Tryptofan - Tryptophan

l -Tryptofan
L-tryptofan - L-tryptofan.svg
Szkieletowych wzór z L -tryptofanu
Tryptofan-z-xtal-3D-bs-17.png
Tryptofan-z-xtal-3D-sf.png
Nazwy
Nazwa IUPAC
Tryptofan lub kwas ( 2S )-2-amino-3-( 1H -indol-3-ilo)propanowy
Inne nazwy
Kwas 2-amino-3-( 1H -indol-3-ilo)propanowy
Identyfikatory
Model 3D ( JSmol )
CZEBI
CHEMBL
ChemSpider
DrugBank
Karta informacyjna ECHA 100.000,723 Edytuj to na Wikidata
KEGG
Identyfikator klienta PubChem
UNII
  • InChI=1S/C11H12N2O2/c12-9(11(14)15)5-7-6-13-10-4-2-1-3-8(7)10/h1-4,6,9,13H, 5,12H2,(H,14,15)/t9-/m0/s1 sprawdzaćTak
    Klucz: QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N sprawdzaćTak
  • InChI=1/C11H12N2O2/c12-9(11(14)15)5-7-6-13-10-4-2-1-3-8(7)10/h1-4,6,9,13H, 5,12H2,(H,14,15)/t9-/m0/s1
    Klucz: QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQEBP
  • c1[nH]c2ccccc2c1C[C@H](N)C(=O)O
  • Zwitterion : c1[nH]c2ccccc2c1C[C@H]([NH3+])C(=O)[O-]
Nieruchomości
C 11 H 12 N 2 O 2
Masa cząsteczkowa 204,229  g·mol -1
Rozpuszczalny: 0,23 g/L w 0 °C,

11,4 g/l przy 25 °C,
17,1 g/l przy 50 °C,
27,95 g/l przy 75 °C

Rozpuszczalność Rozpuszczalny w gorącym alkoholu, wodorotlenkach alkalicznych; nierozpuszczalny w chloroformie .
Kwasowość (p K a ) 2,38 (karboksyl), 9,39 (amino)
-132,0 x 10 -6 cm 3 / mol
Farmakologia
N06AX02 ( KTO )
Strona z danymi uzupełniającymi
Współczynnik załamania ( n ),
stała dielektrycznar ) itp.

Dane termodynamiczne
Zachowanie fazowe
ciało stałe-ciecz-gaz
UV , IR , NMR , MS
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 °C [77 °F], 100 kPa).
☒n zweryfikuj  ( co to jest   ?) sprawdzaćTak☒n
Referencje do infoboksu

Tryptofan (symbol Trp lub W ) jest α- aminokwas , który jest stosowany w biosyntezie z białkami . Tryptofan zawiera grupę α-aminową, grupę kwasu α- karboksylowego i indol łańcucha bocznego , co czyni go niepolarnym aminokwasem aromatycznym . Jest niezbędna u ludzi, co oznacza, że ​​organizm nie może jej syntetyzować i musi być pozyskiwana z diety. Tryptofan jest również prekursorem neuroprzekaźnika serotoniny , hormonu melatoniny i witaminy B3 . Jest kodowany przez kodon UGG.

Podobnie jak inne aminokwasy, tryptofan jest jonem obojnaczym w fizjologicznym pH, w którym grupa aminowa jest protonowana (– NH+
3
; pKa = 9,39) i karboksylowy deprotonuje (COO - PK = 2,38).

Funkcjonować

Metabolizm l -tryptofanu do serotoniny i melatoniny (po lewej) i niacyny (po prawej). Przekształcone grupy funkcyjne po każdej reakcji chemicznej są podświetlone na czerwono.

Aminokwasy, w tym tryptofan, są wykorzystywane jako elementy budulcowe w biosyntezie białek , a białka są niezbędne do podtrzymania życia. Wiele zwierząt (w tym ludzi) nie potrafi syntetyzować tryptofanu: muszą go pozyskiwać z diety, co czyni go niezbędnym aminokwasem . Tryptofan jest jednym z mniej powszechnych aminokwasów występujących w białkach, ale zawsze odgrywa ważną rolę strukturalną lub funkcjonalną. Na przykład reszty tryptofanu i tyrozyny odgrywają szczególną rolę w „zakotwiczeniu” białek błonowych w błonie komórkowej . Tryptofan, wraz z innymi aminokwasami aromatycznymi , jest również ważny w interakcjach glikan-białko . Ponadto tryptofan pełni funkcję prekursora biochemicznego dla następujących związków :

Zaburzenie złego wchłaniania fruktozy powoduje nieprawidłowe wchłanianie tryptofanu w jelicie, obniżony poziom tryptofanu we krwi i depresję.

