TRYPTOFAN: VLASTNOSTI, STRUKTURA, FUNKCE, VÝHODY - BIOLOGIE - 2025

Tryptofan (Trp, W) je aminokyselina je zařazen do skupiny esenciálních aminokyselin, protože lidské tělo nemůže syntetizovat a musí získat ji prostřednictvím stravy.

Některé potraviny, jako je mléko a jeho deriváty, maso, vejce a některé obiloviny, jako je quinoa a sója, obsahují esenciální aminokyseliny, a proto jsou důležitým zdrojem tryptofanu.

Chemická struktura aminokyseliny Tryptofan (Zdroj: Clavecin přes Wikimedia Commons)

V přírodě je známo více než 300 různých aminokyselin, z nichž pouze 22 tvoří monomerní jednotky buněčných proteinů. Mezi posledně jmenovanými je 9 esenciálních aminokyselin, včetně tryptofanu, ale esenciálnost každého z nich se liší od jednoho druhu k druhému.

Tryptofan má různé funkce, včetně účasti na syntéze proteinů, syntéze serotoninu, což je silný vazokonstriktor a neurotransmiter, melatoninu a syntéze kofaktoru NAD.

V rostlinné říši je tryptofan základním předchůdcem rostlinného hormonu auxinu (kyselina indol-3-octová). Může být syntetizován některými bakteriemi, jako je E. coli, z chorismátu, který je produkován z některých glykolytických derivátů, jako je fosfoenolpyruvát a erythrosa-4-fosfát.

K jeho degradaci u savců dochází v játrech, kde se používá pro syntézu acetyl koenzymu A (acetyl-CoA), a proto se popisuje jako aminokyselina zvaná glukogenita, protože může vstoupit do cyklu tvorby glukózy.

Bylo hlášeno několik studií s kontroverzními výsledky souvisejícími s používáním tryptofanu jako doplňku stravy k léčbě některých patologií, jako jsou deprese a některé poruchy spánku.

Existují některá onemocnění související s vrozenými defekty metabolismu aminokyselin. V případě tryptofanu lze Hartnupovu chorobu pojmenovat recesivní dědičné onemocnění charakterizované mentální retardací a kožními poruchami podobnými pellagra v důsledku nedostatku tryptofan-2,3-monooxygenázy.

vlastnosti

Spolu s fenylalaninem a tyrosinem je tryptofan ve skupině aromatických a hydrofobních aminokyselin.

Tryptofan je však charakterizován jako mírně hydrofobní aminokyselina, protože jeho aromatický postranní řetězec, který má polární skupiny, tuto hydrofobitu zeslabuje.

Protože mají konjugované kruhy, mají silnou absorpci světla v oblasti spektra poblíž ultrafialového záření a tato vlastnost se často používá pro strukturální analýzu proteinů.

Absorbuje ultrafialové světlo (mezi 250 a 290 nm) a ačkoli tato aminokyselina není příliš hojná ve struktuře většiny proteinů v lidském těle, její přítomnost představuje důležitý příspěvek k absorpční kapacitě světla v 280 nm většina proteinů.

Denní požadavky na tryptofan se liší s věkem. U kojenců mezi 4 a 6 měsíci je průměrný požadavek asi 17 mg na kilogram hmotnosti za den; u dětí od 10 do 12 let je to 3,3 mg na kilogram hmotnosti denně a u dospělých 3,5 mg na kilogram hmotnosti denně.

Tryptofan je absorbován střevem a je to ketogenní a glukogenní aminokyselina současně.

Protože se jedná o předchůdce serotoninu, důležitého neurotransmiteru, musí tryptofan dosáhnout centrálního nervového systému (CNS), a proto musí projít hematoencefalickou bariérou, pro kterou existuje specifický aktivní transportní mechanismus.

Struktura

Tryptofan má molekulový vzorec C11H12N2O2 a tato esenciální aminokyselina má aromatický postranní řetězec.

