TRYPTOFÁN: VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE, VÝHODY - BIOLÓGIE - 2026

Tryptofán (Trp, W) je aminokyselina je zaradený do skupiny esenciálnych aminokyselín, pretože ľudské telo nemôže syntetizovať a musí získať ju prostredníctvom stravy.

Niektoré potraviny, ako je mlieko a jeho deriváty, mäso, vajcia a niektoré obilniny, ako napríklad quinoa a sója, obsahujú esenciálne aminokyseliny, a preto sú dôležitým zdrojom tryptofánu.

Chemická štruktúra aminokyseliny Tryptofán (Zdroj: Clavecin prostredníctvom Wikimedia Commons)

V prírode je známych viac ako 300 rôznych aminokyselín, z ktorých iba 22 tvorí monomérne jednotky bunkových proteínov. Z nich je 9 esenciálnych aminokyselín, vrátane tryptofánu, ale esenciálnosť každého z nich sa líši od jedného druhu k druhému.

Tryptofán má rôzne funkcie, vrátane účasti na syntéze proteínov, syntéze serotonínu, ktorý je silným vazokonstriktorom a neurotransmiterom, melatonínu a syntéze kofaktora NAD.

V rastlinnej ríši je tryptofán základným prekurzorom rastlinného hormónu auxínu (kyselina indol-3-octová). Môže byť syntetizovaný niektorými baktériami, ako je napríklad E. coli z chorismátu, ktorý je produkovaný z niektorých glykolytických derivátov, ako je fosfoenolpyruvát a erytróza-4-fosfát.

K jeho degradácii u cicavcov dochádza v pečeni, kde sa používa na syntézu acetyl koenzýmu A (acetyl-CoA), a preto sa opisuje ako aminokyselina nazývaná glukogénna, pretože môže vstúpiť do cyklu tvorby glukózy.

Bolo publikovaných niekoľko štúdií s kontroverznými výsledkami súvisiacimi s použitím tryptofánu ako doplnku výživy na liečenie niektorých patologických stavov, ako sú depresia a niektoré poruchy spánku.

Existujú niektoré choroby súvisiace s vrodenými chybami metabolizmu aminokyselín. V prípade tryptofánu môže byť Hartnupova choroba pomenovaná kvôli nedostatku tryptofán-2,3-monooxygenázy recesívne dedičné ochorenie charakterizované mentálnou retardáciou a kožnými poruchami podobnými pellagra.

vlastnosti

Spolu s fenylalanínom a tyrozínom je tryptofán v skupine aromatických a hydrofóbnych aminokyselín.

Tryptofán sa však vyznačuje mierne hydrofóbnou aminokyselinou, pretože jeho aromatický bočný reťazec, ktorý má polárne skupiny, túto hydrofóbnosť zoslabuje.

Pretože majú konjugované kruhy, majú silnú absorpciu svetla v oblasti spektra blízko ultrafialového žiarenia a táto charakteristika sa často používa na štrukturálnu analýzu proteínov.

Absorbuje ultrafialové svetlo (medzi 250 a 290 nm), a hoci táto aminokyselina nie je príliš zastúpená v štruktúre väčšiny proteínov v ľudskom tele, jej prítomnosť predstavuje dôležitý príspevok k absorpčnej kapacite svetla v tele. 280 nm väčšiny proteínov.

Denné požiadavky na tryptofán sa líšia vekom. U dojčiat vo veku od 4 do 6 mesiacov je priemerná požiadavka asi 17 mg na kilogram hmotnosti za deň; u detí od 10 do 12 rokov je to 3,3 mg na kilogram hmotnosti za deň a u dospelých je to 3,5 mg na kilogram hmotnosti za deň.

Tryptofán sa vstrebáva cez črevo a súčasne predstavuje ketogénnu a glukogénnu aminokyselinu.

Pretože ide o prekurzor serotonínu, dôležitého neurotransmitera, musí tryptofán dosiahnuť centrálny nervový systém (CNS), a preto musí prekonať hematoencefalickú bariéru, pre ktorú existuje špecifický aktívny transportný mechanizmus.

štruktúra

Tryptofán má molekulový vzorec C11H12N2O2 a táto esenciálna aminokyselina má aromatický bočný reťazec.

