ТРИПТОФАН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ, ПОЛЬЗА - БИОЛОГИЯ - 2025

Триптофан (Trp, W) , представляет собой аминокислоту , классифицируются в группе основных аминокислот , поскольку человеческий организм не может синтезировать и должен получить его с помощью диеты.

Некоторые продукты, такие как молоко и его производные, мясо, яйца и некоторые злаки, такие как киноа и соя, содержат незаменимые аминокислоты и, следовательно, являются важным источником триптофана.

Химическая структура аминокислоты триптофан (Источник: Clavecin через Wikimedia Commons)

В природе известно более 300 различных аминокислот, из которых только 22 составляют мономерные единицы клеточных белков. Среди последних 9 незаменимых аминокислот, включая триптофан, однако сущность каждой из них отличается от одного вида к другому.

Триптофан выполняет различные функции, включая его участие в синтезе белка, в синтезе серотонина, который является мощным вазоконстриктором и нейромедиатором, мелатонина и в синтезе кофактора НАД.

В царстве растений триптофан является основным предшественником растительного гормона ауксина (индол-3-уксусная кислота). Он может быть синтезирован некоторыми бактериями, такими как E. coli, из хоризмата, который продуцируется из некоторых гликолитических производных, таких как фосфоенолпируват и эритрозо-4-фосфат.

Его разложение у млекопитающих происходит в печени, где он используется для синтеза ацетилкофермента А (ацетил-КоА), и по этой причине он описывается как аминокислота, называемая глюкогенной, поскольку она может вступать в цикл образования глюкозы.

Сообщалось о нескольких исследованиях с противоречивыми результатами, связанными с использованием триптофана в качестве пищевой добавки для лечения некоторых патологий, таких как депрессия и некоторые нарушения сна, среди других.

Есть некоторые заболевания, связанные с врожденными дефектами обмена аминокислот. В случае триптофана болезнь Хартнупа из-за дефицита триптофан-2,3-монооксигеназы может быть названа рецессивным наследственным заболеванием, характеризующимся умственной отсталостью и кожными заболеваниями, подобными пеллагре.

характеристики

Наряду с фенилаланином и тирозином триптофан входит в группу ароматических и гидрофобных аминокислот.

Однако триптофан характеризуется тем, что он является слегка гидрофобной аминокислотой, поскольку его ароматическая боковая цепь, имеющая полярные группы, ослабляет эту гидрофобность.

Поскольку они имеют сопряженные кольца, они обладают сильным поглощением света в области спектра, близкого к ультрафиолетовому, и эта характеристика часто используется для структурного анализа белков.

Он поглощает ультрафиолетовый свет (от 250 до 290 нм), и, хотя эта аминокислота не очень распространена в структуре большинства белков в организме человека, ее присутствие представляет собой важный вклад в способность поглощения света в теле человека. Область 280 нм большинства белков.

Суточная потребность в триптофане зависит от возраста. У младенцев в возрасте от 4 до 6 месяцев средняя потребность составляет около 17 мг на килограмм веса в день; у детей от 10 до 12 лет она составляет 3,3 мг на килограмм веса в день, а у взрослых - 3,5 мг на килограмм веса в день.

Триптофан всасывается в кишечнике и одновременно является кетогенной и глюкогенной аминокислотой.

Поскольку триптофан является предшественником серотонина, важного нейромедиатора, он должен достичь центральной нервной системы (ЦНС), а для этого он должен преодолеть гематоэнцефалический барьер, для которого существует особый активный транспортный механизм.

Структура

У триптофана есть молекулярная формула C11H12N2O2, и эта незаменимая аминокислота имеет ароматическую боковую цепь.

Как и все аминокислоты, триптофан имеет α-атом углерода, присоединенный к аминогруппе (NH2), атом водорода (H), карбоксильную группу (COOH) и боковую цепь (R), образованную гетероциклической структурой, группа индола.

Его химическое название - 2-амино-3-индолилпропионовая кислота, имеет молекулярную массу 204,23 г / моль. Его растворимость при 20 ° C составляет 1,06 г в 100 г воды, а его плотность составляет 1,34 г / см3.

Характеристики

У людей триптофан используется для синтеза белка и необходим для образования серотонина (5-гидрокситриптамина), мощного вазоконстриктора, стимулятора сокращения гладких мышц (особенно в тонкой кишке) и нейротрансмиттера, способного к генерируют психическую стимуляцию, борются с депрессией и регулируют тревогу.

Триптофан является предшественником синтеза мелатонина и поэтому влияет на циклы сна и бодрствования.

Эта аминокислота используется в качестве предшественника в одном из трех путей образования кофактора НАД, очень важного кофактора, который участвует в большом количестве ферментативных реакций, связанных с окислительно-восстановительными процессами.

Триптофан и некоторые его предшественники используются для образования растительного гормона, называемого ауксином (индол-3-уксусная кислота). Ауксины - это гормоны растений, которые регулируют рост, развитие и многие другие физиологические функции растений.