Stejně jako všechny aminokyseliny má tryptofan a atom uhlíku připojený k aminoskupině (NH2), atom vodíku (H), karboxylová skupina (COOH) a postranní řetězec (R) tvořený heterocyklickou strukturou, indolová skupina.

Jeho chemický název je kyselina 2-amino-3-indolylpropionová, má molekulovou hmotnost 204,23 g / mol. Jeho rozpustnost při 20 ° C je 1,06 g ve 100 g vody a má hustotu 1,34 g / cm3.

Funkce

U lidí se tryptofan používá k syntéze proteinů a je nezbytný pro tvorbu serotoninu (5-hydroxytryptamin), silného vazokonstriktoru, stimulátoru kontrakce hladkého svalstva (zejména v tenkém střevu) a neurotransmiteru schopného vyvolat psychickou stimulaci, bojovat proti depresi a regulovat úzkost.

Tryptofan je předchůdcem v syntéze melatoninu, a proto má důsledky pro cykly spánku a bdění.

Uvedená aminokyselina se používá jako prekurzor v jedné ze tří drah pro tvorbu kofaktoru NAD, velmi důležitého kofaktoru, který se účastní velkého množství enzymatických reakcí souvisejících s oxidačně-redukčními událostmi.

Tryptofan a některé jeho prekurzory se používají k tvorbě rostlinného hormonu zvaného auxin (kyselina indol-3-octová). Auxiny jsou rostlinné hormony, které regulují růst, vývoj a mnoho dalších fyziologických funkcí rostlin.

Biosyntéza

U organismů, které jsou schopné ho syntetizovat, je uhlíková kostra tryptofanu odvozena od fosfoenolpyruvátu a erythrosy-4-fosfátu. Ty jsou zase tvořeny z mezikruží Krebsova cyklu: oxaloacetát.

Fosfoenolpyruvát a erytróza-4-fosfát se používají pro syntézu chorismátu v sedmikrokové enzymatické cestě. Fosfoenolpyruvát (PEP) je produktem glykolýzy a erytrózy-4-fosfátu dráhy pentosofosfátu.

Jaká je cesta syntézy chorismátu?

Prvním krokem při syntéze chorismátu je vazba PEP s erytrózou-4-fosfátem za vzniku 2-keto-3-deoxy-D-arabino-heptulosonát-7-fosfátu (DAHP).

Tato reakce je katalyzována enzymem 2-keto-3-deoxy-D-arabino-heptulosonát-7-fosfát syntáza (DAHP syntáza), která je inhibována chorismátem.

Druhá reakce zahrnuje cyklizaci DAHP dehydrochinát syntázou, enzymem, který vyžaduje kofaktor NAD, který je během této reakce redukován; výsledkem je 5-dehydrochinát.

Třetí krok v této cestě zahrnuje odstranění molekuly vody z 5-dehydrochinátu, což je reakce katalyzovaná enzymem dehydrochinát dehydratáza, jehož konečný produkt odpovídá 5-dehydro-šikimu.

Ketoskupina této molekuly se redukuje na hydroxylovou skupinu a v důsledku toho se vytvoří shikimát. Enzym, který katalyzuje tuto reakci, je shadimát dehydrogenáza závislá na NADPH.

Pátý krok této cesty zahrnuje vytvoření shikimát 5-fosfátu a spotřebu molekuly ATP působením enzymu známého jako shikimát kináza, který je zodpovědný za fosforylaci shikimátu v poloze 5.

Následně se z shikimátu 5-fosfátu a působením 3-enolpyruvyl-šikimát-5-fosfát syntázy vytvoří 3-enolpyruvyl-šikimát-5-fosfát. Uvedený enzym podporuje vytěsnění fosforylové skupiny druhé molekuly PEP hydroxylovou skupinou uhlíku v poloze 5 shikimátu 5-fosfátu.

Sedmá a poslední reakce je katalyzována chorismát syntázou, která odstraňuje fosfát z 3-enolpyruvyl-šikimátu 5-fosfátu a převádí jej na chorismát.

