TRYPTOFAN: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKSJONER, FORDELER - BIOLOGI - 2024

Den tryptofan (Trp, W) er en aminosyre klassifisert i gruppen av essensielle aminosyrer, fordi det menneskelige legeme ikke kan syntetisere og må skaffe den gjennom kosten.

Noen matvarer som melk og derivater derav, kjøtt, egg og noen frokostblandinger som quinoa og soya inneholder essensielle aminosyrer, og er derfor en viktig kilde til tryptofan.

Kjemisk struktur av aminosyren Tryptophan (Kilde: Clavecin via Wikimedia Commons)

Mer enn 300 forskjellige aminosyrer er kjent i naturen, og av disse utgjør bare 22 de monomere enhetene av celleproteiner. Blant de sistnevnte er 9 essensielle aminosyrer, inkludert tryptofan. Imidlertid er essensen av hver av dem forskjellig fra en art til en annen.

Tryptophan har forskjellige funksjoner, inkludert sin deltakelse i proteinsyntese, i syntesen av serotonin, som er en kraftig vasokonstriktor og nevrotransmitter, av melatonin og i syntesen av kofaktoren NAD.

I planteriket er tryptofan en grunnleggende forløper for plantehormonet auxin (indol-3-eddiksyre). Det kan syntetiseres av noen bakterier som E. coli fra korismat, som er produsert fra noen glykolytiske derivater som fosfoenolpyruvat og erytrose-4-fosfat.

Nedbrytningen av den hos pattedyr skjer i leveren, der den brukes til syntese av acetylkoenzym A (acetyl-CoA), og av denne grunn blir den beskrevet som en aminosyre som kalles glukogen, siden den kan gå inn i glukosedannelsessyklusen.

Flere studier er rapportert med kontroversielle resultater relatert til bruk av tryptofan som et kosttilskudd for behandling av noen patologier som depresjon og noen søvnforstyrrelser blant andre.

Det er noen sykdommer relatert til fødselsdefekter i aminosyre metabolisme. Når det gjelder tryptofan, kan Hartnups sykdom navngis på grunn av mangel på tryptofan-2,3-monooxygenase, en recessiv arvelig sykdom som er preget av psykisk utviklingshemning og pellagra-lignende hudlidelser.

kjennetegn

Sammen med fenylalanin og tyrosin er tryptofan i gruppen av aromatiske og hydrofobe aminosyrer.

Tryptofan er imidlertid preget av å være en svakt hydrofob aminosyre, siden den aromatiske sidekjeden, som har polare grupper, demper denne hydrofobisiteten.

Fordi de har konjugerte ringer, har de en sterk absorpsjon av lys i området av spekteret nær ultrafiolett, og denne egenskapen brukes ofte til strukturell analyse av proteiner.

Den absorberer ultrafiolett lys (mellom 250 og 290 nm), og selv om denne aminosyren ikke er veldig rik på strukturen til de fleste proteinene i menneskekroppen, representerer dens tilstedeværelse et viktig bidrag til absorpsjonskapasiteten til lys i 280 nm region av de fleste proteiner.

Daglige krav til tryptofan varierer med alderen. Hos spedbarn mellom 4 og 6 måneder er gjennomsnittlig behov ca. 17 mg per kilo vekt per dag; Hos barn fra 10 til 12 år er det 3,3 mg per kilo vekt per dag, og hos voksne er det 3,5 mg per kilo vekt per dag.

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

Siden det er en forløper for serotonin, en viktig nevrotransmitter, må tryptofan nå sentralnervesystemet (CNS), og for dette må den krysse blod-hjerne-barrieren, som det er en spesifikk aktiv transportmekanisme for.

Struktur

Tryptophan har en molekylformel C11H12N2O2 og denne essensielle aminosyren har en aromatisk sidekjede.

Som alle aminosyrer har tryptofan et a-karbonatom knyttet til en aminogruppe (NH2), et hydrogenatom (H), en karboksylgruppe (COOH) og en sidekjede (R) dannet av en heterosyklisk struktur, indolegruppen.

