ТРИПТОФАН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦІЇ, ПЕРЕВАГИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Триптофан (Trp, W) , являє собою амінокислоту , класифікуються в групі основних амінокислот , оскільки людський організм не може синтезувати і повинен отримати його з допомогою дієти.

Деякі харчові продукти, такі як молоко та його похідні, м'ясо, яйця та деякі злаки, такі як хіноа та соя, містять незамінні амінокислоти і, отже, є важливим джерелом триптофану.

Хімічна структура амінокислоти триптофану (Джерело: Clavecin via Wikimedia Commons)

У природі відомо понад 300 різних амінокислот, з них лише 22 складають мономерні одиниці клітинних білків. Серед останніх 9 - незамінні амінокислоти, включаючи триптофан, однак істотність кожного відрізняється від одного виду до іншого.

Триптофан виконує різні функції, включаючи його участь у синтезі білка, в синтезі серотоніну, який є потужним судинозвужувальним і нейромедіатором, мелатоніну та в синтезі кофактора НАД.

У царстві рослин триптофан є основним попередником рослинного гормону ауксину (індол-3-оцтової кислоти). Він може бути синтезований деякими бактеріями, такими як E. coli з хорізмата, який утворюється з деяких похідних гліколітичних речовин, таких як фосфоенолпіруват та еритроз-4-фосфат.

Його деградація у ссавців відбувається в печінці, де він використовується для синтезу ацетил-коензиму А (ацетил-КоА), і з цієї причини він описується як амінокислота, яка називається глюкогенною, оскільки може входити в цикл утворення глюкози.

Повідомляється про кілька досліджень із суперечливими результатами, пов’язаними з використанням триптофану як дієтичної добавки для лікування деяких патологій, таких як депресія та деякі порушення сну серед інших.

Існують деякі захворювання, пов’язані з вродженими вадами обміну амінокислот. У разі триптофану хворобу Хартнупа можна назвати через дефіцит триптофану-2,3-монооксигенази, рецесивного спадкового захворювання, що характеризується розумовою відсталістю та пелагра-подібними порушеннями шкіри.

характеристики

Поряд з фенілаланіном та тирозином триптофан входить до групи ароматичних та гідрофобних амінокислот.

Однак триптофан характеризується незначною гідрофобною амінокислотою, оскільки його ароматична бічна ланцюг, що має полярні групи, посилює цю гідрофобність.

Оскільки вони мають кон'юговані кільця, вони мають сильне поглинання світла в області спектру поблизу ультрафіолету, і ця характеристика часто використовується для структурного аналізу білків.

Він поглинає ультрафіолетове світло (від 250 до 290 нм), і, хоча ця амінокислота не дуже рясна в структурі більшості білків в організмі людини, її наявність є важливим внеском у здатність поглинання світла в 280 нм область більшості білків.

Щоденні потреби в триптофані відрізняються від віку. У немовлят віком від 4 до 6 місяців середня потреба становить близько 17 мг на кілограм ваги на день; у дітей від 10 до 12 років це 3,3 мг на кілограм ваги на добу, а у дорослих - 3,5 мг на кілограм ваги на добу.

Триптофан абсорбується через кишечник і є одночасно кетогенною та глюкогенною амінокислотою.

Оскільки він є попередником серотоніну, важливим нейромедіатором, триптофан повинен дійти до центральної нервової системи (ЦНС) і для цього він повинен перетинати гематоенцефалічний бар'єр, для якого існує специфічний активний транспортний механізм.

Будова

Триптофан має молекулярну формулу C11H12N2O2, і ця незамінна амінокислота має ароматичну бічну ланцюг.

Як і всі амінокислоти, триптофан має атом вуглецю α, приєднаний до аміногрупи (NH2), атома водню (H), карбоксильної групи (COOH) та бічного ланцюга (R), утвореного гетероциклічною структурою, індольна група.

Його хімічна назва - 2-аміно-3-індоліл пропіонова кислота, має молекулярну масу 204,23 г / моль. Його розчинність при 20 ° С становить 1,06 г у 100 г води та має щільність 1,34 г / см3.

Особливості

У людини триптофан використовується для синтезу білків і необхідний для утворення серотоніну (5-гідрокситриптаміну), потужного судинозвужувального засобу, стимулятора скорочення гладкої мускулатури (особливо в тонкому кишечнику) та нейромедіатора, здатного породжують психічну стимуляцію, борються з депресією та регулюють тривожність.

Триптофан є попередником синтезу мелатоніну і тому впливає на цикли сну-неспання.

Зазначена амінокислота використовується як попередник одного з трьох шляхів утворення кофактора НАД, дуже важливого кофактора, який бере участь у великій різноманітності ферментативних реакцій, пов’язаних з окислювально-відновними подіями.

Триптофан та деякі його попередники використовуються для утворення рослинного гормону під назвою ауксин (індол-3-оцтова кислота). Ауксини - рослинні гормони, які регулюють ріст, розвиток та багато інших фізіологічних функцій рослин.