V houbě N. crassa katalyzuje jeden multifunkční enzymový komplex pět ze sedmi reakcí v této cestě a do tohoto komplexu se přidají další tři enzymy, které nakonec vytvoří tryptofan.

Syntéza tryptofanu v bakteriích

V E. coli zahrnuje transformace chorismátu na tryptofan cestu s pěti dalšími enzymatickými kroky:

Za prvé, enzym anthranilátsyntáza přeměňuje chorismát na antranilát. Na této reakci se podílí molekula glutaminu, která daruje aminoskupinu, která se váže na indolový kruh tryptofanu a přeměňuje se na glutamát.

Druhý krok je katalyzován antranilát fosforibosyltransferázou. Při této reakci se pyrofosfátová molekula vytěsní z 5-fosforibosyl-l-pyrofosfátu (PRPP), energeticky bohatého metabolitu a vytvoří se N- (5'-fosforibosyl) -antranilát.

Třetí reakce v této cestě syntézy tryptofanu zahrnuje účast enzymu fosforibosyl-antranilata isomerázy. Zde se otevře furanový kruh N- (5'-fosforibosyl) -antranilátu a tautomerizací se vytvoří l- (o-karboxyfenylamino) -l-deoxyribulóza-5-fosfát.

Později se vytvoří indol-3-glycerol fosfát, v reakci katalyzované indol-3-glycerol fosfát syntázou, kde se uvolní molekula CO2 a H2O a cyklizuje se 1- (o-karboxyfenylamino) -1-. deoxyribulóza 5-fosfát.

Poslední reakce této cesty končí za vzniku tryptofanu, když tryptofan syntáza katalyzuje reakci indol-3-glycerol fosfátu s molekulou PLP (pyridoxal fosfát) a další serinu, uvolňuje glyceraldehyd 3-fosfát a formuje tryptofan.

Degradace

U savců se tryptofan štěpí v játrech na acetyl-CoA v cestě, která zahrnuje dvanáct enzymatických kroků: osm k dosažení a-ketoadipátu a 4 další k přeměně a-ketoadipátu na acetyl koenzym A.

Pořadí degradace na a-ketoadipát je:

Tryptofan → N-formyl chinurenin → Chinurenin → 3-hydroxychinurenin → 3-hydroxyanthranilát → ε-semialdehyd 2-amino-3-karboxy muconic → ε-semialdehyd α-amino muconic → 2-amino muconate → α-ketoadipate.

Enzymy, které katalyzují tyto reakce, jsou:

Tryptofan 2-3-dioxygenáza, kinurenin formamidáza, NADPH-dependentní monooxygenáza, kinurenináza, 3-hydroxyanthranilát oxygenáza, dekarboxyláza, NAD-závislá ε-semialdehyd alfa-aminonikonová reduktáza NADPH-dependentní.

Jakmile je vytvořen a-ketoadipát, vzniká glutaryl-CoA oxidační dekarboxylací. To, díky B-oxidaci, vytváří Glutaconyl-CoA, který ztrácí atom uhlíku ve formě hydrogenuhličitanu (HCO3-), získává molekulu vody a končí jako krotonyl-CoA.

Crotonyl-CoA, rovněž beta-oxidací, poskytuje acetyl-CoA. Uvedený acetyl-CoA může podle potřeby sledovat několik cest, zejména glukoneogenezi, za vzniku glukózy a Krebsův cyklus za vzniku ATP.

Tato molekula však může být také zaměřena na tvorbu ketonových těl, která mohou být nakonec použita jako zdroj energie.

Potraviny bohaté na tryptofan

Červené maso obecně, kuře a ryby (zejména mastné ryby jako losos a tuňák) jsou zvláště bohaté na tryptofan. Mléko a jeho deriváty, vejce, zejména žloutek, jsou také potraviny s vysokým obsahem tryptofanu.

Další potraviny, které slouží jako přírodní zdroj této aminokyseliny, jsou:

- Sušené ovoce, jako jsou vlašské ořechy, mandle, pistácie a kešu ořechy.

- Rýžové cereálie.

- suchá zrna, jako jsou fazole, čočka, cizrna, sója, quinoa atd.