Dets kjemiske navn er 2-amino-3-indolylpropionsyre, den har en molekylmasse på 204,23 g / mol. Løseligheten ved 20 ° C er 1,06 g i 100 g vann og har en densitet på 1,34 g / cm3.

Egenskaper

Hos mennesker brukes tryptofan til proteinsyntese og er essensiell for dannelse av serotonin (5-hydroksytryptamin), en kraftig vasokonstriktor, stimulant for sammentrekning av glatt muskel (spesielt i tynntarmen) og en nevrotransmitter som er i stand til generere psykisk stimulering, bekjempe depresjon og regulere angst.

Tryptophan er en forløper i syntesen av melatonin og har derfor implikasjoner for søvn-våken-syklusene.

Aminosyren brukes som en forløper i en av de tre veiene for dannelse av kofaktoren NAD, en veldig viktig kofaktor som deltar i et stort utvalg av enzymatiske reaksjoner relatert til oksidasjonsreduksjonshendelser.

Tryptophan og noen av dets forløpere brukes til dannelse av et plantehormon kalt auxin (indol-3-eddiksyre). Auxins er plantehormoner som regulerer vekst, utvikling og mange andre fysiologiske funksjoner hos planter.

biosyntesen

I organismer som er i stand til å syntetisere det, er karbonskjelettet til tryptofan avledet fra fosfoenolpyruvat og erytrose-4-fosfat. Disse er på sin side dannet av et mellomprodukt i Krebs-syklusen: oksaloacetat.

Fosfoenolpyruvat og erytrose-4-fosfat brukes til syntese av korismat i en syv-trinns enzymatisk bane. Fosfoenolpyruvat (PEP) er et produkt av glykolyse og erytrose-4-fosfat i pentosefosfatveien.

Hvordan er korismatsynteseveien?

Det første trinnet i korismatsyntese er bindingen av PEP med erytrose-4-fosfat for å danne 2-keto-3-deoksy-D-arabino-heptulosonat-7-fosfat (DAHP).

Denne reaksjonen katalyseres av enzymet 2-keto-3-deoksy-D-arabino-heptulosonat-7-fosfat-syntase (DAHP-syntase), som inhiberes av chorismat.

Den andre reaksjonen involverer syklisering av DAHP ved dehydrokinat-syntase, et enzym som krever kofaktoren NAD, som reduseres under denne reaksjonen; som et resultat produseres 5-dehydrokinat.

Det tredje trinnet i denne ruten innebærer eliminering av et vannmolekyl fra 5-dehydrokinat, en reaksjon katalysert av enzymet dehydroquinate dehydratase, hvis sluttprodukt tilsvarer 5-dehydro shikimate.

Ketogruppen til dette molekylet reduseres til en hydroksylgruppe, og som en konsekvens dannes det shikimat. Enzymet som katalyserer denne reaksjonen er NADPH-avhengig shikimate dehydrogenase.

Det femte trinnet av ruten innebærer dannelse av shikimat 5-fosfat og forbruk av et ATP-molekyl ved virkning av et enzym kjent som shikimatkinase, ansvarlig for fosforylering av shikimat i posisjon 5.

Deretter frembringes 3-enolpyruvyl shikimat 5-fosfat fra shikimat 5-fosfat og ved virkning av 3-enolpyruvyl shikimat-5-fosfat-syntase. Det nevnte enzym fremmer fortrengning av fosforylgruppen i et andre molekyl av PEP med hydroksylgruppen i karbonet i stilling 5 til shikimat 5-fosfat.

Den syvende og siste reaksjonen katalyseres av chorismatsyntase, som fjerner fosfat fra 3-enolpyruvyl-shikimat 5-fosfat og omdanner det til chorismat.

I soppen N. crassa katalyserer et enkelt multifunksjonelt enzymkompleks fem av de syv reaksjonene i denne veien, og tre andre enzymer blir tilsatt til dette komplekset som ender opp med å generere tryptofan.

