TRIPTOFAN: ZNAČILNOSTI, STRUKTURA, FUNKCIJE, KORISTI - BIOLOGIJA - 2026

Triptofana (Trp, W) aminokislina razdeljeni v skupine esencialnih aminokislin, ker človeško telo ne more sintetizirati in morajo pridobiti tako z dieto.

Nekatera živila, kot so mleko in njegovi derivati, meso, jajca in nekatera žita, kot sta kvinoja in soja, vsebujejo esencialne aminokisline in so zato pomemben vir triptofana.

Kemična zgradba aminokisline triptofan (Vir: Clavecin via Wikimedia Commons)

V naravi je znanih več kot 300 različnih aminokislin in od teh le 22 tvorijo monomerne enote celičnih beljakovin. Med slednjimi je 9 esencialnih aminokislin, vključno s triptofanom, vendar se bistvenost posameznih vrst razlikuje od ene do druge vrste.

Triptofan ima različne funkcije, vključno s svojim sodelovanjem v sintezi beljakovin, v sintezi serotonina, ki je močan vazokonstriktor in nevrotransmiter, melatonina in v sintezi kofaktorja NAD.

V rastlinskem kraljestvu je triptofan osnovni predhodnik rastlinskega hormona avksina (indol-3-ocetna kislina). Sintetizirajo ga lahko nekatere bakterije, kot je E. coli iz horizmata, ki nastaja iz nekaterih glikolitičnih derivatov, kot so fosfoenolpiruvat in eritroza-4-fosfat.

Njena razgradnja pri sesalcih se pojavi v jetrih, kjer se uporablja za sintezo acetil koencima A (acetil-CoA), zato je opisan kot aminokislina imenovana glukogena, saj lahko vstopi v cikel tvorbe glukoze.

Opisane so bile številne študije s kontroverznimi rezultati, povezanimi z uporabo triptofana kot prehranskega dopolnila za zdravljenje nekaterih patologij, kot so depresija in nekatere motnje spanja.

Obstaja nekaj bolezni, povezanih z napakami pri presnovi aminokislin. V primeru triptofana lahko poimenujemo Hartnupsovo bolezen zaradi pomanjkanja triptofan-2,3-monooksigenaze, recesivne dedne bolezni, za katero je značilna duševna zaostalost in kožnimi motnjami, podobnimi pelagrami.

značilnosti

Skupaj s fenilalaninom in tirozinom je triptofan v skupini aromatskih in hidrofobnih aminokislin.

Vendar je za triptofan značilno, da je rahlo hidrofobna aminokislina, saj njegova aromatična stranska veriga, ki ima polarne skupine, to hidrofobnost zmanjšuje.

Ker imajo konjugirane obroče, imajo močno absorpcijo svetlobe v območju spektra v bližini ultravijolične snovi in ​​ta značilnost se pogosto uporablja za strukturno analizo beljakovin.

Absorbira ultravijolično svetlobo (med 250 in 290 nm), in čeprav ta aminokislina ni zelo bogata v strukturi večine beljakovin v človeškem telesu, je njena prisotnost pomemben prispevek k absorbcijski sposobnosti svetlobe v 280 nm regija večine beljakovin.

Dnevne potrebe po triptofanu se razlikujejo glede na starost. Pri dojenčkih med 4 in 6 meseci je povprečna zahteva približno 17 mg na kilogram teže na dan; pri otrocih od 10 do 12 let je 3,3 mg na kilogram teže na dan, pri odraslih pa 3,5 mg na kilogram teže na dan.

Triptofan se absorbira skozi črevesje in je hkrati ketogena in glukogena aminokislina.

Ker je predhodnik serotonina, pomembnega nevrotransmiterja, mora triptofan doseči centralni živčni sistem (CNS) in za to mora prestopiti krvno-možgansko pregrado, za katero obstaja poseben aktivni transportni mehanizem.

Struktura

Triptofan ima molekularno formulo C11H12N2O2 in ta esencialna aminokislina ima aromatično stransko verigo.

