TRYPTOFAN: CHARAKTERYSTYKA, BUDOWA, FUNKCJE, KORZYŚCI - BIOLOGIA - 2025

Tryptofan (Trp, W) jest aminokwasem sklasyfikowane w grupie aminokwasów, ponieważ organizm człowieka nie może syntetyzować i musi otrzymać je poprzez dietę.

Niektóre pokarmy, takie jak mleko i jego pochodne, mięso, jaja i niektóre zboża, takie jak komosa ryżowa i soja, zawierają niezbędne aminokwasy, a zatem są ważnym źródłem tryptofanu.

Struktura chemiczna aminokwasu Tryptofan (źródło: Clavecin za pośrednictwem Wikimedia Commons)

W naturze znanych jest ponad 300 różnych aminokwasów, a tylko 22 z nich stanowią jednostki monomeryczne białek komórkowych. Wśród tych ostatnich 9 to niezbędne aminokwasy, w tym tryptofan, jednak istotność każdego z nich różni się w zależności od gatunku.

Tryptofan pełni różne funkcje, w tym udział w syntezie białek, w syntezie serotoniny, która jest silnym środkiem zwężającym naczynia krwionośne i neuroprzekaźnikiem, melatoniny oraz w syntezie kofaktora NAD.

W królestwie roślin tryptofan jest podstawowym prekursorem auksyny hormonu roślinnego (kwasu indolo-3-octowego). Może być syntetyzowany przez niektóre bakterie, takie jak E. coli, z choryzmatu, który jest wytwarzany z niektórych pochodnych glikolitycznych, takich jak fosfoenolopirogronian i erytrozo-4-fosforan.

Jego degradacja u ssaków zachodzi w wątrobie, gdzie jest wykorzystywana do syntezy acetylo-koenzymu A (acetylo-CoA), dlatego jest określana jako aminokwas zwany glukogenem, gdyż może wejść w cykl tworzenia glukozy.

Odnotowano kilka badań z kontrowersyjnymi wynikami dotyczącymi stosowania tryptofanu jako suplementu diety w leczeniu niektórych patologii, takich jak między innymi depresja i niektóre zaburzenia snu.

Istnieją pewne choroby związane z wadami wrodzonymi metabolizmu aminokwasów. W przypadku tryptofanu chorobę Hartnupa można nazwać, ze względu na niedobór tryptofano-2,3-monooksygenazy, recesywną chorobą dziedziczną charakteryzującą się upośledzeniem umysłowym i chorobami skóry podobnymi do pelagry.

cechy

Obok fenyloalaniny i tyrozyny tryptofan należy do grupy aminokwasów aromatycznych i hydrofobowych.

Jednak tryptofan charakteryzuje się tym, że jest aminokwasem lekko hydrofobowym, ponieważ jego aromatyczny łańcuch boczny, zawierający grupy polarne, osłabia tę hydrofobowość.

Ponieważ mają sprzężone pierścienie, mają silną absorpcję światła w obszarze widma w pobliżu ultrafioletu i ta cecha jest często wykorzystywana do analizy strukturalnej białek.

Absorbuje światło ultrafioletowe (od 250 do 290 nm) i chociaż aminokwas ten nie występuje w strukturze większości białek w organizmie człowieka, jego obecność ma istotny wpływ na zdolność absorpcji światła w organizmie człowieka. Region 280 nm większości białek.

Dzienne wymagania dotyczące tryptofanu różnią się w zależności od wieku. U niemowląt w wieku od 4 do 6 miesięcy średnie zapotrzebowanie wynosi około 17 mg na kilogram wagi dziennie; u dzieci w wieku od 10 do 12 lat wynosi 3,3 mg na kilogram masy ciała na dobę, au dorosłych 3,5 mg na kilogram masy ciała na dobę.

Tryptofan jest wchłaniany przez jelita i jest jednocześnie aminokwasem ketogennym i glukogennym.

Ponieważ jest prekursorem serotoniny, ważnego neuroprzekaźnika, tryptofan musi dotrzeć do ośrodkowego układu nerwowego (OUN) iw tym celu musi przejść przez barierę krew-mózg, dla której istnieje specyficzny aktywny mechanizm transportu.

Struktura

Tryptofan ma wzór cząsteczkowy C11H12N2O2 i ten niezbędny aminokwas ma aromatyczny łańcuch boczny.