Биосинтез

У организмов, способных синтезировать его, углеродный скелет триптофана образован фосфоенолпируватом и эритрозо-4-фосфатом. Они, в свою очередь, образуются из промежуточного продукта цикла Кребса: оксалоацетата.

Фосфоенолпируват и эритрозо-4-фосфат используются для синтеза хоризмата по семиступенчатому ферментативному пути. Фосфоенолпируват (PEP) - продукт гликолиза и эритрозо-4-фосфата пентозофосфатного пути.

На что похож путь синтеза хоризмата?

Первым шагом в синтезе хоризматов является связывание PEP с эритрозо-4-фосфатом с образованием 2-кето-3-дезокси-D-арабиногептулозонат-7-фосфата (DAHP).

Эта реакция катализируется ферментом 2-кето-3-дезокси-D-арабиногептулозонат-7-фосфат-синтазой (DAHP-синтазой), который ингибируется хоризматом.

Вторая реакция включает циклизацию DAHP дегидрохинатсинтазой, ферментом, которому необходим кофактор NAD, который восстанавливается во время этой реакции; в результате образуется 5-дегидрохинат.

Третий этап на этом пути включает отщепление молекулы воды из 5-дегидрохината, реакцию, катализируемую ферментом дегидрохинатдегидратазой, конечный продукт которого соответствует 5-дегидро-шикимату.

Кетогруппа этой молекулы восстанавливается до гидроксильной группы и, как следствие, образуется шикимат. Фермент, который катализирует эту реакцию, - НАДФН-зависимая шикиматдегидрогеназа.

Пятый этап пути включает образование шикимат-5-фосфата и потребление молекулы АТФ под действием фермента, известного как шикимат-киназа, ответственного за фосфорилирование шикимата в положении 5.

Впоследствии из шикимат-5-фосфата и под действием 3-енолпирувилшикимат-5-фосфатсинтазы образуется 3-енолпирувилшикимат-5-фосфат. Упомянутый фермент способствует замещению фосфорильной группы второй молекулы PEP гидроксильной группой углерода в положении 5 шикимат-5-фосфата.

Седьмая и последняя реакция катализируется хоризматсинтазой, которая удаляет фосфат из 3-енолпирувилшикимат-5-фосфата и превращает его в хоризмат.

У гриба N. crassa один многофункциональный ферментный комплекс катализирует пять из семи реакций этого пути, а к этому комплексу добавляются три других фермента, которые в конечном итоге образуют триптофан.

Синтез триптофана в бактериях

В E. coli преобразование хоризмата в триптофан включает путь с пятью дополнительными ферментативными стадиями:

Во-первых, фермент антранилатсинтаза превращает хоризмат в антранилат. В этой реакции участвует молекула глутамина, которая отдает аминогруппу, которая связывается с индольным кольцом триптофана и превращается в глутамат.

Вторая стадия катализируется антранилатфосфорибозилтрансферазой. В этой реакции молекула пирофосфата замещается из 5-фосфорибозил-1-пирофосфата (PRPP), богатого энергией метаболита, и образуется N- (5'-фосфорибозил) -антранилат.

Третья реакция на этом пути синтеза триптофана включает участие фермента фосфорибозил-антранилат-изомеразы. Здесь фурановое кольцо N- (5'-фосфорибозил) антранилата раскрывается, и 1- (о-карбоксифениламино) -1-дезоксирибулоза-5-фосфат образуется в результате таутомеризации.

Позже образуется индол-3-глицеринфосфат в реакции, катализируемой индол-3-глицеринфосфатсинтазой, при которой высвобождаются молекулы CO2 и H2O, а 1- (о-карбоксифениламино) -1- циклизуется. дезоксирибулоза 5-фосфат.

Последняя реакция этого пути заканчивается образованием триптофана, когда триптофансинтаза катализирует реакцию индол-3-глицеринфосфата с молекулой PLP (пиридоксальфосфат) и другой молекулой серина, высвобождая глицеральдегид-3-фосфат и образуя триптофан.

деградация

У млекопитающих триптофан расщепляется в печени до ацетил-КоА по пути, который включает двенадцать ферментативных этапов: восемь для достижения α-кетоадипата и еще 4 для преобразования α-кетоадипата в ацетилкофермент A.

Порядок разложения до α-кетоадипата следующий:

Триптофан → N-формилкинуренин → Хинуренин → 3-гидроксикинуренин → 3-гидроксиантранилат → ε-полуальдегид 2-амино-3-карбоксимуконовая кислота → ε-полуальдегид α-аминомуконовая кислота → 2-аминомуконат → α-кетоадипат.

Ферменты, которые катализируют эти реакции, соответственно:

Триптофан 2-3-диоксигеназа, кинуренинформамидаза, НАДФН-зависимая монооксигеназа, кинурениназа, 3-гидроксиантранилатоксигеназа, декарбоксилаза, НАД-зависимая ε-полуальдегид, α-аминонуконовая дегидрогеназа и α-аминомуконатредуктаза НАДФН-зависимый.

После образования α-кетоадипата глутарил-КоА образуется путем окислительного декарбоксилирования. В результате ß-окисления образуется глутаконил-КоА, который теряет атом углерода в виде бикарбоната (HCO3-), приобретает молекулу воды и превращается в кротонил-КоА.

