ТРИПТОФАН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, ПРЕДИМСТВА - БИОЛОГИЯ - 2025

На триптофан (Trp, W) е аминокиселина класират в групата на незаменими аминокиселини, тъй като човешкото тяло не може да синтезира и трябва да получи това чрез диета.

Някои храни като мляко и неговите производни, меса, яйца и някои зърнени култури като киноа и соя съдържат незаменими аминокиселини и следователно са важен източник на триптофан.

Химична структура на аминокиселината Триптофан (Източник: Clavecin via Wikimedia Commons)

Повече от 300 различни аминокиселини са известни в природата и от тях само 22 съставляват мономерните единици на клетъчните протеини. Сред последните 9 са незаменими аминокиселини, включително триптофан, но съществеността на всеки се различава от един вид до друг.

Триптофанът има различни функции, включително участието му в синтеза на протеини, в синтеза на серотонин, който е мощен вазоконстриктор и невротрансмитер, на мелатонин и в синтеза на кофактора NAD.

В растителното царство триптофанът е основен предшественик на растителния хормон ауксин (индол-3-оцетна киселина). Той може да бъде синтезиран от някои бактерии като Е. coli от хоризмат, който се получава от някои гликолитични производни като фосфоенолпируват и еритроза-4-фосфат.

Разграждането му при бозайници става в черния дроб, където се използва за синтеза на ацетил коензим А (ацетил-КоА) и поради тази причина се описва като аминокиселина, наречена глюкогенна, тъй като може да влезе в цикъла на образуване на глюкоза.

Съобщавани са различни проучвания с противоречиви резултати, свързани с употребата на триптофан като хранителна добавка за лечение на някои патологии като депресия и някои разстройства на съня.

Има някои заболявания, свързани с вродени дефекти в метаболизма на аминокиселини. В случай на триптофан може да се назове болестта на Хартнуп, поради дефицит на триптофан-2,3-монооксигеназа, рецесивно наследствено заболяване, характеризиращо се с умствена изостаналост и кожни нарушения, подобни на пелагра.

характеристики

Наред с фенилаланин и тирозин триптофанът е в групата на ароматните и хидрофобните аминокиселини.

Триптофанът обаче се характеризира с това, че е леко хидрофобна аминокиселина, тъй като нейната ароматна странична верига, имаща полярни групи, намалява тази хидрофобност.

Тъй като имат конюгирани пръстени, те имат силно поглъщане на светлина в областта на спектъра в близост до ултравиолетовата и тази характеристика често се използва за структурен анализ на протеини.

Той абсорбира ултравиолетова светлина (между 250 и 290 nm) и, въпреки че тази аминокиселина не е много изобилна в структурата на повечето протеини в човешкото тяло, нейното присъствие представлява важен принос за абсорбционния капацитет на светлината в 280 nm регион на повечето протеини.

Ежедневните изисквания за триптофан се различават с възрастта. При кърмачета между 4 и 6 месеца средното изискване е около 17 mg на килограм тегло на ден; при деца от 10 до 12 години тя е 3,3 mg на килограм тегло на ден, а при възрастни е 3,5 mg на килограм тегло на ден.

Триптофанът се абсорбира през червата и едновременно е кетогенна и глюкогенна аминокиселина.

Тъй като е предшественик на серотонин, важен невротрансмитер, триптофанът трябва да достигне до централната нервна система (ЦНС) и за това трябва да премине кръвно-мозъчната бариера, за която има специфичен активен транспортен механизъм.

структура

Триптофанът има молекулна формула C11H12N2O2 и тази есенциална аминокиселина има ароматна странична верига.

Подобно на всички аминокиселини, триптофанът има α въглероден атом, свързан към амино група (NH2), водороден атом (H), карбоксилна група (COOH) и странична верига (R), образувана от хетероциклена структура, индоловата група.

Химичното му наименование е 2-амино-3-индолил пропионова киселина, има молекулна маса 204,23 g / mol. Разтворимостта му при 20 ° С е 1,06 g в 100 g вода и има плътност 1,34 g / cm3.

Характеристика

При хората триптофанът се използва за синтеза на протеини и е от съществено значение за образуването на серотонин (5-хидрокситриптамин), мощен вазоконстриктор, стимулатор на контракцията на гладката мускулатура (особено в тънките черва) и невротрансмитер, способен на генерират психична стимулация, борят се с депресията и регулират тревожността.

Триптофанът е прекурсор в синтеза на мелатонин и следователно има отражение върху цикли на сън-будност.

Споменатата аминокиселина се използва като прекурсор в един от трите пътя за образуването на кофактор NAD, много важен кофактор, който участва в голямо разнообразие от ензимни реакции, свързани с окислително-редукционни събития.

Триптофанът и някои от неговите прекурсори се използват за образуването на растителен хормон, наречен ауксин (индол-3-оцетна киселина). Ауксините са растителни хормони, които регулират растежа, развитието и много други физиологични функции на растенията.