Біосинтез

В організмах, здатних синтезувати його, вуглецевий скелет триптофану отримують з фосфоенолпірувату та еритрози-4-фосфату. Вони, у свою чергу, утворюються з проміжного циклу Кребса: оксалоацетату.

Фосфоенолпіруват та еритроза-4-фосфат використовуються для синтезу хорізмата по семиступеневому ферментативному шляху. Фосфоенолпіруват (PEP) є продуктом гліколізу та еритрозо-4-фосфату пентозофосфатного шляху.

Який спосіб синтезу хоризма?

Першим етапом синтезу хоризмату є зв'язування PEP з еритрозою-4-фосфатом з утворенням 2-кето-3-дезокси-D-арабіно-гептулозонату-7-фосфату (DAHP).

Ця реакція каталізується ферментом 2-кето-3-дезокси-D-арабіно-гептулозонат-7-фосфат-синтазою (DAHP синтаза), який інгібується хоризматом.

Друга реакція передбачає циклізацію DAHP дегідрохінатної синтази, ферменту, який потребує кофактора NAD, який знижується під час цієї реакції; в результаті утворюється 5-дегідрохінат.

Третій етап цього шляху включає вилучення молекули води з 5-дегідрохіната, реакцію, каталізовану ферментом дегідрохінатдегідратази, кінцевий продукт якого відповідає 5-дегідрохікімату.

Кетогрупа цієї молекули зводиться до гідроксильної групи і, як наслідок, утворюється шикімат. Фермент, який каталізує цю реакцію, є NADPH-залежною від шикіматдегідрогенази.

П'ятий крок маршруту передбачає утворення шикімату 5-фосфату та споживання молекули АТФ під дією ферменту, відомого як шикімат кіназа, відповідального за фосфорилювання шикімата в положенні 5.

Згодом із 5-фосфату шикімату та дією 3-енолпірувілхікімат-5-фосфатсинтази утворюється 3-енолпірувілкікімат 5-фосфат. Згаданий фермент сприяє витісненню фосфорильної групи другої молекули PEP гідроксильною групою вуглецю в положенні 5 шикімат 5-фосфату.

Сьома і кінцева реакція каталізується хорізмат-синтазою, яка видаляє фосфат з 3-енолпірувіл-шикімата 5-фосфату і перетворює його в хоризмат.

У грибі N. crassa один багатофункціональний ферментний комплекс каталізує п'ять із семи реакцій цього шляху, і до цього комплексу додаються три інші ферменти, які в кінцевому підсумку генерують триптофан.

Синтез триптофану в бактеріях

У E.coli трансформація хоризма в триптофан включає шлях з п’ятьма додатковими ферментативними етапами:

По-перше, фермент антранілат синтаза перетворює хоризмат в антранілат. У цій реакції бере участь молекула глутаміну, яка дарує аміногрупу, яка зв’язується з індольним кільцем триптофану і перетворюється на глутамат.

Другий етап каталізується антранілатфосфорибозил-трансферазою. У цій реакції молекула пірофосфату витісняється з 5-фосфорибозил-1-пірофосфату (PRPP), збагаченого енергією метаболіту, і утворюється N- (5'-фосфорибозил) -антранілат.

Третя реакція за цим способом синтезу триптофану передбачає участь ферменту фосфорибозил-антранілат ізомерази. Тут фуранове кільце N- (5'-фосфорибозил) -антранілату відкривається і 1- (о-карбоксифеніламіно) -1-дезоксибулозо 5-фосфат утворюється шляхом тавтомеризації.

Пізніше утворюється фосфат індол-3-гліцерину в реакції, каталізованій індол-3-гліцеринофосфат-синтазою, при цьому виділяється СО2 і молекула Н2О і 1- (о-карбоксифеніламіно) -1- дезоксибулоза 5-фосфат.

Остання реакція цього шляху закінчується утворенням триптофану, коли триптофан-синтаза каталізує реакцію індол-3-гліцерину фосфату з молекулою PLP (піридоксальфосфату) та іншим серином, вивільняючи 3-фосфат гліцеральдегіду та утворюючи триптофан.

Деградація

У ссавців триптофан розщеплюється до ацетил-КоА в печінці шляхом, який включає дванадцять ферментативних етапів: вісім для досягнення α-кетоадипату та ще 4 для перетворення α-кетоадипату в ацетил-коензим А.

Порядок деградації до α-кетоадипату такий:

Триптофан → N-формилхінуренін → хінуренін → 3-гідроксихінуренін → 3-гідрокси-антранілат → ε-семальдегід 2-аміно-3-карбокси муконік → ε-семіалдегід α-аміноамінон → 2-аміно муконат → α-кетоадипат.

Ферменти, що каталізують ці реакції відповідно:

Триптофан 2-3-діоксигеназа, кінуренінформамідаза, НАДФН-залежна монооксигеназа, кінуріназа, 3-гідрокси-антранілат оксигеназа, декарбоксилаза, залежна від НАД ε-семіалдегіду α-амінононуконічна дегідрогеназа та α-аміно-муконатна редуктаза NADPH-залежний.