Кротонил-КоА также за счет ß-окисления дает ацетил-КоА. Указанный ацетил-КоА может следовать нескольким путям, особенно глюконеогенезу, с образованием глюкозы, и циклу Кребса, чтобы формировать АТФ, если необходимо.

Однако эта молекула также может быть направлена ​​на образование кетоновых тел, которые в конечном итоге могут быть использованы в качестве источника энергии.

Продукты, богатые триптофаном

Красное мясо в целом, курица и рыба (особенно жирная рыба, такая как лосось и тунец) особенно богаты триптофаном. Молоко и его производные, яйца, особенно желток, также являются продуктами с высоким содержанием триптофана.

Другие продукты, которые служат естественным источником этой аминокислоты:

- Сухофрукты, такие как грецкие орехи, миндаль, фисташки, кешью и другие.

- Рисовая крупа.

- Сухие зерна, такие как фасоль, чечевица, нут, соевые бобы, киноа и т. Д.

- пивные дрожжи и свежие бобы, бананы и бананы, ананас или ананас, авокадо, сливы, кресс-салат, брокколи, шпинат и шоколад.

Преимущества его приема

Потребление триптофана абсолютно необходимо для синтеза всех тех белков, которые включают его в свою структуру, и благодаря своим различным функциям он позволяет регулировать настроение, циклы сна и бодрствования, а также большое разнообразие биохимических процессов, в которых участвует НАД. .

В дополнение к известному влиянию на настроение серотонин (полученный из триптофана) участвует во множестве когнитивных функций, связанных с обучением и памятью, которые, следовательно, также связаны с триптофаном.

Существуют данные, показывающие взаимосвязь между настроением, серотонином и осью желудочно-кишечного тракта-головного мозга как систему двунаправленных влияний между эмоциональными и когнитивными центрами мозга и периферическими функциями пищеварительного тракта.

Его использование в качестве пищевой добавки для лечения некоторых заболеваний, особенно связанных с центральной нервной системой, было весьма спорным, поскольку его конкурентный транспорт с гораздо более многочисленными нейтральными аминокислотами затрудняет достижение значительного и устойчивого увеличения триптофан после приема внутрь.

Несмотря на эти противоречия, его использование было постулировано в качестве адъюванта при:

- Лечение боли

- нарушения сна

- Лечение депрессии

- Лечение мании

- снижение аппетита

Расстройства дефицита

Центральная элиминация или дефицит триптофана связаны с депрессией, снижением внимания, ухудшением памяти, нарушениями сна и тревогой.

У пациентов с депрессией и суицидальными наклонностями были обнаружены изменения концентрации триптофана в крови и спинномозговой жидкости. Кроме того, у некоторых пациентов с нервной анорексией наблюдается низкий уровень триптофана в сыворотке крови.

У некоторых пациентов с полиурией, которые теряют витамин B6 и цинк, часто возникают фобии и беспокойство, и они поправляются с помощью пищевых добавок, богатых триптофаном.

Карциноидный синдром характеризуется наличием опухолей тонкого кишечника, вызывающих диарею, сосудистые заболевания и бронхоспазм, и связан с дефицитом ниацина и триптофана.

Пеллагра - это патологическое состояние, которое сопровождается диареей, слабоумием, дерматитом и может привести к смерти, это также лечится с помощью добавок ниацина и триптофана.

Болезнь Хартнупа связана, среди прочего, с дефектом метаболизма нескольких аминокислот, включая триптофан.

В случае дефицита фермента триптофан-2,3-монооксигеназы это рецессивное наследственное заболевание, характеризующееся умственной отсталостью и кожными заболеваниями, подобными пеллагре.

Ссылки

1. Халворсен, К., и Халворсен, С. (1963). Болезнь Хартнупа. Педиатрия, 31 (1), 29-38.
2. Худ, С.Д., Белл, Си-Джей, Аргиропулос, С.В., и Натт, Д.Д. (2016). Не паникуйте. Руководство по истощению запасов триптофана при провокации тревожного расстройства. Журнал психофармакологии, 30 (11), 1137-1140.
3. Дженкинс, Т.А., Нгуен, Дж. К., Полглаз, К. Э. и Бертран, П. П. (2016). Влияние триптофана и серотонина на настроение и познание с возможной ролью оси кишечник-мозг. Питательные вещества, 8 (1), 56.
4. Кэй, У.Х., Барбарич, Северная Каролина, Патнэм, К., Гендалл, К.А., Фернстром, Дж., Фернстром, М.,… и Кишор, А. (2003). Анксиолитические эффекты острого истощения триптофана при нервной анорексии. Международный журнал расстройств пищевого поведения, 33 (3), 257-267.
5. Мюррей, Р.К., Граннер, Д.К., Мэйс, П., и Родвелл, В. (2009). Иллюстрированная биохимия Харпера. 28 (с. 588). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.
6. Нельсон, Д.Л., Ленингер, А.Л., и Кокс, М.М. (2008). Принципы биохимии Ленингера. Macmillan.