TRYPTOPHAN: EGENSKABER, STRUKTUR, FUNKTIONER, FORDELE - BIOLOGI - 2025

Den tryptophan (Trp, W) er en aminosyre henhører under gruppen af essentielle aminosyrer, fordi det menneskelige legeme ikke kan syntetisere og skal indhente det gennem kosten.

Nogle fødevarer, såsom mælk og derivater deraf, kød, æg og nogle kornarter, såsom quinoa og soja, indeholder essentielle aminosyrer, og er derfor en vigtig kilde til tryptophan.

Kemisk struktur af aminosyren Tryptophan (Kilde: Clavecin via Wikimedia Commons)

Mere end 300 forskellige aminosyrer er kendte i naturen, og kun 22 udgør de monomere enheder af cellulære proteiner. Blandt sidstnævnte er 9 essentielle aminosyrer, inklusive tryptophan. Imidlertid adskiller essentiteten af ​​hver fra en art til en anden.

Tryptophan har forskellige funktioner, herunder dets deltagelse i proteinsyntese, i syntesen af ​​serotonin, som er en kraftig vasokonstriktor og neurotransmitter, af melatonin og i syntesen af ​​kofaktoren NAD.

I planteriget er tryptophan en grundlæggende forløber for plantehormonet auxin (indol-3-eddikesyre). Det kan syntetiseres af nogle bakterier, såsom E. coli fra chorismat, der er fremstillet af nogle glykolytiske derivater, såsom phosphoenolpyruvat og erythrose-4-phosphat.

Dets nedbrydning hos pattedyr forekommer i leveren, hvor det bruges til syntese af acetylcoenzym A (acetyl-CoA), og af denne grund beskrives det som en aminosyre kaldet glukogen, da det kan komme ind i glukosedannelsescyklussen.

Der er rapporteret adskillige undersøgelser med kontroversielle resultater relateret til brugen af ​​tryptophan som et kosttilskud til behandling af nogle patologier såsom depression og nogle søvnforstyrrelser blandt andre.

Der er nogle sygdomme relateret til fødselsdefekter i aminosyremetabolismen. I tilfælde af tryptophan kan Hartnups sygdom benævnes på grund af en mangel på tryptophan-2,3-monooxygenase, en recessiv arvelig sygdom karakteriseret ved mental retardering og pellagra-lignende hudlidelser.

egenskaber

Sammen med phenylalanin og tyrosin er tryptophan i gruppen af ​​aromatiske og hydrofobe aminosyrer.

Tryptophan er imidlertid kendetegnet ved at være en let hydrofob aminosyre, da dens aromatiske sidekæde, der har polære grupper, dæmper denne hydrofobicitet.

Fordi de har konjugerede ringe, har de en stærk absorption af lys i området af spektret nær ultraviolet, og denne egenskab bruges ofte til den strukturelle analyse af proteiner.

Den absorberer ultraviolet lys (mellem 250 og 290 nm), og selvom denne aminosyre ikke er meget rigelig i strukturen af ​​de fleste af proteinerne i den menneskelige krop, repræsenterer dens tilstedeværelse et vigtigt bidrag til absorptionskapaciteten af ​​lys i 280 nm region af de fleste proteiner.

De daglige krav til tryptophan er forskellige med alderen. Hos spædbørn mellem 4 og 6 måneder er det gennemsnitlige behov ca. 17 mg pr. Kg vægt pr. Dag; hos børn fra 10 til 12 år er det 3,3 mg pr. kg vægt pr. dag, og hos voksne er det 3,5 mg pr. kg vægt pr. dag.

Tryptophan absorberes gennem tarmen og er en ketogen og glukogen aminosyre på samme tid.

Da det er en forløber for serotonin, en vigtig neurotransmitter, skal tryptophan nå det centrale nervesystem (CNS), og for dette skal det krydse blod-hjerne-barrieren, som der er en specifik aktiv transportmekanisme for.

Struktur

Tryptophan har en molekylformel C11H12N2O2, og denne essentielle aminosyre har en aromatisk sidekæde.

