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

Triptofan (Trp, W) je amino kiselina klasificirani u skupini esencijalnih aminokiselina, jer ljudsko tijelo ne može sintetizirati i mora dobiti to putem prehrane.

Neke namirnice poput mlijeka i njegovih derivata, meso, jaja i neke žitarice poput kvinoje i soje sadrže esencijalne aminokiseline te su, prema tome, važan izvor triptofana.

Kemijska struktura aminokiseline triptofan (Izvor: Clavecin via Wikimedia Commons)

U prirodi je poznato više od 300 različitih aminokiselina od kojih samo 22 čine monomerne jedinice staničnih proteina. Među potonjim, 9 su esencijalne aminokiseline, uključujući triptofan, međutim, esencijalnost svake vrste razlikuje se od jedne do druge vrste.

Triptofan ima različite funkcije, uključujući njegovo sudjelovanje u sintezi proteina, u sintezi serotonina, koji je snažan vazokonstriktor i neurotransmiter, melatonina i u sintezi kofaktora NAD.

U biljnom carstvu triptofan je temeljni prekursor biljnog hormona auksina (indol-3-octena kiselina). Mogu ga sintetizirati neke bakterije, kao što je E. coli iz korizmata, koja nastaje iz nekih glikolitičkih derivata poput fosfoenolpiruvata i eritroz-4-fosfata.

Njegova razgradnja kod sisavaca događa se u jetri, gdje se koristi za sintezu acetil koenzima A (acetil-CoA), i zbog toga je opisan kao aminokiselina koja se naziva glukogena, jer može ući u ciklus stvaranja glukoze.

Zabilježeno je nekoliko studija s kontroverznim rezultatima vezanim uz upotrebu triptofana kao dodatka prehrani za liječenje nekih patologija poput depresije i nekih poremećaja spavanja.

Postoje neke bolesti povezane s urođenim oštećenjima metabolizma aminokiselina. U slučaju triptofana može se imenovati Hartnup-ova bolest, zbog nedostatka triptofan-2,3-monooksigenaze, recesivne nasljedne bolesti koju karakterizira mentalna zaostalost i poremećaj kože sličan pelagrami.

karakteristike

Uz fenilalanin i tirozin, triptofan je u skupini aromatskih i hidrofobnih aminokiselina.

Međutim, triptofan je karakterističan po blago hidrofobnoj aminokiselini, jer njegov aromatični bočni lanac, koji ima polarne skupine, smanjuje ovu hidrofobnost.

Budući da imaju konjugirane prstenove, oni imaju snažnu apsorpciju svjetlosti u području spektra u blizini ultraljubičastog oblika i ta se karakteristika često koristi za strukturnu analizu proteina.

Apsorbira ultraljubičastu svjetlost (između 250 i 290 nm) i, iako ova aminokiselina nije vrlo bogata u strukturi većine proteina u ljudskom tijelu, njezina prisutnost predstavlja važan doprinos apsorpcijskoj sposobnosti svjetla u 280 nm regija većine proteina.

Dnevne potrebe za triptofanom razlikuju se s godinama. U dojenčadi između 4 i 6 mjeseci prosječni je zahtjev oko 17 mg po kilogramu težine dnevno; u djece od 10 do 12 godina to je 3,3 mg po kilogramu težine dnevno, a u odraslih 3,5 mg po kilogramu težine dnevno.

Triptofan se apsorbira kroz crijeva i istovremeno je ketogena i glukogena aminokiselina.

Budući da je prekursor serotonina, važan neurotransmiter, triptofan mora doći do središnjeg živčanog sustava (CNS) i za to mora prijeći krvno-moždanu barijeru, za što postoji specifičan aktivni transportni mehanizam.

Struktura

Triptofan ima molekularnu formulu C11H12N2O2 i ova esencijalna aminokiselina ima aromatski bočni lanac.