Tako kot vse aminokisline ima tudi triptofan α ogljikov atom vezan na amino skupino (NH2), atom vodika (H), karboksilno skupino (COOH) in stransko verigo (R), ki jo tvori heterociklična struktura, indola skupina.

Njeno kemijsko ime je 2-amino-3-indolil propionska kislina, ima molekularno maso 204,23 g / mol. Njegova topnost pri 20 ° C je 1,06 g v 100 g vode in ima gostoto 1,34 g / cm3.

Lastnosti

Pri ljudeh se triptofan uporablja za sintezo beljakovin in je nujen za tvorbo serotonina (5-hidroksitriptamina), močnega vazokonstriktorja, stimulansa krčenja gladkih mišic (zlasti v tankem črevesju) in nevrotransmiterja, ki je sposoben ustvarjajo psihično stimulacijo, se borijo proti depresiji in uravnavajo tesnobo.

Triptofan je predhodnik sinteze melatonina in zato vpliva na cikle spanja-budnosti.

Omenjena aminokislina se uporablja kot predhodnica na enem od treh poti za nastanek kofaktorja NAD, zelo pomembnega kofaktorja, ki sodeluje v številnih encimskih reakcijah, povezanih z oksidacijsko-redukcijskimi dogodki.

Triptofan in nekateri njegovi predhodniki se uporabljajo za tvorbo rastlinskega hormona, imenovanega avksin (indol-3-ocetna kislina). Auksini so rastlinski hormoni, ki uravnavajo rast, razvoj in številne druge fiziološke funkcije rastlin.

Biosinteza

V organizmih, ki jih lahko sintetizirajo, ogljikovo okostje triptofana izhaja iz fosfoenolpiruvata in eritrocita-4-fosfata. Ti pa so tvorjeni iz vmesnega cikla Krebsovega oksaloacetata.

Fosfoenolpiruvat in eritroza-4-fosfat se uporabljata za sintezo horizmata v encimski poti v sedmih korakih. Fosfoenolpiruvat (PEP) je produkt glikolize in eritroz-4-fosfata pentoznega fosfatnega pota.

Kakšna je pot sinteze korizmata?

Prvi korak v sintezi horizmata je vezava PEP z eritroza-4-fosfatom, da nastane 2-keto-3-deoksi-D-arabino-heptulosonat-7-fosfat (DAHP).

To reakcijo katalizira encim 2-keto-3-deoksi-D-arabino-heptulozonat-7-fosfat sintaza (DAHP sintaza), ki ga zavira horizmatik.

Druga reakcija vključuje ciklizacijo DAHP z dehidrokvinat sintazo, encimom, ki potrebuje kofaktor NAD, ki se med to reakcijo zmanjša; posledično nastane 5-dehidrokvinat.

Tretji korak na tej poti vključuje izločanje molekule vode iz 5-dehidrokvinata, reakcijo, ki jo katalizira encim dehidrokvinat dehidratataza, katere končni produkt ustreza 5-dehidro šikimatu.

Keto skupina te molekule se reducira v hidroksilno skupino in posledično nastane šikimat. Encim, ki katalizira to reakcijo, je od NADPH odvisna shikimatna dehidrogenaza.

Peta stopnja poti vključuje nastajanje 5-fosfata shikimata in porabo molekule ATP z delovanjem encima, znanega kot shikimate kinaza, ki je odgovoren za fosforilacijo shikimata v položaju 5.

Nato se iz 5-fosfata shikimata in z delovanjem 3-enolpiruvil-shikimate-5-fosfat-sintaze ustvari 3-enolpiruvil-shikimat-5-fosfat. Omenjeni encim spodbuja premestitev fosforilne skupine druge molekule PEP s hidroksilno skupino ogljika v položaju 5 shikimata 5-fosfata.

Sedma in končna reakcija je katalizirana s horizmat sintazo, ki odstrani fosfat iz 3-enolpiruvil-shikimata 5-fosfata in ga pretvori v horizmat.

V glivi N. crassa en sam večnamenski encimski kompleks katalizira pet od sedmih reakcij na tej poti, temu kompleksu pa dodajo še trije encimi, ki na koncu ustvarijo triptofan.

