TRYPTOFAN: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKTIONER, FÖRDELAR - BIOLOGI - 2025

Den tryptofan (Trp, W) är en aminosyra som klassificeras inom gruppen av essentiella aminosyror, eftersom den mänskliga kroppen inte kan syntetisera och måste erhålla det genom diet.

Vissa livsmedel som mjölk och derivat därav, kött, ägg och vissa spannmål som quinoa och soja innehåller viktiga aminosyror och är därför en viktig källa till tryptofan.

Kemisk struktur för aminosyran Tryptophan (Källa: Clavecin via Wikimedia Commons)

Mer än 300 olika aminosyror är kända i naturen och av dessa utgör endast 22 de monomera enheterna av cellproteiner. Bland de senare är 9 väsentliga aminosyror, inklusive tryptofan, dock skiljer sig väsentligheten från varje art till en annan.

Tryptophan har olika funktioner, inklusive dess deltagande i proteinsyntes, i syntesen av serotonin, som är en kraftfull vasokonstriktor och neurotransmitter, av melatonin och i syntesen av kofaktorn NAD.

I växteriket är tryptofan en grundläggande föregångare för växthormonet auxin (indol-3-ättiksyra). Det kan syntetiseras av vissa bakterier såsom E. coli från chorismat, som produceras av vissa glykolytiska derivat såsom fosfoenolpyruvat och erytros-4-fosfat.

Dess nedbrytning hos däggdjur sker i levern, där den används för syntes av acetylkoenzym A (acetyl-CoA), och av denna anledning beskrivs den som en aminosyra som kallas glukogen, eftersom den kan gå in i glukosbildningscykeln.

Olika studier har rapporterats med kontroversiella resultat relaterade till användningen av tryptofan som kosttillskott för behandling av vissa patologier såsom depression och vissa sömnstörningar bland andra.

Det finns vissa sjukdomar relaterade till födelsedefekter i aminosyrametabolismen. När det gäller tryptofan kan Hartnups sjukdom benämnas på grund av brist på tryptofan-2,3-monooxygenas, en recessiv ärftlig sjukdom som kännetecknas av mental retardering och pellagra-liknande hudstörningar.

egenskaper

Tillsammans med fenylalanin och tyrosin är tryptofan i gruppen av aromatiska och hydrofoba aminosyror.

Tryptofan kännetecknas emellertid av att vara en svagt hydrofob aminosyra eftersom dess aromatiska sidokedja, som har polära grupper, dämpar denna hydrofobicitet.

Eftersom de har konjugerade ringar, har de en stark absorption av ljus i området av spektrumet nära ultraviolett och denna egenskap används ofta för strukturell analys av proteiner.

Den absorberar ultraviolett ljus (mellan 250 och 290 nm), och även om denna aminosyra inte är mycket riklig i strukturen för de flesta proteiner i människokroppen, representerar dess närvaro ett viktigt bidrag till absorptionsförmågan hos ljus i 280 nm region av de flesta proteiner.

Dagliga tryptofankrav skiljer sig åt efter ålder. Hos spädbarn mellan 4 och 6 månader är det genomsnittliga behovet cirka 17 mg per kilo vikt per dag; hos barn från 10 till 12 år är det 3,3 mg per kilo vikt per dag och hos vuxna är det 3,5 mg per kilo vikt per dag.

Tryptofan absorberas genom tarmen och är en ketogen och glukogen aminosyra på samma gång.

Eftersom det är en föregångare för serotonin, en viktig neurotransmitter, måste tryptofan nå det centrala nervsystemet (CNS) och för detta måste det korsa blod-hjärnbarriären, för vilken det finns en specifik aktiv transportmekanism.

Strukturera

Tryptophan har en molekylformel C11H12N2O2 och denna essentiella aminosyra har en aromatisk sidokedja.