Биосинтеза

В организмите, способни да го синтезират, въглеродният скелет на триптофана се получава от фосфоенолпируват и еритроза-4-фосфат. Те от своя страна се образуват от междинен продукт на цикъла на Кребс: оксалоацетат.

Фосфоенолпируват и еритроза-4-фосфат се използват за синтеза на хоризмат по седемстепенен ензимен път. Фосфоенолпируват (PEP) е продукт на гликолиза и еритроза-4-фосфат на пътя на пентозния фосфат.

Какъв е пътят на синтеза на хоризмата?

Първата стъпка в синтеза на хоризмати е свързването на PEP с еритроза-4-фосфат за образуване на 2-кето-3-дезокси-D-арабино-хептулозонат-7-фосфат (DAHP).

Тази реакция се катализира от ензима 2-кето-3-дезокси-D-арабино-хептулозонат-7-фосфат синтаза (DAHP синтаза), който се инхибира от хоризмата.

Втората реакция включва циклизирането на DAHP чрез дехидроквинат синтаза, ензим, който изисква кофактор NAD, който се намалява по време на тази реакция; в резултат се получава 5-дехидроквинат.

Третият етап от този път включва елиминирането на водна молекула от 5-дехидрохинат, реакция, катализирана от ензима дехидрохинатат дехидратаза, чийто краен продукт съответства на 5-дехидро шикимат.

Кето групата на тази молекула се редуцира до хидроксилна група и в резултат на това се образува шикимат. Ензимът, който катализира тази реакция, е NADPH-зависима шикимат дехидрогеназа.

Петата стъпка на маршрута включва образуването на шикимат 5-фосфат и консумацията на АТФ молекула под действието на ензим, известен като шикимат киназа, отговорен за фосфорилирането на шикимат в позиция 5.

Впоследствие от шикимат 5-фосфат и чрез действие на 3-енолпирувил шикимат-5-фосфат синтаза се получава 3-енолпирувил шикимат 5-фосфат. Споменатият ензим насърчава изместването на фосфорилната група на втора молекула PEP от хидроксилната група на въглерода в позиция 5 на шикимат 5-фосфата.

Седмата и крайна реакция се катализира от хоризмат-синтаза, която отстранява фосфата от 3-енолпирувил-шикимат 5-фосфат и го превръща в хоризмат.

В гъбата N. crassa, един многофункционален ензимен комплекс катализира пет от седемте реакции по този път и към този комплекс се добавят още три ензима, които в крайна сметка генерират триптофан.

Синтез на триптофан в бактерии

В E. coli, трансформацията на хоризмата в триптофан включва път с пет допълнителни ензимни стъпки:

Първо, ензимът антранилат синтаза превръща хоризмата в антранилат. В тази реакция участва молекула глутамин, която дарява аминогрупата, която се свързва с индоловия пръстен на триптофана и се превръща в глутамат.

Вторият етап се катализира от антранилат фосфорибозил трансфераза. При тази реакция, пирофосфатната молекула се измества от 5-фосфорибозил-1-пирофосфат (PRPP), богат на енергия метаболит и се образува N- (5'-фосфорибозил) -антранилат.

Третата реакция по този начин на синтеза на триптофан включва участието на ензима фосфорибозил-антранилат изомераза. Тук фуран пръстенът на N- (5'-фосфорибозил) -антранилат се отваря и 1- (о-карбоксифениламино) -1-дезоксибулоза 5-фосфат се образува чрез тавтомеризация.

По-късно се образува индол-3-глицерол фосфат в реакция, катализирана от индол-3-глицеролфосфат синтаза, при което се отделя CO2 и молекула на Н20 и 1- (о-карбоксифениламино) -1- дезоксибулоза 5-фосфат.

Последната реакция на този път завършва като образува триптофан, когато триптофан синтазата катализира реакцията на индол-3-глицерол фосфат с молекула на PLP (пиридоксал фосфат) и друга на серин, освобождавайки глицералдехид 3-фосфат и образувайки триптофан.

Деградация

При бозайниците триптофанът се разгражда в черния дроб до ацетил-КоА по път, който включва дванадесет ензимни стъпки: осем за достигане на α-кетодипат и още 4 за превръщане на α-кетоадипат в ацетил коензим А.

Редът на разграждане до α-кетодипат е:

Триптофан → N-формилхинурин → Хинуренин → 3-хидроксихинурин → 3-хидрокси-антранилат → ε-семалдехид 2-амино-3-карбокси муконик → ε-семиалдехид α-амино муконат → 2-амино муконат → α-кетодипат

Ензимите, които съответно катализират тези реакции са:

Триптофан 2-3-диоксигеназа, кинурин формамидаза, NADPH-зависима монооксигеназа, кинуриназаза, 3-хидрокси-антранилат оксигеназа, декарбоксилаза, NAD-зависима ε-семиалдехид α-аминонуконова дехидрогеназа и α-амино муконат редуктаза NADPH-зависими.