Kao i sve aminokiseline, triptofan ima α ugljikov atom vezan za amino skupinu (NH2), atom vodika (H), karboksilnu skupinu (COOH) i bočni lanac (R) formiran heterocikličkom strukturom, indola skupina.

Njegov kemijski naziv je 2-amino-3-indolil propionska kiselina, ima molekularnu masu 204,23 g / mol. Njegova topivost na 20 ° C iznosi 1,06 g u 100 g vode, a gustoća je 1,34 g / cm3.

Značajke

U ljudi se triptofan koristi za sintezu proteina i neophodan je za stvaranje serotonina (5-hidroksitriptamina), snažnog vazokonstriktora, stimulansa kontrakcije glatkih mišića (posebno u tankom crijevu) i neurotransmitera koji je sposoban za stvaraju psihičku stimulaciju, bore se protiv depresije i reguliraju anksioznost.

Triptofan je prekursor u sintezi melatonina i stoga ima posljedice na cikluse spavanja-budnosti.

Spomenuta aminokiselina koristi se kao prekursor na jednom od tri puta za stvaranje kofaktora NAD, vrlo važnog kofaktora koji sudjeluje u velikom broju enzimskih reakcija povezanih s događajima redukcije oksidacije.

Triptofan i neki njegovi prekursori koriste se za stvaranje biljnog hormona nazvanog auksin (indol-3-octena kiselina). Auksini su biljni hormoni koji reguliraju rast, razvoj i mnoge druge fiziološke funkcije biljaka.

biosinteza

U organizmima koji ih mogu sintetizirati, ugljikov kost triptofana izveden je iz fosfoenolpiruvata i eritroz-4-fosfata. Oni su zauzvrat nastali iz međuprodukta Krebsova ciklusa: oksaloacetat.

Fosfoenolpiruvat i eritroza-4-fosfat koriste se za sintezu horizmata enzimskim korakom u sedam koraka. Fosfoenolpiruvat (PEP) je produkt glikolize i eritroz-4-fosfata pentoznog fosfata.

Kakav je put sinteze horizma?

Prvi korak u sintezi korizmata je vezivanje PEP-a s eritroz-4-fosfatom za formiranje 2-keto-3-deoksi-D-arabino-heptulosonat-7-fosfata (DAHP).

Ovu reakciju katalizira enzim 2-keto-3-deoksi-D-arabino-heptulosonat-7-fosfat sintaza (DAHP sintaza), koji inhibira korizmat.

Druga reakcija uključuje ciklizaciju DAHP-a dehidrokvinat sintazom, enzimom za koji je potreban kofaktor NAD, a koji se tijekom ove reakcije smanjuje; kao rezultat nastaje 5-dehidrokvinat.

Treći korak ovog puta uključuje eliminaciju vodene molekule iz 5-dehidrokvinata, reakciju kataliziranu enzim dehidrokvinat dehidratatazom, čiji konačni produkt odgovara 5-dehidro šikimatu.

Keto skupina ove molekule reducirana je u hidroksilnu skupinu, i kao posljedica toga nastaje šikimat. Enzim koji katalizira ovu reakciju je Shikimate dehidrogenaza ovisna o NADPH.

Peti korak puta uključuje stvaranje shikimata 5-fosfata i potrošnju ATP molekule djelovanjem enzima poznatog kao šikimate kinaza, odgovornog za fosforilaciju shikimata u položaju 5.

Naknadno, iz shikimata 5-fosfata i djelovanjem 3-enolpiruvil-shikimate-5-fosfat-sintaze, nastaje 3-enolpiruvil-shikimat-5-fosfat. Spomenuti enzim potiče premještanje fosforilne skupine druge molekule PEP hidroksilnom skupinom ugljika u položaju 5 shikimata 5-fosfata.

Sedma i posljednja reakcija katalizira horizmat sintaza, koja uklanja fosfat iz 3-enolpiruvil-shikimata 5-fosfata i pretvara ga u korizmat.

