TRYPTOFAANI: OMINAISUUDET, RAKENNE, TOIMINNOT, EDUT - BIOLOGIA - 2025

Tryptofaani (Trp, W) on aminohappo luokitellaan ryhmään välttämättömiä aminohappoja, koska ihmisen keho ei pysty syntetisoimaan, ja on hankittava se ruokavalion kautta.

Jotkut elintarvikkeet, kuten maito ja sen johdannaiset, liha, munat ja jotkut viljat, kuten kinoa ja soija, sisältävät välttämättömiä aminohappoja ja ovat siksi tärkeitä tryptofaanilähteitä.

Aminohapon tryptofaanin kemiallinen rakenne (Lähde: Clavecin Wikimedia Commonsin kautta)

Luonnossa tunnetaan yli 300 erilaista aminohappoa ja vain 22 niistä muodostavat soluproteiinien monomeeriset yksiköt. Viimeksi mainittujen joukossa 9 ovat välttämättömiä aminohappoja, mukaan lukien tryptofaani, kuitenkin kunkin välttämättömyys vaihtelee lajeittain.

Tryptofaanilla on erilaisia ​​toimintoja, mukaan lukien sen osallistuminen proteiinisynteesiin, serotoniinin, joka on voimakas verisuonia supistava ja välittäjäaine, syntetisointiin melatoniinia ja kofaktorin NAD synteesiin.

Kasvivaltakunnassa tryptofaani on perusaine kasvihormonin auksiinille (indoli-3-etikkahappo). Jotkut bakteerit, kuten E. coli, voivat syntetisoida koorismaatista, jota tuotetaan joistakin glykolyyttisistä johdannaisista, kuten fosfoenolipyruvaatista ja erytroosi-4-fosfaatista.

Sen hajoaminen nisäkkäillä tapahtuu maksassa, missä sitä käytetään asetyylikoentsyymi A: n (asetyyli-CoA) synteesiin, ja tästä syystä sitä kuvataan aminohapoksi, jota kutsutaan glukogeeniseksi, koska se voi siirtyä glukoosin muodostussykliin.

Useista tutkimuksista on saatu kiistanalaisia ​​tuloksia, jotka liittyvät tryptofaanin käyttöön ravintolisäaineena joidenkin sairauksien kuten masennuksen ja joidenkin unihäiriöiden hoidossa.

Aminohappojen aineenvaihdunnassa on joitain synnynnäisiin virheisiin liittyviä sairauksia. Tryptofaanin tapauksessa Hartnupin tauti voidaan nimetä tryptofaani-2,3-monooksigenaasivajeen puutteen vuoksi, recessiivinen perinnöllinen sairaus, jolle on tunnusomaista henkinen viivästyminen ja pellagra-kaltaiset ihosairaudet.

ominaisuudet

Fenyylialaniinin ja tyrosiinin ohella tryptofaani on aromaattisten ja hydrofobisten aminohappojen ryhmässä.

Tryptofaanille on kuitenkin ominaista, että se on hiukan hydrofobinen aminohappo, koska sen aromaattinen sivuketju, jolla on polaariset ryhmät, heikentää tätä hydrofobisuutta.

Koska heillä on konjugoituja renkaita, niillä on voimakas valon absorptio spektrin alueella lähellä ultraviolettiä, ja tätä ominaisuutta käytetään usein proteiinien rakenneanalyyseihin.

Se absorboi ultraviolettivaloa (välillä 250 - 290 nm) ja vaikka tämä aminohappo ei ole kovin runsas useimpien ihmiskehossa olevien proteiinien rakenteessa, sen läsnäolo edustaa tärkeätä osuutta valon absorptiokyvylle Useimpien proteiinien 280 nm-alue.

Päivittäiset tryptofaanivaatimukset vaihtelevat iän mukaan. 4–6 kuukauden ikäisillä vauvoilla keskimääräinen tarve on noin 17 mg painokiloa kohden päivässä; 10–12-vuotiailla lapsilla se on 3,3 mg painokiloa kohti päivässä ja aikuisilla 3,5 mg painokiloa kohti päivässä.

Tryptofaani imeytyy suoliston läpi ja on ketogeeninen ja glukogeeninen aminohappo samanaikaisesti.

Koska tryptofaani on serotoniinin, tärkeän välittäjäaineen, edeltäjä, sen on päästävä keskushermostoon (CNS) ja tätä varten sen on ylitettävä veri-aivoeste, jolle on olemassa erityinen aktiivinen kuljetusmekanismi.

Rakenne

Tryptofaanilla on molekyylikaava C11H12N2O2 ja tällä välttämättömällä aminohapolla on aromaattinen sivuketju.

