. Данный фермент катализирует в присутствии двухвалентных ионов (Mg2+ или Mn2+) реакцию образования аминокислоты L-глутамина, посредством присоединения к L-глутамату молекул аммиака NH3 (in vivo свободный аммиак ионизирован и представляет собой катион аммония — NH4+), с использованием энергии гидролиза макроэргических связей АТФ. Реакция имеет следующий вид:
Глутаминсинтетаза использует в качестве субстрата аммиак (точнее ионы аммония), образующийся в результате восстановления нитратов, расщепления аминокислот и фотодыхания[4](у растений). Амидная группа глутамата является источником азота для синтеза метаболитов глутаминового пути[5](например, для синтеза пиримидиновых азотистых оснований).
Конкуренция между ионом аммония и водой, их сродство к связыванию и концентрация иона аммония влияют на синтез глутамина и его гидролиз. Глутамин образуется, если ион аммония атакует ацилфосфатный промежуточный продукт, в то же время, если вода атакует молекулы интермедиата, то происходит образование глутамата[6][7]. Ион аммония связывается с ГС сильнее, чем вода, из-за электростатических сил между катионом и отрицательно заряженным карманом[4]. Другая возможная реакция заключается в том, что при связывании гидроксиламина NH2OH с ГС, а не с ионом NH4+, образуется γ-глутамилгидроксамат[6][7].
Глутаминсинтетаза широко распространена в живых организмах и встречается как у прокариот, так и у эукариот. Прокариотические типы глутаминсинтетазы локализованы в цитозоле клеток, в то же время эукариотические типы фермента могут располагаться как в цитозоле, так и в органеллах (в митохондриях или хлоропластах). Несмотря на то, что данный фермент обнаружен в матриксе митохондрий, ГС — не является митохондриальным белком, он транслоцируется в матрикс обычно из цитозоля.
У человека ГС кодируется геном — GLUL, который локализован на q-плече 1-ой хромосомы. Длина полипептидной цепи белка составляет 373 аминокислотных остатков, его молекулярная масса — 42064 Да[8]. Белок имеет 2 домена: первый домен — некаталитический (β-grasp), включает аминокислоты 24-106, второй — каталитический, включает в себя аминокислоты 113-373.