Sinteza triptofana v bakterijah

Pri E. coli preoblikovanje horizmata v triptofan vključuje pot s petimi dodatnimi encimskimi koraki:

Prvič, encim antranilat sintaza pretvori horizmat v antranilat. V tej reakciji sodeluje molekula glutamina, ki daje amino skupino, ki se veže na indolski obroč triptofana in se pretvori v glutamat.

Drugi korak katalizira antranilat fosforibosil transferaza. Pri tej reakciji se molekula pirofosfata izpodriva iz 5-fosforibozil-1-pirofosfata (PRPP), energijsko bogatega presnovka, in tvori se N- (5'-fosforibozil) -anthranilat.

Tretja reakcija sinteze triptofana na tej poti vključuje sodelovanje encima fosforibozil-antranilat izomeraze. Tu se odpre furanski obroč N- (5'-fosforibosil) -antranilata in 1- (o-karboksifenilamino) -1-deoksiribuloza 5-fosfat nastane s tavtomerizacijo.

Kasneje nastane indol-3-glicerol fosfat v reakciji, katalizirani z indol-3-glicerol fosfat sintazo, kjer se sproščata molekula CO2 in H2O in ciklizuje 1- (o-karboksifenilamino) -1-. deoksiribuloza 5-fosfat.

Zadnja reakcija te poti se konča pri tvorbi triptofana, ko triptofan sintaza katalizira reakcijo indol-3-glicerol fosfata z molekulo PLP (piridoksal fosfatom) in drugo s serinom, pri čemer se sprosti gliceraldehid 3-fosfat in tvori triptofan.

Degradacija

Pri sesalcih se triptofan razgradi do acetil-CoA v jetrih na poti, ki vključuje dvanajst encimskih korakov: osem za dosego α-ketoadipata in še 4 za pretvorbo α-ketoadipata v acetil koencim A.

Vrstni red razgradnje na α-ketoadipat je:

Triptofan → N-formil kinurenin → kinurenin → 3-hidroksi kinurenin → 3-hidroksi-antranilat → ε-semialdehid 2-amino-3-karboksi mukonat → ε-semialdehid α-amino mukonat → 2-amino mukonat → α-ketoadipaat.

Encimi, ki katalizirajo te reakcije, so:

Triptophan 2-3-dioksigenaza, kinurenin formamidaza, monooksigenaza, odvisna od NADPH, kinureninaza, 3-hidroksi-antranilat oksigenaza, dekarboksilaza, ε-semialdehidna α-aminonukonska dehidrogenaza in redukcija α-amino mukonata Odvisno od NADPH.

Ko nastane α-ketoadipat, nastane glutaral-CoA z oksidativno dekarboksilacijo. Ta z ß-oksidacijo tvori glutakonil-CoA, ki izgubi ogljikov atom v obliki bikarbonata (HCO3-), pridobi molekul vode in konča kot krotonil-CoA.

Crotonyl-CoA, tudi z ß-oksidacijo, daje acetil-CoA. Tak acetil-CoA lahko sledi več poti, predvsem glukoneogeneza, da tvori glukozo in Krebsov cikel, da tvori ATP, če je potrebno.

Vendar pa se lahko ta molekula usmeri tudi v tvorbo ketonskih teles, ki jih lahko končno uporabimo kot vir energije.

Živila, bogata s triptofanom

Rdeče meso na splošno, piščanec in ribe (zlasti mastne ribe, kot sta losos in tuna), so še posebej bogati triptofan. Mleko in njegovi derivati, jajca, še posebej rumenjak, so tudi živila z obilno vsebnostjo triptofana.

Druga živila, ki služijo kot naravni vir te aminokisline, so:

- suho sadje, kot so orehi, mandlji, pistacije in orehi, med drugim.

- riževa žita.

- suha zrna, kot so fižol, leča, čičerika, soja, kvinoja itd.

- pivski kvas in svež fižol, banane in plantaže, ananas ali ananas, avokado, slive, vodna kreša, brokoli, špinača in čokolada.