Som alle aminosyrer har tryptophan et α-carbonatom bundet til en aminogruppe (NH2), et hydrogenatom (H), en carboxylgruppe (COOH) og en sidekæde (R) dannet af en heterocyklisk struktur, indolgruppen.

Dets kemiske navn er 2-amino-3-indolylpropionsyre, det har en molekylmasse på 204,23 g / mol. Dens opløselighed ved 20 ° C er 1,06 g i 100 g vand og har en densitet på 1,34 g / cm3.

Funktioner

Hos mennesker bruges tryptophan til proteinsyntese og er essentiel til dannelse af serotonin (5-hydroxytryptamin), en kraftig vasokonstriktor, stimulant til glat muskelkontraktion (især i tyndtarmen) og en neurotransmitter, der er i stand til generere psykisk stimulering, bekæmpe depression og regulere angst.

Tryptophan er en forløber for syntesen af ​​melatonin og har derfor konsekvenser for søvn- og vågne cyklusser.

Nævnte aminosyre anvendes som en forløber i en af ​​de tre veje til dannelse af cofactor NAD, en meget vigtig cofactor, der deltager i en lang række enzymatiske reaktioner relateret til oxidationsreduktionsbegivenheder.

Tryptophan og nogle af dets forløbere anvendes til dannelse af et plantehormon kaldet auxin (indol-3-eddikesyre). Auxiner er plantehormoner, der regulerer vækst, udvikling og mange andre fysiologiske funktioner hos planter.

biosyntese

I organismer, der er i stand til at syntetisere det, stammer kulstofskelettet af tryptophan fra phosphoenolpyruvat og erythrose-4-phosphat. Disse er til gengæld dannet af et mellemprodukt i Krebs-cyklussen: oxaloacetat.

Phosphoenolpyruvat og erythrose-4-phosphat anvendes til syntese af chorismat i en syv-trins enzymatisk vej. Phosphoenolpyruvat (PEP) er et produkt af glykolyse og erythrose-4-phosphat i pentosefosfatvej.

Hvordan er syntesevejen for chorismat?

Det første trin i chorismatsyntese er bindingen af ​​PEP med erythrose-4-phosphat til dannelse af 2-keto-3-deoxy-D-arabino-heptulosonat-7-phosphat (DAHP).

Denne reaktion katalyseres af enzymet 2-keto-3-deoxy-D-arabino-heptulosonat-7-phosphatsynthase (DAHP-syntase), som inhiberes af chorismat.

Den anden reaktion involverer cyklisering af DAHP ved dehydroquinatsynthase, et enzym, der kræver kofaktoren NAD, som reduceres under denne reaktion; som et resultat fremstilles 5-dehydrokinat.

Det tredje trin i denne rute involverer eliminering af et vandmolekyle fra 5-dehydroquinat, en reaktion katalyseret af enzymet dehydroquinat dehydratase, hvis slutprodukt svarer til 5-dehydro shikimat.

Ketogruppen i dette molekyle reduceres til en hydroxylgruppe, og som en konsekvens dannes der shikimat. Enzymet, der katalyserer denne reaktion, er NADPH-afhængig shikimat dehydrogenase.

Det femte trin i ruten involverer dannelse af shikimat 5-phosphat og forbrug af et ATP-molekyle ved virkning af et enzym kendt som shikimatkinase, der er ansvarlig for phosphorylering af shikimat i position 5.

Efterfølgende frembringes 3-enolpyruvyl shikimat 5-phosphat fra shikimat 5-phosphat og ved virkning af 3-enolpyruvyl shikimat-5-phosphatsynthase. Det nævnte enzym fremmer fortrængningen af ​​phosphorylgruppen i et andet PEP-molekyle med hydroxylgruppen af ​​carbonet i position 5 for shikimat 5-phosphat.

Den syvende og sidste reaktion katalyseres af chorismatsynthase, der fjerner phosphat fra 3-enolpyruvyl-shikimat 5-phosphat og omdanner den til chorismat.