Kuten kaikissa aminohapoissa, tryptofaanilla on a-hiiliatomi, joka on kiinnittynyt aminoryhmään (NH2), vetyatomi (H), karboksyyliryhmä (COOH) ja sivuketju (R), jonka muodostaa heterosyklinen rakenne, indoliryhmä.

Sen kemiallinen nimi on 2-amino-3-indolyylipropionihappo, sen molekyylimassa on 204,23 g / mol. Sen liukoisuus 20 ° C: ssa on 1,06 g 100 grammassa vettä ja sen tiheys on 1,34 g / cm3.

ominaisuudet

Ihmisillä tryptofaania käytetään proteiinisynteesiin ja se on välttämätön serotoniinin (5-hydroksitryptamiini), voimakkaan verisuonia supistavan aineen, muodostumisen stimulantin (etenkin ohutsuolessa) ja välittäjäaineen, tuottaa psyykkistä stimulaatiota, torjua masennusta ja säädellä ahdistusta.

Tryptofaani on melatoniinin synteesin edeltäjä, ja siksi sillä on vaikutuksia unen herättämiseen.

Mainittua aminohappoa käytetään esiasteena yhdellä kolmesta kofaktorin NAD: n muodostumisreitistä, erittäin tärkeä kofaktori, joka osallistuu suureen määrään entsymaattisia reaktioita, jotka liittyvät hapettumisen ja pelkistyksen tapahtumiin.

Tryptofaania ja joitain sen prekursoreista käytetään kasvihormonin, nimeltään auksiini (indoli-3-etikkahappo), muodostamiseen. Auksiinit ovat kasvihormoneja, jotka säätelevät kasvien kasvua, kehitystä ja monia muita fysiologisia toimintoja.

biosynteesissä

Organismeissa, jotka kykenevät syntetisoimaan sen, tryptofaanin hiilirunko on johdettu fosfoenolipyruvaatista ja erytroosi-4-fosfaatista. Nämä puolestaan ​​muodostetaan Krebs-syklin välituotteesta: oksoasetaatista.

Fosfoenolipyruvaattia ja erytroosi-4-fosfaattia käytetään koorismaatin synteesiin seitsemänvaiheisessa entsymaattisella reitillä. Fosfoenolipyruvaatti (PEP) on glykolyysi- ja pentoosifosfaattireitin erytroosi-4-fosfaatin tuote.

Millainen on koorismaatin synteesireitti?

Ensimmäinen vaihe koorismaattisynteesissä on PEP: n sitoutuminen erytroosi-4-fosfaattiin 2-keto-3-deoksi-D-arabinoheptulosonaatti-7-fosfaatin (DAHP) muodostamiseksi.

Tätä reaktiota katalysoi entsyymi 2-keto-3-deoksi-D-arabino-heptulosonaatti-7-fosfaattisyntaasi (DAHP-syntaasi), jota korismaatti estää.

Toiseen reaktioon sisältyy DAHP: n syklisointi dehydrokinaattisyntaasilla, entsyymit, joka vaatii kofaktorin NAD, joka pelkistyy tämän reaktion aikana; seurauksena muodostuu 5-dehydrokininaatti.

Kolmas vaihe tällä reitillä käsittää vesimolekyylin poistamisen 5-dehydrokinaatista, reaktion, jota katalysoi dehydrokinaattidehydrataasientsyymi, jonka lopputuote vastaa 5-dehydrokikimaattia.

Tämän molekyylin keto-ryhmä pelkistetään hydroksyyliryhmäksi ja seurauksena muodostuu shikimaatti. Entsyymi, joka katalysoi tätä reaktiota, on NADPH-riippuvainen shikimaattidehydrogenaasi.

Reitin viidenteen vaiheeseen sisältyy shikimaatti-5-fosfaatin muodostuminen ja ATP-molekyylin kulutus entsyymillä, joka tunnetaan nimellä shikimaatti kinaasi, joka on vastuussa shikimaatin fosforyloitumisesta asemassa 5.

Myöhemmin, shikimaatista 5-fosfaatista ja 3-enolpyruvyylisikikimaatti-5-fosfaattisyntaasin vaikutuksesta, muodostuu 3-enolpyruvyylisikimaatti-5-fosfaatti. Mainittu entsyymi edistää toisen PEP-molekyylin fosforyyliryhmän korvaamista hiilen hydroksyyliryhmällä shikimaattisen 5-fosfaatin asemassa 5.

Seitsemäs ja viimeinen reaktio katalysoidaan koorismaattisyntaasilla, joka poistaa fosfaatin 3-enolpyruvyylisikimaatti-5-fosfaatista ja muuntaa sen koorismaatiksi.

N. crassan sienessä yksi monitoiminen entsyymikompleksi katalysoi viittä seitsemästä reaktiosta tällä reitillä, ja tähän kompleksiin lisätään kolme muuta entsyymiä, jotka lopulta tuottavat tryptofaania.