След като се генерира α-кетоадипат, глутарил-КоА се образува чрез окислително декарбоксилиране. Това чрез ß-окисляване образува Glutaconyl-CoA, който губи въглероден атом под формата на бикарбонат (HCO3-), придобива водна молекула и се оказва като кротонил-CoA.

Crotonyl-CoA, също чрез ß-окисляване, дава ацетил-CoA. Споменатият ацетил-КоА може да следва няколко пътя, по-специално глюконеогенеза, за да образува глюкоза и цикъла на Кребс, за да образува АТФ, ако е необходимо.

Тази молекула обаче може да бъде насочена и към образуването на кетонови тела, които най-накрая могат да бъдат използвани като източник на енергия.

Храни, богати на триптофан

Като цяло червеното месо, пилешкото месо и рибата (особено мазната риба като сьомга и риба тон) са особено богати на триптофан. Млякото и неговите производни, яйцата, особено жълтъкът, също са храни с изобилно съдържание на триптофан.

Други храни, които служат като естествен източник на тази аминокиселина са:

- Сушени плодове като орехи, бадеми, шам-фъстъци и кашу, между другото.

- оризови зърнени храни.

- Сухи зърна като боб, леща, нахут, соя, киноа и др.

- пивоварни дрожди и пресен боб, банани и плантани, ананас или ананас, авокадо, сливи, крес, броколи, спанак и шоколад.

Ползи от приема му

Консумацията на триптофан е абсолютно необходима, за да се синтезират всички онези протеини, които го включват в структурата му и чрез различните му функции той позволява да регулира настроението, цикъла на сън и събуждане и голямо разнообразие от биохимични процеси, в които участва NAD., В допълнение към известните ефекти върху настроението, серотонинът (получен от триптофан) участва в множество когнитивни функции, свързани с ученето и паметта, които следователно са свързани и с триптофана.

Има данни, показващи връзката между настроението, серотонина и стомашно-чревно-мозъчната ос като система от двупосочни влияния между мозъчните емоционални и когнитивни центрове и периферната функция на храносмилателния тракт.

Използването му като хранителна добавка за лечение на някои разстройства, особено тези, свързани с централната нервна система, е силно противоречиво, тъй като конкурентният му транспорт с много по-обилните неутрални аминокиселини затруднява постигането на значителни и продължителни увеличения на триптофан след перорално приложение.

Въпреки тези противоречия, използването му е постулирано като помощно средство при:

- Лечение на болка

- Нарушения на съня

- Лечение на депресия

- Лечение на мании

- намален апетит

Нарушения на дефицита

Централното елиминиране или недостиг на триптофан е свързано с депресия, недостатъчност на вниманието, нарушение на паметта, нарушения на съня и тревожност.

При пациенти с депресия и суицид са установени промени в концентрацията на триптофан в кръвта и в цереброспиналната течност. Също така, някои пациенти с анорексия нервоза показват ниски серумни нива на триптофан.

Някои пациенти с полиурични заболявания, които губят витамин В6 и цинк, често проявяват фобии и тревожност и се подобряват с хранителни добавки, богати на триптофан.

Карциноидният синдром се характеризира с наличието на тумори на тънките черва, които причиняват диария, съдови заболявания и бронхоконстрикция и е свързан с дефицит на ниацин и триптофан

Пелаграта е патологично състояние, което е придружено от диария, деменция, дерматит и може да причини смърт, това се лекува и с добавки ниацин и триптофан.

Болестта на Хартнуп има, между другото, дефект в метаболизма на няколко аминокиселини, включително триптофан.

В случай на дефицит на ензима триптофан-2,3-монооксигеназа, това е рецесивно наследствено заболяване, характеризиращо се с умствена изостаналост и кожни нарушения, подобни на пелагра.

Препратки

1. Halvorsen, K., & Halvorsen, S. (1963). Болест на Хартнуп. Педиатрия, 31 (1), 29-38.
2. Hood, SD, Bell, CJ, Argyropoulos, SV, & Nutt, DJ (2016). Не се паникьосвайте. Ръководство за изчерпване на триптофана със специфично безпокойство провокация на тревожност. Journal of Psychopharmacology, 30 (11), 1137-1140.
3. Jenkins, TA, Nguyen, JC, Polglaze, KE, & Bertrand, PP (2016). Влияние на триптофана и серотонина върху настроението и познанието с възможна роля на оста на червата и мозъка. Хранителни вещества, 8 (1), 56.
4. Kaye, WH, Barbarich, NC, Putnam, K., Gendall, KA, Fernstrom, J., Fernstrom, M.,… & Kishore, A. (2003). Анксиолитични ефекти от остро изчерпване на триптофан при анорексия нерва. Международно списание за хранителни разстройства, 33 (3), 257-267.
5. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P., & Rodwell, V. (2009). Илюстрираната биохимия на Харпър. 28 (с. 588). Ню Йорк: McGraw-Hill.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, Cox, MM (2008). Принципите на Ленингер в биохимията. Macmillan.