Jak wszystkie aminokwasy, tryptofan ma atom węgla α przyłączony do grupy aminowej (NH2), atom wodoru (H), grupę karboksylową (COOH) i łańcuch boczny (R) utworzony przez strukturę heterocykliczną, grupa indolowa.

Jego nazwa chemiczna to kwas 2-amino-3-indolilo-propionowy, ma masę cząsteczkową 204,23 g / mol. Jego rozpuszczalność w 20 ° C wynosi 1,06 gw 100 g wody, a gęstość 1,34 g / cm3.

cechy

U ludzi tryptofan jest używany do syntezy białek i jest niezbędny do tworzenia serotoniny (5-hydroksytryptaminy), silnego środka zwężającego naczynia krwionośne, stymulatora skurczu mięśni gładkich (zwłaszcza jelita cienkiego) i neuroprzekaźnika zdolnego do generują stymulację psychiczną, zwalczają depresję i regulują lęk.

Tryptofan jest prekursorem w syntezie melatoniny i dlatego ma wpływ na cykle snu i czuwania.

Wspomniany aminokwas jest stosowany jako prekursor w jednym z trzech szlaków tworzenia kofaktora NAD, bardzo ważnego kofaktora, który uczestniczy w wielu różnych reakcjach enzymatycznych związanych ze zdarzeniami utleniania-redukcji.

Tryptofan i niektóre z jego prekursorów są wykorzystywane do tworzenia hormonu roślinnego zwanego auksyną (kwas indolo-3-octowy). Auksyny to hormony roślinne, które regulują wzrost, rozwój i wiele innych fizjologicznych funkcji roślin.

Biosynteza

W organizmach zdolnych do jego syntezy szkielet węglowy tryptofanu pochodzi z fosfoenolopirogronianu i erytrozo-4-fosforanu. Te z kolei powstają z półproduktu cyklu Krebsa: szczawiooctanu.

Fosfoenolopirogronian i erytrozo-4-fosforan są używane do syntezy choryzmatu w siedmiostopniowym szlaku enzymatycznym. Fosfoenolopirogronian (PEP) jest produktem glikolizy i erytrozo-4-fosforanu szlaku pentozofosforanowego.

Jaka jest droga syntezy chryzmatu?

Pierwszym krokiem w syntezie choryzmatu jest wiązanie PEP z erytrozo-4-fosforanem w celu utworzenia 2-keto-3-deoksy-D-arabino-heptulosonianu-7-fosforanu (DAHP).

Reakcja ta jest katalizowana przez enzym syntazę 2-keto-3-deoksy-D-arabino-heptulosonian-7-fosforanu (syntaza DAHP), która jest hamowana przez choryzmat.

Druga reakcja obejmuje cyklizację DAHP przez syntazę dehydrochinatu, enzym, który wymaga kofaktora NAD, który jest redukowany podczas tej reakcji; w wyniku tego powstaje 5-dehydrochinian.

Trzeci etap na tej drodze obejmuje eliminację cząsteczki wody z 5-dehydrochinatu, reakcję katalizowaną przez enzym dehydratazę dehydrochinianu, którego końcowy produkt odpowiada 5-dehydro-szikimatowi.

Grupa ketonowa tej cząsteczki jest redukowana do grupy hydroksylowej, w wyniku czego powstaje szikimat. Enzymem katalizującym tę reakcję jest zależna od NADPH dehydrogenaza szikimowa.

Piąty etap trasy obejmuje tworzenie szikimatu 5-fosforanu i zużycie cząsteczki ATP przez działanie enzymu znanego jako kinaza szikimowa, odpowiedzialnego za fosforylację szikimatu w pozycji 5.

Następnie z 5-fosforanu szikimianu i przez działanie syntazy 3-enolopirogroniano-szikimowo-5-fosforanowej powstaje 5-fosforan 3-enolopirogroniano-szikimianu. Wspomniany enzym sprzyja zastąpieniu grupy fosforylowej drugiej cząsteczki PEP przez grupę hydroksylową węgla w pozycji 5 szikimatu 5-fosforanu.

Siódma i ostatnia reakcja jest katalizowana przez syntazę choryzmianową, która usuwa fosforan z 3-enolopirogronianu szikimianu 5-fosforanu i przekształca go w choryzmian.

W grzybie N. crassa pojedynczy wielofunkcyjny kompleks enzymów katalizuje pięć z siedmiu reakcji na tym szlaku, a do tego kompleksu dodawane są trzy inne enzymy, które ostatecznie wytwarzają tryptofan.