I svampen N. crassa katalyserer et enkelt multifunktionelt enzymkompleks fem af de syv reaktioner i denne vej, og tre andre enzymer føjes til dette kompleks, der ender med at generere tryptophan.

Syntese af tryptophan i bakterier

I E. coli involverer omdannelsen af ​​chorismat til tryptophan en vej med fem yderligere enzymatiske trin:

Først konverteres enzymet anthranilatsynthase chorismat til anthranilat. Et glutaminmolekyle deltager i denne reaktion, som donerer aminogruppen, der binder til indpturringen af ​​tryptophan og omdannes til glutamat.

Det andet trin katalyseres af anthranilatphosphoribosyltransferase. I denne reaktion forskydes et pyrophosphatmolekyle fra 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphat (PRPP), en energirig metabolit, og der dannes N- (5'-phosphoribosyl) -anthranilat.

Den tredje reaktion i denne rute med tryptophansyntese involverer deltagelse af enzymet phosphoribosyl-anthranilat-isomerase. Her åbnes furanringen af ​​N- (5'-phosphoribosyl) -anthranilatet og 1- (o-carboxyphenylamino) -1-deoxyribulose 5-phosphat dannes ved tautomerisering.

Senere dannes indol-3-glycerolphosphat, i en reaktion katalyseret af indol-3-glycerolphosphatsynthase, hvor et CO2 og et H20-molekyle frigives og 1- (o-carboxyphenylamino) -1- cykliseres. deoxyribulose 5-phosphat.

Den sidste reaktion af denne vej ender med at danne tryptophan, når tryptophansynthase katalyserer reaktionen af ​​indol-3-glycerolphosphat med et molekyle af PLP (pyridoxal phosphat) og en anden af ​​serin, frigiver glyceraldehyd 3-phosphat og danner tryptophan.

nedbrydning

Hos pattedyr nedbrydes tryptophan til acetyl-CoA i leveren i en vej, der involverer tolv enzymatiske trin: otte for at nå α-ketoadipat og 4 mere for at omdanne α-ketoadipat til acetylcoenzym A.

Nedbrydningsrækkefølgen til α-ketoadipat er:

Tryptophan → N-formylquinurenin → Quinurenin → 3-hydroxyquinurenin → 3-hydroxy-anthranilat → ε-semialdehyd 2-amino-3-carboxy muconic → ε-semialdehyd α-amino muconic → 2-amino muconat → α-ketoadipat.

Enzymerne, der katalyserer disse reaktioner er henholdsvis:

Tryptophan 2-3-dioxygenase, kinureninformamidase, NADPH-afhængig monooxygenase, kinureninase, 3-hydroxy-anthranilat oxygenase, decarboxylase, NAD-afhængig ε-semialdehyd α-aminonuconic dehydrogenase og α-amino-mukonatreduktase NADPH-afhængig.

Når først a-ketoadipat er dannet, dannes glutaryl-CoA ved oxidativ dekarboxylering. Dette danner ved ß-oxidation Glutaconyl-CoA, der mister et carbonatom i form af bicarbonat (HCO3-), får et vandmolekyle og ender som crotonyl-CoA.

Crotonyl-CoA, også ved ß-oxidation, giver acetyl-CoA. Sådan acetyl-CoA kan følge adskillige veje, især glukoneogenese, til dannelse af glukose, og Krebs-cyklussen, til dannelse af ATP efter behov.

Imidlertid kan dette molekyle også rettes mod dannelsen af ​​ketonlegemer, som til sidst kan bruges som en energikilde.

Fødevarer rig på tryptophan

Rødt kød generelt, kylling og fisk (især fedtet fisk som laks og tun) er især rige på tryptophan. Mælk og derivater deraf, æg, især æggeblommen, er også fødevarer med et rigeligt indhold af tryptophan.

Andre fødevarer, der tjener som en naturlig kilde til denne aminosyre, er:

- Tørrede frugter såsom valnødder, mandler, pistacienødder og cashewnødder, blandt andre.

- Ris korn.