Syntese av tryptofan i bakterier

I E. coli innebærer transformasjonen av chorismat til tryptofan en bane med fem ekstra enzymatiske trinn:

For det første konverterer enzymet anthranilate synthase chorismat til anthranilate. Et glutaminmolekyl deltar i denne reaksjonen, som donerer aminogruppen som binder seg til indolringen til tryptofan og omdannes til glutamat.

Det andre trinnet katalyseres av anthranilatfosforibosyltransferase. I denne reaksjon forskjøves et pyrofosfatmolekyl fra 5-fosforibosyl-1-pyrofosfat (PRPP), en energirik metabolitt, og N- (5'-fosforibosyl) -antranilat dannes.

Den tredje reaksjonen i denne ruten for tryptofansyntese involverer deltakelse av enzymet fosforibosyl-anthranilat-isomerase. Her åpnes furanringen av N- (5'-fosforibosyl) -antranilatet og 1- (o-karboksyfenylamino) -1-deoksyribulose 5-fosfat dannes ved tautomerisering.

Senere dannes indol-3-glyserolfosfat, i en reaksjon katalysert av indol-3-glyserolfosfat-syntase, hvor et CO2 og et H2O-molekyl frigjøres og 1- (o-karboksyfenylamino) -1- sykliseres. deoksyribulose 5-fosfat.

Den siste reaksjonen på denne traseen ender med å danne tryptofan når tryptofansyntase katalyserer reaksjonen av indol-3-glyserolfosfat med et molekyl av PLP (pyridoxal fosfat) og en annen av serin, og frigjør glyceraldehyd 3-fosfat og danner tryptophan.

nedbrytning

Hos pattedyr blir tryptofan brutt ned til acetyl-CoA i leveren i en bane som involverer tolv enzymatiske trinn: åtte for å nå α-ketoadipat og 4 til for å konvertere α-ketoadipat til acetylkoenzym A.

Nedbrytningsrekkefølgen til α-ketoadipat er:

Tryptofan → N-formylkinurin → Kinurenin → 3-hydroksykinurenin → 3-hydroksy-antranilat → ε-semialdehyd 2-amino-3-karboksy-mukonisk → ε-semialdehyd α-amino mukonisk → 2-amino-mukonat → α-ketoadipat.

Enzymer som katalyserer disse reaksjonene er henholdsvis:

Tryptofan 2-3-dioksygenase, kinureninformamidase, NADPH-avhengig monooxygenase, kinureninase, 3-hydroksy-antranilat oksygenase, dekarboksylase, NAD-avhengig e-semialdehyd a-aminonukonisk dehydrogenase og a-amino-mukonatreduktase NADPH-avhengig.

Når α-ketoadipat er generert, dannes glutaryl-CoA ved oksidativ dekarboksylering. Dette, ved ß-oksidasjon, danner Glutaconyl-CoA som mister et karbonatom i form av bikarbonat (HCO3-), får et vannmolekyl og ender som crotonyl-CoA.

Crotonyl-CoA, også ved ß-oksidasjon, gir acetyl-CoA. Slik acetyl-CoA kan følge flere veier, spesielt glukoneogenese, for å danne glukose, og Krebs-syklusen, for å danne ATP etter behov.

Imidlertid kan dette molekylet også rettes mot dannelse av ketonlegemer, som til slutt kan brukes som energikilde.

Mat som er rik på tryptofan

Rødt kjøtt generelt, kylling og fisk (spesielt fet fisk som laks og tunfisk) er spesielt rike på tryptofan. Melk og dets derivater, egg, spesielt eggeplomme, er også matvarer med et rikelig innhold av tryptofan.

Andre matvarer som fungerer som en naturlig kilde til denne aminosyren er:

- Tørket frukt som valnøtter, mandler, pistasjnøtter og cashewnøtter, blant andre.

- Risblandinger.

- Tørre korn som bønner, linser, kikerter, soyabønner, quinoa, etc.