Після утворення α-кетоадипату утворюється глутаріл-КоА шляхом окисного декарбоксилювання. Це при окисленні Я утворює Глютаконіл-КоА, який втрачає атом вуглецю у вигляді бікарбонату (HCO3-), отримує молекулу води і закінчується як кротоніл-КоА.

Кротоніл-КоА, також при ß-окисленні, дає ацетил-КоА. Такий ацетил-КоА може слідувати декількома шляхами, зокрема глюконеогенез, утворювати глюкозу та цикл Кребса, утворюючи АТФ за потребою.

Однак ця молекула також може бути спрямована на формування кетонових тіл, які нарешті можуть бути використані як джерело енергії.

Продукти, багаті триптофаном

Червоне м'ясо взагалі, курка та риба (особливо жирна риба, такі як лосось та тунець) особливо багаті триптофаном. Молоко та його похідні, яйця, особливо жовток, також є продуктами з великим вмістом триптофану.

Інші продукти, які служать природним джерелом цієї амінокислоти, є:

- сушені фрукти, такі як волоські горіхи, мигдаль, фісташки та кешью, серед інших.

- Рисові крупи.

- сухі зерна, такі як квасоля, сочевиця, нут, соя, хіноа тощо.

- пивні дріжджі та свіжа квасоля, банани та подорожники, ананас чи ананас, авокадо, сливи, крес-салат, брокколі, шпинат та шоколад.

Переваги його споживання

Споживання триптофану абсолютно необхідне для синтезу всіх тих білків, які включають його в його структуру і завдяки різним його функціям дозволяє регулювати настрій, цикли сну і неспання та велику різноманітність біохімічних процесів, в яких бере участь НАД. .

Окрім відомих ефектів на настрій, серотонін (похідний від триптофану) бере участь у численних когнітивних функціях, пов’язаних із навчанням та пам’яттю, які, відповідно, також пов’язані з триптофаном.

Є дані, що показують взаємозв'язок між настроєм, серотоніном та шлунково-кишково-мозковою віссю як системою двонаправлених впливів між емоційними та когнітивними центрами мозку та периферичною функцією травного тракту.

Його використання в якості дієтичної добавки для лікування деяких порушень, особливо тих, що стосуються центральної нервової системи, було дуже суперечливим, оскільки його конкурентоспроможний транспорт з набагато більш рясними нейтральними амінокислотами утруднює досягнення значних і стійких збільшення триптофан після перорального прийому.

Незважаючи на ці суперечки, його використання постулюється як допоміжний засіб у:

- Лікування болю

- порушення сну

- Лікування депресії

- Лікування манії

- знижений апетит

Розлади дефіциту

Центральне усунення або дефіцит триптофану пов'язане з депресією, недостатністю уваги, порушенням пам’яті, порушенням сну та тривожністю.

У пацієнтів з депресією та суїцидом виявлено зміни концентрації триптофану в крові та спинномозковій рідині. Також у деяких пацієнтів з нервовою анорексією спостерігається низький рівень триптофану в сироватці крові.

Деякі пацієнти з поліурікою, які втрачають вітамін В6 та цинк, часто відчувають фобії та занепокоєння та покращуються за допомогою дієтичних добавок, багатих триптофаном.

Карциноїдний синдром характеризується наявністю пухлин тонкого кишечника, які викликають діарею, судинні захворювання та бронхозвуження і пов’язані з дефіцитом ніацину та триптофану

Пеллагра - це патологічний стан, який супроводжується діареєю, деменцією, дерматитом і може спричинити смерть, це також лікується препаратами ніацину та триптофану.

Хвороба Хартнапа пов'язана, між іншим, з дефектом метаболізму кількох амінокислот, включаючи триптофан.

У разі дефіциту ферменту триптофан-2,3-монооксигенази це рецесивне спадкове захворювання, що характеризується розумовою відсталістю та пелагра-подібними порушеннями шкіри.

Список літератури

1. Halvorsen, K., & Halvorsen, S. (1963). Хвороба Хартнапа. Педіатрія, 31 (1), 29-38.
2. Hood, SD, Bell, CJ, Argyropoulos, SV, & Nutt, DJ (2016). Не панікуйте. Посібник щодо виснаження триптофану із специфічною тривожною провокацією. Журнал психофармакології, 30 (11), 1137-1140.
3. Jenkins, TA, Nguyen, JC, Polglaze, KE, & Bertrand, PP (2016). Вплив триптофану та серотоніну на настрій та пізнання з можливою роллю осі кишечника та мозку. Поживні речовини, 8 (1), 56.
4. Kaye, WH, Barbarich, NC, Putnam, K., Gendall, KA, Fernstrom, J., Fernstrom, M.,… & Kishore, A. (2003). Анксіолітичні ефекти гострого виснаження триптофану при нервовій анорексії. Міжнародний журнал розладів харчування, 33 (3), 257-267.
5. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P., & Rodwell, V. (2009). Ілюстрована біохімія Харпера. 28 (с. 588). Нью-Йорк: McGraw-Hill.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Принципи біохімії Ленінгера. Макміллан.