- Pivovarské kvasnice a čerstvé fazole, banány a banány, ananas nebo ananas, avokádo, švestky, řeřicha, brokolice, špenát a čokoláda.

Výhody jeho příjmu

Spotřeba tryptofanu je nezbytně nutná k syntéze všech proteinů, které jej obsahují ve své struktuře a díky svým různým funkcím umožňuje regulovat stav mysli, spánkových a probouzejících se cyklů a velké množství biochemických procesů, na nichž se NAD podílí..

Kromě známých účinků na náladu se serotonin (odvozený od tryptofanu) podílí na mnoha kognitivních funkcích souvisejících s učením a pamětí, které se tedy také vztahují k tryptofanu.

Existují data ukazující vztah mezi náladou, serotoninem a osou gastrointestinální-mozek jako systém obousměrných vlivů mezi mozkovými emocionálními a kognitivními centry a periferní funkcí zažívacího traktu.

Jeho použití jako doplněk stravy při léčbě některých poruch, zejména poruch souvisejících s centrálním nervovým systémem, je velmi kontroverzní, protože jeho konkurenční transport s mnohem hojnějšími neutrálními aminokyselinami ztěžuje dosažení významného a trvalého zvýšení tryptofan po perorálním podání.

Přes tyto diskuse, jeho použití bylo postuloval jako adjuvans v:

- Léčba bolesti

- Poruchy spánku

- Léčba deprese

- Léčba mánie

- snížená chuť k jídlu

Poruchy nedostatku

Centrální eliminace nebo nedostatek tryptofanu je spojen s depresí, selháním pozornosti, poruchou paměti, poruchami spánku a úzkostí.

U depresivních a sebevražedných pacientů byly zjištěny změny v koncentraci tryptofanu v krvi a v mozkomíšním moku. Také někteří pacienti s anorexií nervózou vykazují nízké hladiny tryptofanu v séru.

Někteří pacienti s polyuretanem, kteří ztratí vitamín B6 a zinek, často vykazují fóbie a úzkost a zlepšují se pomocí doplňků stravy bohatých na tryptofan.

Karcinoidní syndrom je charakterizován přítomností nádorů tenkého střeva, které způsobují průjem, cévní onemocnění a bronchokonstrikci a jsou spojeny s nedostatkem niacinu a tryptofanu.

Pellagra je patologický stav, který je doprovázen průjmem, demencí, dermatitidou a může způsobit smrt, je také léčen doplňky niacinu a tryptofanu.

Hartnupova choroba musí mimo jiné souviset s poruchou metabolismu několika aminokyselin, včetně tryptofanu.

V případě nedostatku enzymu tryptofan-2,3-monooxygenázy se jedná o recesivní dědičné onemocnění charakterizované mentální retardací a kožními poruchami podobnými pellagra.

Reference

1. Halvorsen, K., & Halvorsen, S. (1963). Hartnupova nemoc. Pediatrics, 31 (1), 29-38.
2. Hood, SD, Bell, CJ, Argyropoulos, SV a Nutt, DJ (2016). Nepanikařte. Průvodce deplecí tryptofanu s provokací úzkostně specifické poruchy. Journal of Psychopharmacology, 30 (11), 1137-1140.
3. Jenkins, TA, Nguyen, JC, Polglaze, KE, & Bertrand, PP (2016). Vliv tryptofanu a serotoninu na náladu a poznání s možnou rolí osy střeva a mozku. Živiny, 8 (1), 56.
4. Kaye, WH, Barbarich, NC, Putnam, K., Gendall, KA, Fernstrom, J., Fernstrom, M.,… & Kishore, A. (2003). Anxiolytické účinky akutní deplece tryptofanu na nervovou anorexii. International Journal of Eating Disorders, 33 (3), 257-267.
5. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P. a Rodwell, V. (2009). Harperova ilustrovaná biochemie. 28 (str. 588). New York: McGraw-Hill.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, a Cox, MM (2008). Lehningerovy principy biochemie. Macmillan.