- Bryggergjær og friske bønner, bananer og planeter, ananas eller ananas, avokado, plommer, brønnkarse, brokkoli, spinat og sjokolade.

Fordeler med inntaket

Forbruket av tryptofan er absolutt nødvendig for å syntetisere alle de proteiner som inkluderer det i strukturen, og gjennom sine forskjellige funksjoner tillater det å regulere humør, søvn og våkne sykluser og et stort utvalg av biokjemiske prosesser der NAD deltar. .

I tillegg til de kjente effektene på humør, er serotonin (avledet fra tryptofan) involvert i flere kognitive funksjoner relatert til læring og hukommelse, som derfor også er relatert til tryptofan.

Det finnes data som viser forholdet mellom humør, serotonin og mage-hjerne-aksen som et system med toveis påvirkning mellom hjernens emosjonelle og kognitive sentre og den perifere funksjonen i fordøyelseskanalen.

Bruken av den som et kosttilskudd for behandling av noen lidelser, spesielt de som er relatert til sentralnervesystemet, har vært veldig kontroversiell fordi den konkurrerende transporten med de mye rikere nøytrale aminosyrene gjør det vanskelig å oppnå betydelige og vedvarende økninger i tryptofan etter oral administrering.

Til tross for disse kontroversene, har bruken blitt postulert som et hjelpestoff i:

- Smertebehandling

- Søvnforstyrrelser

- Behandling av depresjon

- Behandling av manier

- redusert matlyst

Mangelforstyrrelser

Sentral tryptofan eliminering eller mangel er assosiert med depresjon, oppmerksomhetssvikt, nedsatt hukommelse, søvnforstyrrelser og angst.

Hos deprimerte og suicidale pasienter er det funnet endringer i konsentrasjonen av tryptofan i blodet og i cerebrospinalvæsken. Noen pasienter med anorexia nervosa viser også lave serumnivåer av tryptofan.

Noen polyuriske pasienter, som mister vitamin B6 og sink, presenterer ofte fobier og angst og forbedrer seg med kosttilskudd rike på tryptofan.

Karsinoidsyndrom er preget av tilstedeværelsen av tynntarmsvulster som forårsaker diaré, vaskulære sykdommer og bronkokonstriksjon og er relatert til mangel på niacin og tryptofan

Pellagra er en patologisk tilstand som er ledsaget av diaré, demens, dermatitt og kan forårsake død, dette behandles også med tilskudd av niacin og tryptofan.

Hartnups sykdom har blant annet å gjøre med en defekt i metabolismen til flere aminosyrer, inkludert tryptofan.

Ved mangel på enzymet tryptophan-2,3-monooxygenase er dette en recessiv arvelig sykdom som er preget av psykisk utviklingshemning og pellagra-lignende hudlidelser.

referanser

1. Halvorsen, K., & Halvorsen, S. (1963). Hartnup sykdom. Pediatri, 31 (1), 29-38.
2. Hood, SD, Bell, CJ, Argyropoulos, SV, & Nutt, DJ (2016). Ikke få panikk. En guide til tryptofan uttømming med forstyrrelsespesifikk angstprovokasjon. Journal of Psychopharmacology, 30 (11), 1137-1140.
3. Jenkins, TA, Nguyen, JC, Polglaze, KE, & Bertrand, PP (2016). Påvirkning av tryptofan og serotonin på humør og erkjennelse med en mulig rolle av tarmen-hjerneaksen. Næringsstoffer, 8 (1), 56.
4. Kaye, WH, Barbarich, NC, Putnam, K., Gendall, KA, Fernstrom, J., Fernstrom, M., … & Kishore, A. (2003). Anxiolytic effekter av akutt tryptofan uttømming i anorexia nervosa. International Journal of Eating Disorders, 33 (3), 257-267.
5. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P., & Rodwell, V. (2009). Harpers illustrerte biokjemi. 28 (s. 588). New York: McGraw-Hill.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-prinsippene for biokjemi. Macmillan.