U bakterii, które syntetyzują tryptofan, wysoki poziom komórkowy tego aminokwasu aktywuje białko represorowe , które wiąże się z operonem trp . Wiązanie tego represora z operonem tryptofanu zapobiega transkrypcji DNA w dół, które koduje enzymy biorące udział w biosyntezie tryptofanu. Tak więc wysokie poziomy tryptofanu zapobiegają syntezie tryptofanu poprzez pętlę ujemnego sprzężenia zwrotnego, a kiedy poziom tryptofanu w komórce ponownie spada, transkrypcja z operonu trp zostaje wznowiona. Pozwala to na ściśle regulowane i szybkie reakcje na zmiany wewnętrznego i zewnętrznego poziomu tryptofanu w komórce.

Metabolizm tryptofanu przez ludzką mikrobiotę przewodu pokarmowego ( )
Powyższy obrazek zawiera klikalne linki
Ten schemat przedstawia biosyntezę związków bioaktywnych ( indol i niektóre inne pochodne) z tryptofanu przez bakterie w jelitach. Indol jest wytwarzany z tryptofanu przez bakterie eksprymujące tryptofanazę . Clostridium sporogenes metabolizuje tryptofan do indolu, a następnie kwasu 3-indolepropionowego (IPA), silnego neuroprotekcyjnego przeciwutleniacza, który wymiata rodniki hydroksylowe . IPA wiąże się z receptorem pregnanu X (PXR) w komórkach jelitowych, ułatwiając w ten sposób homeostazę śluzówki i funkcję bariery . Po wchłonięciu z jelita i dystrybucji do mózgu, IPA nadaje neuroprotekcyjne działanie przeciw niedokrwieniu mózgu i chorobie Alzheimera . Gatunki Lactobacillus metabolizują tryptofan do indolo-3-aldehydu (I3A), który działa na receptor węglowodorów arylowych (AhR) w jelitowych komórkach odpornościowych, co z kolei zwiększa produkcję interleukiny-22 (IL-22). Sam indol wyzwala wydzielanie z glukagonopodobnym peptydem-1 (GLP-1), w jelitowych komórkach L i działa jako ligand dla AHR. Indol może być również metabolizowany przez wątrobę do siarczanu indoksylu , związku toksycznego w wysokich stężeniach, związanego z chorobami naczyń i dysfunkcją nerek . AST-120 ( węgiel aktywny ) jelitowej sorbentu , który jest przyjmowany doustnie , adsorbuje indol, zaś zmniejszenie stężenia siarczanu indoksylu w osoczu krwi.

Zalecana dieta

W 2002 roku amerykański Instytut Medycyny ustalił zalecaną dietę (RDA) w wysokości 5 mg/kg masy ciała/dzień tryptofanu dla dorosłych w wieku 19 lat i starszych.

Źródła dietetyczne

Tryptofan jest obecny w większości produktów spożywczych na bazie białka lub białek dietetycznych. Jest to szczególnie bogate w czekoladzie , owsa , suszonymi terminach , mleko , jogurt , twaróg , czerwone mięso , jaja , ryby , drób , sezam , ciecierzycy , migdały , nasiona słonecznika , pestki dyni , gryka , spirulina i orzeszki . Wbrew powszechnemu przekonaniu, że gotowany indyk zawiera dużo tryptofanu, zawartość tryptofanu w indyku jest typowa dla drobiu.