Liksom alla aminosyror har tryptofan en a-kolatom bunden till en aminogrupp (NH2), en väteatom (H), en karboxylgrupp (COOH) och en sidokedja (R) bildad av en heterocyklisk struktur, indolgruppen.

Dess kemiska namn är 2-amino-3-indolylpropionsyra, den har en molekylmassa på 204,23 g / mol. Lösligheten vid 20 ° C är 1,06 g i 100 g vatten och har en densitet av 1,34 g / cm3.

Funktioner

Hos människor används tryptofan för proteinsyntes och är avgörande för bildning av serotonin (5-hydroxytryptamin), en kraftfull vasokonstriktor, stimulerande för sammandragning av glatt muskel (särskilt i tunntarmen) och en neurotransmitter som kan generera psykisk stimulering, bekämpa depression och reglera ångest.

Tryptophan är en föregångare i syntesen av melatonin och har därför konsekvenser för sömn-vakningscyklerna.

Nämnda aminosyra används som en föregångare i en av de tre vägarna för bildning av kofaktorn NAD, en mycket viktig kofaktor som deltar i en stor variation av enzymatiska reaktioner relaterade till oxidationsreducerande händelser.

Tryptofan och några av dess föregångare används för bildning av ett växthormon som kallas auxin (indol-3-ättiksyra). Auxiner är växthormoner som reglerar tillväxt, utveckling och många andra fysiologiska funktioner hos växter.

Biosyntes

I organismer som kan syntetisera det härstammas kolskelettet för tryptofan från fosfoenolpyruvat och erytros-4-fosfat. Dessa bildas i sin tur av en mellanprodukt i Krebs-cykeln: oxaloacetat.

Fosfoenolpyruvat och erytros-4-fosfat används för syntes av korismat i en sju-steg enzymatisk väg. Fosfoenolpyruvat (PEP) är en produkt av glykolys och erytros-4-fosfat i pentosfosfatvägen.

Hur är syntesvägen för korismat?

Det första steget i korismatsyntesen är bindningen av PEP med erytros-4-fosfat för att bilda 2-keto-3-deoxi-D-arabino-heptulosonat-7-fosfat (DAHP).

Denna reaktion katalyseras av enzymet 2-keto-3-deoxi-D-arabino-heptulosonat-7-fosfat-syntas (DAHP-syntas), som hämmas av chorismat.

Den andra reaktionen innefattar cyklisering av DAHP med dehydrokinatsyntas, ett enzym som kräver kofaktorn NAD, vilket reduceras under denna reaktion; som ett resultat produceras 5-dehydrokinat.

Det tredje steget i denna väg involverar eliminering av en vattenmolekyl från 5-dehydrokinat, en reaktion katalyserad av enzymet dehydrokinatdehydratas, vars slutprodukt motsvarar 5-dehydro-shikimat.

Ketogruppen i denna molekyl reduceras till en hydroxylgrupp och, som en konsekvens, bildas shikimat. Enzymet som katalyserar denna reaktion är NADPH-beroende shikimatdehydrogenas.

Det femte steget i vägen involverar bildning av shikimat 5-fosfat och konsumtion av en ATP-molekyl genom verkan av ett enzym känt som shikimatkinas, ansvarigt för fosforylering av shikimat i position 5.

Därefter alstras från shikimat 5-fosfat och genom verkan av 3-enolpyruvyl-shikimat-5-fosfatsyntas, 3-enolpyruvyl-shikimat 5-fosfat. Det nämnda enzymet främjar förskjutningen av fosforylgruppen i en andra molekyl av PEP av hydroxylgruppen i kolet i position 5 hos det shikimata 5-fosfatet.

Den sjunde och sista reaktionen katalyseras av chorismatsyntas, som avlägsnar fosfat från 3-enolpyruvyl-shikimat 5-fosfat och omvandlar det till chorismat.

I svampen N. crassa katalyserar ett enda multifunktionellt enzymkomplex fem av de sju reaktionerna i denna väg, och tre andra enzymer läggs till detta komplex som i slutändan genererar tryptofan.