Synteza tryptofanu u bakterii

U E. coli transformacja choryzmatu w tryptofan obejmuje szlak z pięcioma dodatkowymi etapami enzymatycznymi:

Po pierwsze, enzym syntaza antranilanu przekształca choryzmat w antranilan. W reakcji tej bierze udział cząsteczka glutaminy, która przekazuje grupę aminową, która wiąże się z pierścieniem indolowym tryptofanu i przekształca się w glutaminian.

Drugi etap jest katalizowany przez transferazę antranilanowo-fosforybozylową. W tej reakcji cząsteczka pirofosforanu jest wypierana z 5-fosforybozylo-1-pirofosforanu (PRPP), metabolitu bogatego w energię, i powstaje N- (5'-fosforybozylo) -antranilan.

Trzecia reakcja na tej drodze syntezy tryptofanu obejmuje udział enzymu izomerazy fosforybozyloantranilanu. Tutaj pierścień furanowy N- (5'-fosforybozylo) -antranilanu otwiera się i przez tautomeryzację tworzy się 1- (o-karboksyfenyloamino) -1-deoksyrybulozo-5-fosforan.

Później, w reakcji katalizowanej przez syntazę fosforanu indolo-3-glicerolu, powstaje fosforan indolo-3-glicerolu, w którym uwalnia się cząsteczka CO2 i H2O, a 1- (o-karboksyfenyloamino) -1- ulega cyklizacji. 5-fosforan dezoksyrybulozy.

Ostatnia reakcja tego szlaku kończy się tworzeniem tryptofanu, gdy syntaza tryptofanu katalizuje reakcję fosforanu indolo-3-glicerolu z cząsteczką PLP (fosforanu pirydoksalu) i inną seryną, uwalniając 3-fosforan gliceraldehydu i tworząc tryptofan.

Degradacja

U ssaków tryptofan jest rozkładany w wątrobie do acetylo-CoA na drodze obejmującej dwanaście etapów enzymatycznych: osiem w celu osiągnięcia α-ketoadypinianu i cztery kolejne w celu przekształcenia α-ketoadypinianu w acetylo-koenzym A.

Kolejność degradacji do α-ketoadypinianu jest następująca:

Tryptofan → N-formylochinurenina → Chinurenina → 3-hydroksychinurenina → 3-hydroksyantranilan → ε-semialdehyd 2-amino-3-karboksymukonowy → ε-semialdehyd α-aminomukonowy → 2-aminomukonian → α-ketoadypinian.

Enzymy, które katalizują te reakcje, to odpowiednio:

2-3-dioksygenaza tryptofanowa, formamidaza kinureninowa, monooksygenaza zależna od NADPH, kinureninaza, oksygenaza 3-hydroksyantranilanowa, dekarboksylaza, NAD-zależna ε-semialdehydowa dehydrogenaza α-aminonukonowa i α-aminomukonianowa reduktaza Zależne od NADPH.

Po wytworzeniu α-ketoadypinianu, glutarylo-CoA powstaje w wyniku oksydacyjnej dekarboksylacji. To, poprzez ß-utlenianie, tworzy glutakonylo-CoA, który traci atom węgla w postaci wodorowęglanu (HCO3-), zyskuje cząsteczkę wody i przechodzi w krotonylo-CoA.

Krotonylo-CoA, również przez ß-oksydację, daje acetylo-CoA. Taki acetylo-CoA może podążać kilkoma szlakami, w szczególności glukoneogenezą, tworząc glukozę i cyklem Krebsa, tworząc ATP, w razie potrzeby.

Jednak ta cząsteczka może być również ukierunkowana na tworzenie ciał ketonowych, które ostatecznie można wykorzystać jako źródło energii.

Pokarmy bogate w tryptofan

Generalnie czerwone mięso, kurczak i ryby (szczególnie tłuste ryby, takie jak łosoś i tuńczyk) są szczególnie bogate w tryptofan. Mleko i jego pochodne, jaja, a zwłaszcza żółtko, to także pokarmy o dużej zawartości tryptofanu.

Inne pokarmy, które służą jako naturalne źródło tego aminokwasu to:

- Suszone owoce, takie jak między innymi orzechy włoskie, migdały, pistacje i orzechy nerkowca.

- płatki ryżowe.

- Ziarna suche, takie jak fasola, soczewica, ciecierzyca, soja, komosa ryżowa itp.