- Tørre korn som bønner, linser, kikærter, sojabønner, quinoa osv.

- Bryggeris gær og friske bønner, bananer og planter, ananas eller ananas, avocado, blommer, brøndejern, broccoli, spinat og chokolade.

Fordele ved dens indtag

Forbruget af tryptophan er absolut nødvendigt for at syntetisere alle de proteiner, der inkluderer det i dens struktur, og gennem dens forskellige funktioner tillader det at regulere humør, søvn og vågne cyklusser og en lang række biokemiske processer, hvor NAD deltager..

Ud over de kendte effekter på humøret er serotonin (afledt af tryptophan) involveret i flere kognitive funktioner relateret til læring og hukommelse, som derfor også er relateret til tryptophan.

Der findes data, der viser forholdet mellem humør, serotonin og mave-hjerne-aksen som et system med tovejsindflydelser mellem hjernens følelsesmæssige og kognitive centre og den perifere funktion af fordøjelseskanalen.

Dens anvendelse som et kosttilskud til behandling af nogle lidelser, især dem, der er relateret til centralnervesystemet, har været meget kontroversielt, fordi dens konkurrencedygtige transport med de meget mere rigelige neutrale aminosyrer gør det vanskeligt at opnå betydelige og vedvarende stigninger i tryptophan efter oral administration.

På trods af disse kontroverser er dens anvendelse blevet postuleret som en hjælpestof i:

- Smertebehandling

- Søvnforstyrrelser

- Behandling af depression

- Behandling af manier

- nedsat appetit

Mangelforstyrrelser

Central tryptophan-eliminering eller -mangel er forbundet med depression, opmærksomhedssvigt, hukommelsesnedsættelse, søvnforstyrrelser og angst.

Hos deprimerede og selvmordspatienter er der fundet ændringer i koncentrationen af ​​tryptophan i blodet og cerebrospinalvæsken. Nogle patienter med anorexia nervosa viser også lave serumniveauer af tryptophan.

Nogle polyuriske patienter, der mister vitamin B6 og zink, ofte oplever fobier og angst og forbedrer sig med kosttilskud rig på tryptophan.

Carcinoidsyndrom er kendetegnet ved tilstedeværelsen af ​​tyndtarmsvulster, der forårsager diarré, vaskulære sygdomme og bronchokonstriktion og er relateret til en mangel på niacin og tryptophan

Pellagra er en patologisk tilstand, der er ledsaget af diarré, demens, dermatitis og kan forårsage død, dette er også behandlet med kosttilskud af niacin og tryptophan.

Hartnups sygdom har blandt andet at gøre med en defekt i metabolismen af ​​flere aminosyrer, herunder tryptophan.

I tilfælde af mangel på enzymet tryptophan-2,3-monooxygenase er dette en recessiv arvelig sygdom karakteriseret ved mental retardering og pellagra-lignende hudlidelser.

Referencer

1. Halvorsen, K., & Halvorsen, S. (1963). Hartnup sygdom. Pædiatri, 31 (1), 29-38.
2. Hood, SD, Bell, CJ, Argyropoulos, SV, & Nutt, DJ (2016). Gå ikke i panik. En guide til tryptophan udtømning med forstyrrelsespecifik angstprovokation. Journal of Psychopharmacology, 30 (11), 1137-1140.
3. Jenkins, TA, Nguyen, JC, Polglaze, KE, & Bertrand, PP (2016). Påvirkning af tryptophan og serotonin på humør og kognition med en mulig rolle af tarm-hjerneaksen. Næringsstoffer, 8 (1), 56.
4. Kaye, WH, Barbarich, NC, Putnam, K., Gendall, KA, Fernstrom, J., Fernstrom, M.,… & Kishore, A. (2003). Anxiolytiske virkninger af akut tryptophan udtømning i anorexia nervosa. International Journal of Eating Disorders, 33 (3), 257-267.
5. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P., & Rodwell, V. (2009). Harpers illustrerede biokemi. 28 (s. 588). New York: McGraw-Hill.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-principper for biokemi. Macmillan.