グルタミン酸は、たんぱく質を構成するアミノ酸のひとつですが、遊離した形でも体内の器官や組織に含まれています。これらのグルタミン酸は、たんぱく質の合成や分解、ほかのアミノ酸への転換、尿素の合成などの体内の生理現象に重要な働きがあることがわかっています。
アンモニアを解毒し、尿の排出を促進する効果や、アンモニアによる脳機能の障害を抑え、アンモニアの酸性度を調節し、疲労回復、利尿効果、アルコール依存症の改善、肥満の予防などに効果があるとされています。
また、脳内ではグルコース（糖）からグルタミン酸が生合成され、神経伝達物質として認知や記憶、学習に重要な役割を果たしています。ただし、血液脳関門を透過しないので、食事から摂ったグルタミン酸が脳内に入ることはありません。
また、リラックス成分であるGABA（ギャバ）を生成します。日本で最初に発見されたうま味物質として調味料などに活用されてもいます。
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