Tryptofaanin synteesi bakteereissa

E. colissa koorismaatin muuttuminen tryptofaaniksi sisältää reitin viidellä lisäentsymaattisella vaiheella:

Ensinnäkin antranilaattisyntaasi-entsyymi muuntaa koorismaatin antranilaatiksi. Glutamiinimolekyyli osallistuu tähän reaktioon, joka lahjoittaa aminoryhmän, joka sitoutuu tryptofaanin indolirenkaaseen ja josta tulee glutamaatti.

Toista vaihetta katalysoi antranilaattifosforibosyylitransferaasi. Tässä reaktiossa pyrofosfaattimolekyyli syrjäytetään 5-fosforibosyyli-1-pyrofosfaatista (PRPP), energiarikkaasta metaboliitista, ja N- (5'-fosforibosyyli) -antranilaatti muodostuu.

Kolmas reaktio tällä tryptofaanisynteesin reitillä sisältää fosforibosyyli-antranilaatti-isomeraasin entsyymin osallistumisen. Tässä N- (5'-fosforibosyyli) -antranilaatin furaanirengas avautuu ja 1- (o-karboksifenyyliamino) -1-deoksiribuloosi-5-fosfaatti muodostuu tautomeroinnilla.

Myöhemmin muodostuu indoli-3-glyserolifosfaattia reaktiossa, jota katalysoi indoli-3-glyserolifosfaattisyntaasi, jolloin vapautetaan CO2 ja H20-molekyyli ja 1- (o-karboksifenyyliamino) -1- syklisoidaan. deoksiribuloosi-5-fosfaatti.

Tämän reitin viimeinen reaktio päätyy muodostamaan tryptofaania, kun tryptofaanisyntaasi katalysoi indoli-3-glyserolifosfaatin reaktiota PLP: n (pyridoksaalifosfaatti) ja toisen seriinin molekyylin kanssa vapauttaen glyserraldehydi-3-fosfaattia ja muodostaen tryptofaanin.

hajoaminen

Nisäkkäissä tryptofaani hajoaa maksassa asetyyli-CoA: ksi tiellä, joka käsittää kaksitoista entsymaattista vaihetta: kahdeksan saavuttaa α-ketoadipaattia ja 4 muuta muuntaa α-ketoadipaatti asetyylikoentsyymiin A.

Hajoamisjärjestys a-ketoadipaatiksi on:

Tryptofaani → N-formyylikinureiini → kinureniini → 3-hydroksikinoliini → 3-hydroksi-antranilaatti → ε-semialdehydi-2-amino-3-karboksimukoni - → ε-semialdehydi α-aminomukariini → 2-aminomukonaatti → α-ketoadipaatti.

Entsyymit, jotka katalysoivat näitä reaktioita, ovat vastaavasti:

Tryptofaani 2-3-dioksigenaasi, kinureniiniformamidaasi, NADPH-riippuvainen monooxygenaasi, kinureninaasi, 3-hydroksi-antraranilaattihapenaasi, dekarboksylaasi, NAD-riippuvainen ε-semialdehydi α-aminonuconic dehydrogenaasi ja α-aminomukonaatti reduktaasi NADPH-riippuvainen.

Kun a-ketoadipaatti on muodostettu, glutaryyli-CoA muodostuu oksidatiivisella dekarboksyloinnilla. Tämä muodostaa ß-hapetuksen avulla glutakonyyli-CoA: n, joka menettää hiiliatomin bikarbonaatin (HCO3-) muodossa, saa vesimolekyylin ja päätyy krotonyyli-CoA: ksi.

Krotonyyli-CoA, myös ß-hapetuksella, tuottaa asetyyli-CoA: n. Mainittu asetyyli-CoA voi seurata useita reittejä, etenkin glukoneogeneesiä, glukoosin muodostamiseksi ja Krebs-syklin, ATP: n muodostamiseksi tarpeen mukaan.

Tämä molekyyli voidaan kuitenkin myös suunnata ketonikappaleiden muodostumiseen, joita voidaan lopulta käyttää energian lähteenä.

Ruoka, joka sisältää runsaasti tryptofaania

Punainen liha yleensä, kana ja kalat (erityisesti öljyiset kalat, kuten lohi ja tonnikala) ovat erityisen runsaasti tryptofaania. Maito ja sen johdannaiset, munat, erityisesti keltuainen, ovat myös ruokia, joissa on runsaasti tryptofaania.

Muita elintarvikkeita, jotka toimivat tämän aminohapon luonnollisena lähteenä, ovat:

- Kuivatut hedelmät, kuten saksanpähkinät, mantelit, pistaasipähkinät ja cashewit.

- Riisijauho.