- Drożdże piwne i świeża fasola, banany i banany, ananas lub ananas, awokado, śliwki, rukiew wodna, brokuły, szpinak i czekolada.

Korzyści z jego spożycia

Spożycie tryptofanu jest absolutnie niezbędne do syntezy wszystkich tych białek, które zawierają go w swojej strukturze, a poprzez swoje różne funkcje pozwala regulować nastrój, cykle snu i czuwania oraz różnorodne procesy biochemiczne, w których uczestniczy NAD. .

Oprócz znanego wpływu na nastrój, serotonina (pochodząca z tryptofanu) bierze udział w wielu funkcjach poznawczych związanych z uczeniem się i pamięcią, które są zatem również związane z tryptofanem.

Istnieją dane wskazujące na związek między nastrojem, serotoniną i osią żołądkowo-jelitowo-mózgową jako systemem dwukierunkowych wpływów między ośrodkami emocjonalnymi i poznawczymi mózgu a obwodową funkcją przewodu pokarmowego.

Stosowanie jej jako suplementu diety w leczeniu niektórych schorzeń, szczególnie tych związanych z ośrodkowym układem nerwowym, budzi duże kontrowersje, ponieważ konkurencyjny transport z dużo liczniejszymi aminokwasami obojętnymi utrudnia osiągnięcie znaczącego i trwałego wzrostu tryptofan po podaniu doustnym.

Pomimo tych kontrowersji postulowano jego zastosowanie jako adiuwanta w:

- Leczenie bólu

- zaburzenia snu

- Leczenie depresji

- Leczenie manii

- zmniejszony apetyt

Zaburzenia niedoboru

Centralna eliminacja lub niedobór tryptofanu wiąże się z depresją, zaburzeniami uwagi, utratą pamięci, zaburzeniami snu i lękiem.

U pacjentów z depresją i skłonnościami samobójczymi stwierdzono zmiany w stężeniu tryptofanu we krwi i płynie mózgowo-rdzeniowym. Ponadto niektórzy pacjenci z jadłowstrętem psychicznym wykazują niskie poziomy tryptofanu w surowicy.

Niektórzy pacjenci z poliurią, którzy tracą witaminę B6 i cynk, często przejawiają fobie i niepokój, a ich stan poprawia się dzięki suplementom diety bogatym w tryptofan.

Zespół rakowiaka charakteryzuje się obecnością guzów jelita cienkiego, które powodują biegunkę, choroby naczyniowe i skurcz oskrzeli i jest związany z niedoborem niacyny i tryptofanu

Pelagra jest stanem patologicznym, któremu towarzyszy biegunka, demencja, zapalenie skóry i może powodować śmierć, leczona jest również suplementami niacyny i tryptofanu.

Choroba Hartnupa wiąże się między innymi z defektem metabolizmu kilku aminokwasów, w tym tryptofanu.

W przypadku niedoboru enzymu tryptofano-2,3-monooksygenazy jest to choroba dziedziczna recesywna, charakteryzująca się upośledzeniem umysłowym i chorobami skóry podobnymi do pelagry.

Bibliografia

1. Halvorsen, K. i Halvorsen, S. (1963). Choroba Hartnupa. Pediatrics, 31 (1), 29-38.
2. Hood, SD, Bell, CJ, Argyropoulos, SV i Nutt, DJ (2016). Nie panikuj. Przewodnik po wyczerpaniu tryptofanu z prowokacją lękową specyficzną dla danego zaburzenia. Journal of Psychopharmacology, 30 (11), 1137–1140.
3. Jenkins, TA, Nguyen, JC, Polglaze, KE i Bertrand, PP (2016). Wpływ tryptofanu i serotoniny na nastrój i funkcje poznawcze z możliwą rolą osi jelitowo-mózgowej. Składniki odżywcze, 8 (1), 56.
4. Kaye, WH, Barbarich, NC, Putnam, K., Gendall, KA, Fernstrom, J., Fernstrom, M.,… & Kishore, A. (2003). Anksjolityczne skutki ostrego wyczerpania tryptofanu w jadłowstręcie psychicznym. International Journal of Eating Disorders, 33 (3), 257-267.
5. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P. i Rodwell, V. (2009). Ilustrowana biochemia Harpera. 28 (str. 588). Nowy Jork: McGraw-Hill.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL i Cox, MM (2008). Zasady Lehningera biochemii. Macmillan.