Tak ako všetky aminokyseliny, aj tryptofán má a atóm uhlíka viazaný na aminoskupinu (NH2), atóm vodíka (H), karboxylovú skupinu (COOH) a bočný reťazec (R) tvorený heterocyklickou štruktúrou, indolová skupina.

Jeho chemický názov je kyselina 2-amino-3-indolylpropiónová, má molekulovú hmotnosť 204,23 g / mol. Jeho rozpustnosť pri 20 ° C je 1,06 g v 100 g vody a má hustotu 1,34 g / cm3.

Vlastnosti

U ľudí sa tryptofán používa na syntézu proteínov a je nevyhnutný na tvorbu serotonínu (5-hydroxytryptamín), silného vazokonstriktora, stimulátora kontrakcie hladkého svalstva (najmä v tenkom čreve) a neurotransmitera schopného vyvolať psychickú stimuláciu, bojovať proti depresii a regulovať úzkosť.

Tryptofán je prekurzorom syntézy melatonínu, a preto má dôsledky pre cykly spánku a bdelosti.

Uvedená aminokyselina sa používa ako prekurzor v jednej z troch dráh na tvorbu kofaktora NAD, veľmi dôležitého kofaktora, ktorý sa zúčastňuje veľkého množstva enzymatických reakcií súvisiacich s oxidačno-redukčnými javmi.

Tryptofán a niektoré z jeho prekurzorov sa používajú na tvorbu rastlinného hormónu nazývaného auxín (kyselina indol-3-octová). Auxíny sú rastlinné hormóny, ktoré regulujú rast, vývoj a mnoho ďalších fyziologických funkcií rastlín.

biosyntéza

V organizmoch, ktoré ho dokážu syntetizovať, je uhlíková kostra tryptofánu odvodená od fosfoenolpyruvátu a erytrózy-4-fosfátu. Tieto sa zase tvoria z medziproduktu Krebsovho cyklu: oxaloacetát.

Fosfoenolpyruvát a erytróza-4-fosfát sa používajú na syntézu chorismátu v sedemstupňovej enzymatickej ceste. Fosfoenolpyruvát (PEP) je produktom glykolýzy a erytrózy-4-fosfátu dráhy pentózofosfátu.

Aká je syntézna cesta chorizátu?

Prvým krokom syntézy chorizátu je väzba PEP s erytrózou-4-fosfátom za vzniku 2-keto-3-deoxy-D-arabino-heptulosonátu-7-fosfátu (DAHP).

Táto reakcia je katalyzovaná enzýmom 2-keto-3-deoxy-D-arabino-heptulosonát-7-fosfátsyntáza (DAHP syntáza), ktorá je inhibovaná chorismátom.

Druhá reakcia zahŕňa cyklizáciu DAHP dehydrochinát syntázou, enzýmom, ktorý vyžaduje kofaktor NAD, ktorý sa počas tejto reakcie redukuje; výsledkom je 5-dehydrochinát.

Tretí krok v tomto spôsobe spočíva v odstránení molekuly vody z 5-dehydrochinátu, čo je reakcia katalyzovaná enzýmom dehydrochinát dehydratáza, ktorého konečný produkt zodpovedá 5-dehydratikimu.

Ketoskupina tejto molekuly sa redukuje na hydroxylovú skupinu a v dôsledku toho sa vytvára šikim. Enzýmom, ktorý katalyzuje túto reakciu, je shikimát dehydrogenáza závislá od NADPH.

Piaty krok tejto cesty zahŕňa tvorbu shikimát 5-fosfátu a spotrebu molekuly ATP pôsobením enzýmu známeho ako shikimát kináza, ktorý je zodpovedný za fosforyláciu shikimátu v polohe 5.

Následne sa z shikimátu 5-fosfátu a pôsobením 3-enolpyruvyl-šikimát-5-fosfátsyntázy získa 3-enolpyruvyl-šikimát-5-fosfát. Uvedený enzým podporuje vytesnenie fosforylovej skupiny druhej molekuly PEP hydroxylovou skupinou uhlíka v polohe 5 shikimátu 5-fosfátu.

Siedma a posledná reakcia je katalyzovaná chorismát syntázou, ktorá odstraňuje fosfát z 3-enolpyruvyl-šikimátu 5-fosfátu a konvertuje ho na chorismát.

V hube N. crassa katalyzuje jeden multifunkčný enzýmový komplex päť zo siedmich reakcií v tejto ceste a do tohto komplexu sa pridajú ďalšie tri enzýmy, ktoré nakoniec vytvoria tryptofán.