- Kuivat jyvät, kuten pavut, linssit, kahviherneet, soijapavut, quinoa jne.

- Panimohiiva ja tuoreet pavut, banaanit ja plantain, ananas tai ananas, avokado, luumut, vesikrassi, parsakaali, pinaatti ja suklaa.

Sen saannin edut

Tryptofaanin kulutus on ehdottoman välttämätöntä kaikkien niiden proteiinien syntetisoimiseksi, jotka sisältävät sen rakenteeseensa. Eri toimintojensa avulla se mahdollistaa mielialan, unen ja herätyssyklien säätelyn sekä suuren määrän biokemiallisia prosesseja, joihin NAD osallistuu..

Tunnettujen mielialavaikutusten lisäksi serotoniini (johdettu tryptofaanista) osallistuu moniin oppimiseen ja muistiin liittyviin kognitiivisiin toimintoihin, jotka liittyvät siis myös tryptofaaniin.

On tietoja, jotka osoittavat mielialan, serotoniinin ja maha-suolikanavan ja aivo-akselin välisen suhteen kaksisuuntaisena vaikutuksena aivojen emotionaalisten ja kognitiivisten keskusten ja ruuansulatuskanavan perifeerisen toiminnan välillä.

Sen käyttö ravintolisäaineena eräiden häiriöiden, etenkin keskushermostoon liittyvien häiriöiden, hoidossa on ollut erittäin kiistanalainen, koska sen kilpailukykyinen kuljetus paljon runsaammin olevien neutraalien aminohappojen kanssa vaikeuttaa merkittävien ja jatkuvien pitoisuuksien lisääntymistä tryptofaani suun antamisen jälkeen.

Näistä kiistoista huolimatta sen käytön oletetaan olevan apuaine seuraavissa:

- Kivun hoito

- Univaikeudet

- Masennuksen hoito

- manian hoito

- vähentynyt ruokahalu

Puutehäiriöt

Keskeinen tryptofaanin eliminaatio tai vajaus liittyy masennukseen, huomion vajavuuteen, muistin heikkenemiseen, unihäiriöihin ja ahdistukseen.

Masentuneilla ja itsemurhapotilailla on havaittu muutoksia veren ja aivo-selkäydinnesteen tryptofaanipitoisuuksissa. Joillakin potilailla, joilla on anorexia nervosa, seerumin tryptofaanitasot ovat alhaiset.

Joillakin polyurikkapotilailla, jotka menettävät B6-vitamiinin ja sinkin, esiintyy usein fobioita ja ahdistusta, ja ne paranevat ravintolisillä, joissa on runsaasti tryptofaania.

Karsinoidioireyhtymälle on ominaista ohutsuolen tuumorien esiintyminen, jotka aiheuttavat ripulia, verisuonitauteja ja keuhkoputkien supistumista, ja liittyy niasiinin ja tryptofaanin puutteeseen

Pellagra on patologinen tila, johon liittyy ripulia, dementiaa, ihottumaa ja voi aiheuttaa kuoleman. Tätä hoidetaan myös niasiinilisällä ja tryptofaanilla.

Hartnupin taudin täytyy muun muassa liittyä useiden aminohappojen, mukaan lukien tryptofaani, metabolian puutteisiin.

Tryptofaani-2,3-monoksigenaasi-entsyymin vajavaisuuden tapauksessa tämä on taantunut perinnöllinen sairaus, jolle on tunnusomaista henkinen viivästyminen ja pellagra-kaltaiset ihon häiriöt.

Viitteet

1. Halvorsen, K., ja Halvorsen, S. (1963). Hartnup-tauti. Pediatrics, 31 (1), 29-38.
2. Hood, SD, Bell, CJ, Argyropoulos, SV, ja Nutt, DJ (2016). Älä hätää. Opas tryptofaanin kulutuksen häiriökohtaiseen ahdistusprovokaatioon. Journal of Psychopharmacology, 30 (11), 1137 - 1140.
3. Jenkins, TA, Nguyen, JC, Polglaze, KE ja Bertrand, PP (2016). Tryptofaanin ja serotoniinin vaikutus mielialaan ja kognitioon suolisto-aivo-akselin mahdollisella roolilla. Ravinteet, 8 (1), 56.
4. Kaye, WH, Barbarich, NC, Putnam, K., Gendall, KA, Fernstrom, J., Fernstrom, M.,… ja Kishore, A. (2003). Akuutin tryptofaanin ehtymisen anksiolyyttiset vaikutukset anorexia nervosassa. Kansainvälinen syömishäiriöiden lehti, 33 (3), 257 - 267.
5. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P. ja Rodwell, V. (2009). Harperin havainnollistettu biokemia. 28 (s. 588). New York: McGraw-Hill.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Biokemian Lehninger-periaatteet. Macmillan.