Syntes av tryptofan i bakterier

I E. coli innebär omvandlingen av korismat till tryptofan en väg med ytterligare fem enzymatiska steg:

Först omvandlar enzymantranilatsyntas chorismat till antranilat. En glutaminmolekyl deltar i denna reaktion, som donerar aminogruppen som binder till indpturringen av tryptofan och omvandlas till glutamat.

Det andra steget katalyseras av anthranilatfosforibosyltransferas. I denna reaktion förskjuts en pyrofosfatmolekyl från 5-fosforibosyl-1-pyrofosfat (PRPP), en energirik metabolit och N- (5'-fosforibosyl) -antranilat bildas.

Den tredje reaktionen i denna väg av tryptofansyntes involverar deltagandet av enzymet fosforibosyl-antranilatisomeras. Här öppnas furanringen av N- (5'-fosforibosyl) -antranilatet och 1- (o-karboxifenylamino) -l-deoxiribulosa 5-fosfat bildas genom tautomerisering.

Senare bildas indol-3-glycerolfosfat, i en reaktion katalyserad av indol-3-glycerolfosfatsyntas, där en CO2 och en H2O-molekyl frisätts och 1- (o-karboxifenylamino) -1- cykliseras. deoxiribulosa 5-fosfat.

Den sista reaktionen på denna väg slutar att bilda tryptofan när tryptofansyntas katalyserar reaktionen av indol-3-glycerolfosfat med en molekyl av PLP (pyridoxal fosfat) och en annan av serin, frigörande glyceraldehyd 3-fosfat och bildar tryptofan.

Degradering

Hos däggdjur bryts tryptofan ned till acetyl-CoA i levern i en väg som involverar tolv enzymatiska steg: åtta för att nå a-ketoadipat och 4 till för att omvandla a-ketoadipat till acetylkoenzym A.

Nedbrytningsordningen till a-ketoadipat är:

Tryptofan → N-formylkinurenin → Kinurenin → 3-hydroxikinurenin → 3-hydroxi-antranilat → ε-semialdehyd 2-amino-3-karboxi-mukon → ε-semialdehyd α-amino mukonic → 2-amino-mukonat → α-ketoadipat.

Enzymerna som katalyserar dessa reaktioner är:

Tryptofan 2-3-dioxygenas, kinureninformamidas, NADPH-beroende monooxygenas, kinureninas, 3-hydroxi-antranilatoxygas, dekarboxylas, NAD-beroende e-semialdehyd a-aminonukoniskt dehydrogenas och a-amino-mukonatreduktas NADPH-beroende.

När a-ketoadipat har genererats bildas glutaryl-CoA genom oxidativ dekarboxylering. Detta, genom ß-oxidation, bildar Glutaconyl-CoA som förlorar en kolatom i form av bikarbonat (HCO3-), får en vattenmolekyl och hamnar som crotonyl-CoA.

Crotonyl-CoA, även genom ß-oxidation, ger acetyl-CoA. Nämnda acetyl-CoA kan följa flera vägar, särskilt glukoneogenes, för att bilda glukos, och Krebs-cykeln, för att bilda ATP, vid behov.

Emellertid kan denna molekyl också riktas mot bildningen av ketonkroppar, som slutligen kan användas som en energikälla.

Livsmedel rik på tryptofan

Rött kött i allmänhet, kyckling och fisk (särskilt fet fisk som lax och tonfisk) är särskilt rika på tryptofan. Mjölk och derivat därav, ägg, särskilt äggulan, är också livsmedel med ett stort innehåll av tryptofan.

Andra livsmedel som fungerar som en naturlig källa till denna aminosyra är:

- Torkad frukt som valnötter, mandel, pistaschmassa och cashewnötter, bland andra.

- Ris spannmål.

- Torra korn som bönor, linser, kikärter, sojabönor, quinoa, etc.