Syntéza tryptofánu v baktériách

V E. coli transformácia chorismátu na tryptofán zahŕňa cestu s piatimi ďalšími enzymatickými krokmi:

Po prvé, enzým antranilát syntáza konvertuje chorismát na antranilát. Na tejto reakcii sa podieľa molekula glutamínu, ktorá daruje aminoskupinu, ktorá sa viaže na indolový kruh tryptofánu a premieňa sa na glutamát.

Druhý krok je katalyzovaný antranilát fosforibozyltransferázou. Pri tejto reakcii sa pyrofosfátová molekula vytesní z 5-fosforibozyl-l-pyrofosfátu (PRPP), metabolitu bohatého na energiu a vytvorí sa N- (5'-fosforibozyl) -antranilát.

Tretia reakcia v tomto spôsobe syntézy tryptofánu spočíva v účasti enzýmu fosforibozyl-antranilát izomerázy. Tu sa otvorí furánový kruh N- (5'-fosforibozyl) -antranilátu a tautomerizáciou sa vytvorí 1- (o-karboxypenylamino) -1-deoxyribulóza-5-fosfát.

Neskôr sa vytvorí indol-3-glycerol fosfát, v reakcii katalyzovanej syntázou indol-3-glycerol fosfátu, kde sa uvoľňujú molekuly CO2 a H2O a cyklizuje sa 1- (o-karboxyfenylamino) -1-. deoxyribulóza 5-fosfát.

Posledná reakcia tejto cesty končí tvorbou tryptofánu, keď tryptofan syntáza katalyzuje reakciu indol-3-glycerol fosfátu s molekulou PLP (pyridoxal fosfát) a inou zo serínu, pričom sa uvoľní glyceraldehyd 3-fosfát a vytvorí sa tryptofán.

degradácia

U cicavcov sa tryptofán štiepi na acetyl-CoA v pečeni cestou, ktorá zahŕňa dvanásť enzymatických krokov: osem na dosiahnutie a-ketoadipátu a 4 ďalšie na premenu a-ketoadipátu na acetyl koenzým A.

Poradie degradácie na a-ketoadipát je:

Tryptofán → N-formyl chinurenín → Chinurenín → 3-hydroxychinenenín → 3-hydroxyantranilát → ε-semialdehyd 2-amino-3-karboxy-muconic → ε-semialdehyd a-amino muconic → 2-amino muconate → α-ketoadipate.

Enzýmy, ktoré katalyzujú tieto reakcie, sú:

Tryptofán 2-3-dioxygenáza, kinurenínformamidáza, NADPH-dependentná monooxygenáza, kinurenináza, 3-hydroxyantranilatoxyáza, dekarboxyláza, N-dependentná ε-semialdehyd-a-aminonekondehydrogenáza a a-amino muconát reduktáza NADPH-závislé.

Po vytvorení a-ketoadipátu sa vytvorí oxidaryl-CoA oxidačnou dekarboxyláciou. To, vďaka ß-oxidácii, vytvára Glutaconyl-CoA, ktorý stráca atóm uhlíka vo forme hydrogenuhličitanu (HCO3-), získava molekulu vody a končí ako krotonyl-CoA.

Crotonyl-CoA, tiež beta-oxidáciou, poskytuje acetyl-CoA. Uvedený acetyl-CoA môže podľa potreby sledovať niekoľko ciest, najmä glukoneogenézu, za vzniku glukózy, a Krebsov cyklus, za vzniku ATP.

Táto molekula však môže byť tiež zameraná na tvorbu ketónových teliesok, ktoré sa môžu nakoniec použiť ako zdroj energie.

Potraviny bohaté na tryptofán

Červené mäso všeobecne, kuracie mäso a ryby (najmä mastné ryby ako losos a tuniak) sú obzvlášť bohaté na tryptofán. Mlieko a jeho deriváty, vajcia, najmä žĺtok, sú tiež potravinami s vysokým obsahom tryptofánu.

Ďalšie potraviny, ktoré slúžia ako prírodný zdroj tejto aminokyseliny, sú:

- Medzi inými sušené ovocie, ako sú vlašské orechy, mandle, pistácie a kešu.

- Ryžové cereálie.