U gljivicama N. crassa, jedan multifunkcionalni enzimski kompleks katalizira pet od sedam reakcija na ovom putu, a tri druga enzima dodaju se ovom kompleksu koji na kraju stvaraju triptofan.

Sinteza triptofana u bakterijama

U E. coli, transformacija horizmata u triptofan uključuje put s pet dodatnih enzimskih koraka:

Prvo, enzim antranilat sintaza pretvara korizmat u antranilat. U ovoj reakciji sudjeluje molekula glutamina, koja donira amino skupinu koja se veže za indolni prsten triptofana i pretvara se u glutamat.

Drugi korak katalizira antranilat fosforibosil transferaza. U ovoj se reakciji molekula pirofosfata izmiče iz 5-fosforibozil-l-pirofosfata (PRPP), metabolita bogatog energijom, i formira se N- (5'-fosforibozil) -antranilat.

Treća reakcija sinteze triptofana na ovom putu uključuje sudjelovanje enzima fosforibozil-antranilat izomeraze. Ovdje se otvara furanski prsten N- (5'-fosforibosil) -antranilata i 1- (o-karboksi-fenilamino) -1-deoksiribuloza 5-fosfat nastaje tautomerizacijom.

Kasnije se formira indol-3-glicerol fosfat, u reakciji kataliziranoj indolom-3-glicerol fosfat sintazom, pri čemu se oslobađaju molekula CO2 i H2O i 1- (o-karboksifenilamino) -1- ciklizira. deoksiribuloza 5-fosfat.

Posljednja reakcija ovog puta završava formiranjem triptofana kada triptofan sintaza katalizira reakciju indol-3-glicerol fosfata s molekulom PLP (piridoksal fosfat) i druge s serinom, oslobađajući gliceraldehid 3-fosfat i formirajući triptofan.

degradacija

U sisavaca se triptofan razgrađuje do acetil-CoA u jetri na putu koji uključuje dvanaest enzimskih koraka: osam za postizanje α-ketoadipata i još 4 za pretvorbu α-ketoadipata u acetil koencim A.

Redoslijed razgradnje do α-ketoadipata je:

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

Enzimi koji kataliziraju ove reakcije su:

Triptofan 2-3-dioksigenaza, kinurenin formamidaza, monooksigenaza ovisna o NADPH, kinureninaza, 3-hidroksi-antranilat oksigenaza, dekarboksilaza, ε-polualdehidna α-aminonukonska dehidrogenaza i redukcija α-amino mukonata ovisna o NADPH.

Jednom kada nastane α-ketoadipat, oksidacijskom dekarboksilacijom nastaje glutaral-CoA. Ovo, ß-oksidacijom, stvara glutakonil-CoA koji gubi ugljikov atom u obliku bikarbonata (HCO3-), dobiva molekulu vode i završava kao krotonil-CoA.

Crotonyl-CoA, također ß-oksidacijom, daje acetil-CoA. Takav acetil-CoA može slijediti nekoliko putova, osobito glukoneogeneza, da bi nastao glukoza i Krebsov ciklus, da bi se formirao ATP, prema potrebi.

Međutim, ova se molekula može usmjeriti i prema stvaranju ketonskih tijela, koja se napokon mogu koristiti kao izvor energije.

Hrana bogata triptofanom

Crveno meso općenito, piletina i riba (posebno masna riba poput lososa i tune) posebno su bogata triptofanom. Mlijeko i njegovi derivati, jaja, posebno žumance, ujedno su i hrana s obilnim sadržajem triptofana.

Ostala hrana koja služi kao prirodni izvor ove aminokiseline su:

- sušeno voće poput oraha, badema, pistacija i indijskog indijskog povrća.

- rižine žitarice.

- suha zrna poput graha, leće, slanutak, soja, quinoa itd.

- pivski kvasac i svježi grah, banane i plantaže, ananas ili ananas, avokado, šljive, kreča, brokula, špinat i čokolada.