- Bryggerjäst och färska bönor, bananer och planeter, ananas eller ananas, avokado, plommon, vattenkrasse, broccoli, spenat och choklad.

Fördelarna med dess intag

Konsumtionen av tryptofan är absolut nödvändig för att syntetisera alla proteiner som inkluderar det i dess struktur och genom sina olika funktioner tillåter det att reglera humör, sömn och väckningscykler och en stor mängd biokemiska processer som NAD deltar i. .

Förutom de kända effekterna på humör, är serotonin (härrörande från tryptofan) involverat i flera kognitiva funktioner relaterade till inlärning och minne, som därför också är relaterade till tryptofan.

Det finns data som visar förhållandet mellan humör, serotonin och mag-tarm-hjärnaxeln som ett system med dubbelriktad påverkan mellan hjärnans känslomässiga och kognitiva centra och matsmältningens perifera funktion.

Dess användning som ett kosttillskott för behandling av vissa störningar, särskilt de som är relaterade till centrala nervsystemet, har varit mycket kontroversiella eftersom dess konkurrenskraftiga transport med de mycket rikligare neutrala aminosyrorna gör det svårt att uppnå betydande och långvariga ökningar i tryptofan efter oral administrering.

Trots dessa kontroverser har dess användning använts som ett adjuvans i:

- Smärta behandling

- Sömnproblem

- Behandling av depression

- Behandling av manier

- nedsatt aptit

Briststörningar

Central tryptofan eliminering eller brist är förknippad med depression, uppmärksamhetsfel, minnesnedsättning, sömnstörningar och ångest.

Hos deprimerade och självmordspatienter har förändringar konstaterats i koncentrationen av tryptofan i blodet och i cerebrospinalvätskan. Vissa patienter med anorexia nervosa visar också låga serumnivåer av tryptofan.

Vissa polyuriska patienter, som tappar vitamin B6 och zink, uppvisar ofta fobier och ångest och förbättras med kosttillskott som är rika på tryptofan.

Carcinoidsyndrom kännetecknas av närvaron av tumörer i tunntarmen som orsakar diarré, kärlsjukdomar och bronkokonstriktion och är relaterade till brist på niacin och tryptofan

Pellagra är ett patologiskt tillstånd som åtföljs av diarré, demens, dermatit och kan orsaka dödsfall, detta behandlas också med tillskott av niacin och tryptofan.

Hartnups sjukdom har bland annat att göra med en defekt i metabolismen hos flera aminosyror, inklusive tryptofan.

Vid brist på enzymet tryptofan-2,3-monooxygenas är detta en recessiv ärftlig sjukdom som kännetecknas av mental retardering och pellagra-liknande hudstörningar.

referenser

1. Halvorsen, K., & Halvorsen, S. (1963). Hartnupsjukdom. Barnläkare, 31 (1), 29-38.
2. Hood, SD, Bell, CJ, Argyropoulos, SV, & Nutt, DJ (2016). Få inte panik. En guide till tryptofan-utarmning med störningsspecifik ångestprovokation. Journal of Psychopharmacology, 30 (11), 1137-1140.
3. Jenkins, TA, Nguyen, JC, Polglaze, KE, & Bertrand, PP (2016). Påverkan av tryptofan och serotonin på humör och kognition med en möjlig roll i tarmen-hjärnans axel. Näringsämnen, 8 (1), 56.
4. Kaye, WH, Barbarich, NC, Putnam, K., Gendall, KA, Fernstrom, J., Fernstrom, M., … & Kishore, A. (2003). Anxiolytiska effekter av akut tryptofanutarmning i anorexia nervosa. International Journal of Eating Disorders, 33 (3), 257-267.
5. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P., & Rodwell, V. (2009). Harpers illustrerade biokemi. 28 (s. 588). New York: McGraw-Hill.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-principerna för biokemi. Macmillan.