Prednosti njegovega vnosa

Uživanje triptofana je nujno potrebno za sintezo vseh tistih beljakovin, ki ga vključujejo v njegovo strukturo in s pomočjo različnih funkcij omogoča uravnavanje razpoloženja, ciklov spanja in budnosti ter veliko različnih biokemičnih procesov, v katerih sodeluje NAD. .

Poleg znanih učinkov na razpoloženje je serotonin (pridobljen iz triptofana) vključen v številne kognitivne funkcije, povezane z učenjem in spominom, ki so torej povezane tudi s triptofanom.

Obstajajo podatki, ki prikazujejo razmerje med razpoloženjem, serotoninom in prebavili in možgansko osjo kot sistem dvosmernih vplivov med možganskimi čustvenimi in kognitivnimi centri ter periferno funkcijo prebavnega trakta.

Njegova uporaba kot prehransko dopolnilo za zdravljenje nekaterih motenj, zlasti tistih, ki so povezane s centralnim živčnim sistemom, je bila zelo sporna, saj njen konkurenčni transport s precej bolj obilnimi nevtralnimi aminokislinami otežuje doseganje pomembnih in trajnih povečanj triptofan po peroralni uporabi.

Kljub tem nasprotovanjem je bila njegova uporaba postavljena kot dodatna pomoč pri:

- Zdravljenje bolečine

- Motnje spanja

- Zdravljenje depresije

- Zdravljenje mani

- zmanjšan apetit

Motnje pomanjkanja

Izločanje ali pomanjkanje centralnega triptofana je povezano z depresijo, odpovedjo pozornosti, okvaro spomina, motnjami spanja in tesnobo.

Pri depresivnih in samomorilnih bolnikih so ugotovili spremembe koncentracije triptofana v krvi in ​​cerebrospinalni tekočini. Tudi nekateri bolniki z anoreksijo nervozo kažejo nizko raven triptofana v serumu.

Nekateri bolniki, ki izgubljajo vitamin B6 in cink, pogosto predstavljajo fobije in tesnobo ter se izboljšajo s prehranskimi dopolnili, bogatimi s triptofanom.

Za karcinoidni sindrom je značilna prisotnost tumorjev tankega črevesa, ki povzročajo drisko, vaskularne bolezni in bronhokonstrikcijo ter so povezani s pomanjkanjem niacina in triptofana

Pellagra je patološko stanje, ki ga spremlja driska, demenca, dermatitis in lahko povzroči smrt, to zdravijo tudi z dodatki niacina in triptofana.

Hartnupova bolezen je med drugim povezana s presnovo več aminokislin, vključno s triptofanom.

V primeru pomanjkanja encima triptofan-2,3-monooksigenaza gre za recesivno dedno bolezen, za katero so značilne duševna zaostalost in kožne motnje, podobne pelagrami.

Reference

1. Halvorsen, K., & Halvorsen, S. (1963). Hartnupova bolezen. Pediatrija, 31 (1), 29–38.
2. Hood, SD, Bell, CJ, Argyropoulos, SV, & Nutt, DJ (2016). Ne paničite. Priročnik za izčrpavanje triptofana s provociranjem anksioznosti. Journal of Psychopharmacology, 30 (11), 1137-1140.
3. Jenkins, TA, Nguyen, JC, Polglaze, KE, & Bertrand, PP (2016). Vpliv triptofana in serotonina na razpoloženje in spoznanje z možno vlogo osi črevesja in možganov. Hranila, 8 (1), 56.
4. Kaye, WH, Barbarich, NC, Putnam, K., Gendall, KA, Fernstrom, J., Fernstrom, M.,… in Kishore, A. (2003). Anksiolitični učinki akutne izčrpanosti triptofana pri anoreksiji nervozi. Mednarodni časopis o motnjah prehranjevanja, 33 (3), 257-267.
5. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P. in Rodwell, V. (2009). Harperjeva ilustrirana biokemija. 28 (str. 588). New York: McGraw-Hill.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, Cox, MM (2008). Lehningerjeva načela biokemije. Macmillan.