- Suché zrná, ako napríklad fazuľa, šošovica, cícer, sója, quinoa atď.

- Pivovarské droždie a čerstvé fazule, banány a plantajny, ananás alebo ananás, avokádo, slivky, žerucha, brokolica, špenát a čokoláda.

Výhody jeho príjmu

Spotreba tryptofánu je nevyhnutná na syntézu všetkých proteínov, ktoré ho obsahujú, v jeho štruktúre a prostredníctvom rôznych funkcií umožňuje regulovať cykly nálady, spánku a prebudenia a veľké množstvo biochemických procesov, na ktorých sa NAD zúčastňuje. ,

Okrem známych účinkov na náladu sa serotonín (odvodený od tryptofánu) podieľa na mnohých kognitívnych funkciách spojených s učením a pamäťou, ktoré sa preto vzťahujú aj na tryptofán.

Existujú údaje, ktoré ukazujú vzťah medzi náladou, serotonínom a gastrointestinálnou osou mozgu ako systém obojsmerných vplyvov medzi emocionálnymi a kognitívnymi centrami mozgu a periférnou funkciou zažívacieho traktu.

Jeho použitie ako doplnok výživy na liečenie niektorých porúch, najmä porúch súvisiacich s centrálnym nervovým systémom, je vysoko kontroverzné, pretože jej konkurenčný transport s oveľa hojnejšími neutrálnymi aminokyselinami sťažuje dosiahnutie významného a trvalého zvýšenia tryptofán po perorálnom podaní.

Napriek týmto sporom sa predpokladá jeho použitie ako adjuvans v:

- Liečba bolesti

- Poruchy spánku

- Liečba depresie

- Liečba mánie

- znížená chuť do jedla

Poruchy nedostatku

Eliminácia alebo nedostatok centrálneho tryptofánu súvisí s depresiou, zlyhaním pozornosti, poruchou pamäti, poruchami spánku a úzkosťou.

U depresívnych a samovražedných pacientov sa zistili zmeny v koncentrácii tryptofánu v krvi a v mozgovomiechovom moku. Niektorí pacienti s anorexiou majú tiež nízke hladiny tryptofánu v sére.

Niektorí pacienti s polyuretánom, ktorí strácajú vitamín B6 a zinok, často vykazujú fóbie a úzkosť a zlepšujú sa pomocou doplnkov stravy bohatých na tryptofán.

Karcinoidný syndróm je charakterizovaný prítomnosťou tenkých črevných nádorov, ktoré spôsobujú hnačku, cievne choroby a bronchokonstrikciu a súvisia s nedostatkom niacínu a tryptofánu.

Pellagra je patologický stav, ktorý je sprevádzaný hnačkou, demenciou, dermatitídou a môže spôsobiť smrť, lieči sa tiež doplnkami niacínu a tryptofánu.

Hartnupova choroba musí okrem iného súvisieť s poruchou metabolizmu niekoľkých aminokyselín vrátane tryptofánu.

V prípade nedostatku enzýmu tryptofán-2,3-monooxygenázy je to recesívne dedičné ochorenie charakterizované mentálnou retardáciou a kožnými poruchami podobnými pellagra.

Referencie

1. Halvorsen, K., & Halvorsen, S. (1963). Hartnupova choroba. Pediatrics, 31 (1), 29-38.
2. Hood, SD, Bell, CJ, Argyropoulos, SV a Nutt, DJ (2016). Neprepadajte panike. Sprievodca depléciou tryptofánu s provokáciou úzkostne špecifickej poruchy. Journal of Psychopharmacology, 30 (11), 1137-1140.
3. Jenkins, TA, Nguyen, JC, Polglaze, KE, & Bertrand, PP (2016). Vplyv tryptofánu a serotonínu na náladu a poznanie s možnou úlohou osi čreva a mozgu. Živiny, 8 (1), 56.
4. Kaye, WH, Barbarich, NC, Putnam, K., Gendall, KA, Fernstrom, J., Fernstrom, M., … & Kishore, A. (2003). Anxiolytické účinky akútnej deplécie tryptofánu na nervovú anorexiu. International Journal of Eating Disorders, 33 (3), 257-267.
5. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P. a Rodwell, V. (2009). Harperova ilustrovaná biochémia. 28 (s. 588). New York: McGraw-Hill.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, a Cox, MM (2008). Lehningerove princípy biochémie. Macmillan.