Prednosti njegovog unosa

Konzumiranje triptofana je apsolutno neophodno za sintezu svih onih proteina koji ga uključuju u njegovu strukturu, a kroz različite funkcije omogućava reguliranje ciklusa raspoloženja, spavanja i budnosti te veliku raznolikost biokemijskih procesa u kojima NAD sudjeluje., Pored poznatih učinaka na raspoloženje, serotonin (izveden iz triptofana) uključen je u višestruke kognitivne funkcije povezane s učenjem i pamćenjem, koje su također povezane s triptofanom.

Postoje podaci koji pokazuju odnos između raspoloženja, serotonina i gastrointestinalno-moždane osi kao sustava dvosmjernih utjecaja između moždanovih emocionalnih i kognitivnih centara i periferne funkcije probavnog trakta.

Njegova upotreba kao dodatak prehrani za liječenje nekih poremećaja, posebno onih povezanih sa središnjim živčanim sustavom, bila je vrlo kontroverzna jer je njezin konkurentni transport s mnogo obilnijim neutralnim aminokiselinama otežan u postizanju značajnih i trajnih porasta u triptofan nakon oralne primjene.

Unatoč tim kontroverzama, njegova upotreba je postulirana kao pomoćno sredstvo u:

- Liječenje boli

- Poremećaji spavanja

- Liječenje depresije

- Liječenje mani

- smanjeni apetit

Poremećaji nedostatka

Središnje uklanjanje ili nedostatak triptofana povezano je s depresijom, zatajenjem pažnje, slabljenjem pamćenja, poremećajem spavanja i tjeskobom.

U bolesnika s depresijom i suicidom utvrđene su promjene u koncentraciji triptofana u krvi i cerebrospinalnoj tekućini. Nadalje, neki pacijenti s anoreksijom nervoze pokazuju nisku razinu triptofana u serumu.

Neki pacijenti s poliurom, koji gube vitamin B6 i cink, često pokazuju fobije i tjeskobu i poboljšavaju se dodacima prehrani bogatim triptofanom.

Karcinoidni sindrom karakterizira prisutnost tumora tankog crijeva koji uzrokuju proljev, vaskularne bolesti i bronhokonstrikciju, a povezan je s nedostatkom niacina i triptofana

Pellagra je patološko stanje koje je popraćeno proljevom, demencijom, dermatitisom i može prouzrokovati smrt, to se liječi i dodacima niacina i triptofana.

Hartnupova bolest između ostalog ima veze s oštećenjem metabolizma nekoliko aminokiselina, uključujući triptofana.

U slučaju nedostatka enzima triptofan-2,3-monooksigenaze, ovo je recesivna nasljedna bolest koju karakterizira mentalna zaostalost i kožni poremećaji slični pelagrami.

Reference

1. Halvorsen, K., i Halvorsen, S. (1963). Hartnup bolest. Pedijatrija, 31 (1), 29-38.
2. Hood, SD, Bell, CJ, Argyropoulos, SV, & Nutt, DJ (2016). Nemojte paničariti. Vodič za iscrpljenost triptofana s provokacijom anksioznosti specifične za poremećaj. Časopis za psihofarmakologiju, 30 (11), 1137-1140.
3. Jenkins, TA, Nguyen, JC, Polglaze, KE, i Bertrand, PP (2016). Utjecaj triptofana i serotonina na raspoloženje i spoznaju s mogućom ulogom osi crijeva i mozga. Hranjive tvari, 8 (1), 56.
4. Kaye, WH, Barbarich, NC, Putnam, K., Gendall, KA, Fernstrom, J., Fernstrom, M.,… i Kishore, A. (2003). Anksiolitički učinci akutnog trošenja triptofana kod anoreksije nervoze. Međunarodni časopis o poremećajima u prehrani, 33 (3), 257-267.
5. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P. i Rodwell, V. (2009). Harperova ilustrirana biokemija. 28 (str. 588). New York: McGraw-Hill.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehningerovi principi biokemije. Macmillan.