Zawartość tryptofanu (Trp) w różnych produktach spożywczych
Żywność Tryptofan
[g/100 g karmy]
Białko
[g/100 g karmy]
Tryptofan/białko
[%]
Białko jajka suszone 1,00 81.10 1.23
Spirulina , suszona 0,92 57,47 1,62
Dorsz, atlantycki , suszony 0,70 62,82 1.11
Soja surowa 0,59 36,49 1,62
ser, parmezan 0,56 37,90 1,47
Nasiona Chia , suszone 0,436 16,5 2,64
nasiona sezamu 0,37 17.00 2.17
Ser, Cheddar 0,32 24,90 1,29
Ziarna słonecznika 0,30 17.20 1,74
Kotlet schabowy 0,25 19.27 1,27
indyk 0,24 21.89 1.11
Kurczak 0,24 20,85 1.14
Wołowina 0,23 20.13 1.12
Owies 0,23 16.89 1,39
Łosoś 0,22 19.84 1.12
Kotlet jagnięcy 0,21 18,33 1,17
Okoń, Atlantyk 0,21 18,62 1.12
Ciecierzyca surowa 0,19 19.30 0,96
jajko 0,17 12.58 1,33
Mąka pszenna, biała 0,13 10.33 1.23
Czekolada do pieczenia , niesłodzona 0,13 12,9 1.23
mleko 0,08 3,22 2,34
Ryż, biały, średnioziarnisty, gotowany 0,028 2,38 1,18
Komosa ryżowa , niegotowana 0,167 14.12 1.2
Komosa ryżowa, gotowana 0,052 4,40 1,1
Ziemniaki, rdzawe 0,02 2.14 0,84
Tamaryndowiec 0,018 2,80 0,64
Banan 0,01 1,03 0,87

Stosuj jako lek przeciwdepresyjny

Ponieważ tryptofan jest przekształcany w 5-hydroksytryptofan (5-HTP), który jest następnie przekształcany w neuroprzekaźnik serotoniny, zaproponowano, że spożywanie tryptofanu lub 5-HTP może złagodzić objawy depresji poprzez zwiększenie poziomu serotoniny w mózgu. Tryptofan jest sprzedawany bez recepty w Stanach Zjednoczonych (po tym, jak został zakazany w różnym stopniu w latach 1989-2005 ) i Wielkiej Brytanii jako suplement diety do stosowania jako środek przeciwdepresyjny , przeciwlękowy i nasenny . Jest również sprzedawany jako lek na receptę w niektórych krajach europejskich do leczenia ciężkiej depresji . Istnieją dowody na to, że zmiana diety prawdopodobnie nie zmieni poziomu tryptofanu we krwi, ale spożywanie oczyszczonego tryptofanu zwiększa poziom serotoniny w mózgu, podczas gdy spożywanie pokarmów zawierających tryptofan nie. Dzieje się tak, ponieważ system transportowy, który przenosi tryptofan przez barierę krew-mózg, transportuje również inne aminokwasy zawarte w źródłach pokarmu białkowego . Wysokim osoczu krwi poziomy innych dużych aminokwasów obojętnych zapobiec stężenie tryptofanu ze zwiększenia poziomów stężenia w mózgu.

W 2001 roku opublikowano przegląd Cochrane dotyczący wpływu 5-HTP i tryptofanu na depresję. Autorzy uwzględnili tylko badania o wysokim rygorze i włączyli do przeglądu zarówno 5-HTP, jak i tryptofan ze względu na ograniczone dane na temat obu. Spośród 108 badań nad 5-HTP i tryptofanem na depresję opublikowanych w latach 1966-2000 tylko dwa spełniły standardy jakości autorów dotyczące włączenia, łącznie 64 uczestników badania. Substancje były bardziej skuteczne niż placebo w dwóch włączonych badaniach, ale autorzy stwierdzają, że „dowody były niewystarczającej jakości, aby były rozstrzygające” i zauważają, że „ponieważ istnieją alternatywne leki przeciwdepresyjne, które okazały się skuteczne i bezpieczne, kliniczna przydatność 5-HTP i tryptofan są obecnie ograniczone”. Stosowanie tryptofanu jako terapii wspomagającej oprócz standardowego leczenia zaburzeń nastroju i lęku nie jest poparte dowodami naukowymi.

Skutki uboczne

Potencjalne skutki uboczne suplementacji tryptofanem to nudności , biegunka , senność , zawroty głowy , ból głowy , suchość w ustach , niewyraźne widzenie , uspokojenie polekowe , euforia i oczopląs (mimowolne ruchy gałek ocznych).

Interakcje

Tryptofan przyjmowany jako suplement diety (np. w postaci tabletek) może powodować zespół serotoninowy w połączeniu z lekami przeciwdepresyjnymi z klasy MAOI lub SSRI lub innymi lekami silnie serotoninergicznymi. Ponieważ suplementacja tryptofanem nie została dokładnie przebadana w warunkach klinicznych, jego interakcje z innymi lekami nie są dobrze poznane.

Izolacja

Izolacja tryptofanu została po raz pierwszy opisana przez Fredericka Hopkinsa w 1901 roku. Hopkins odzyskał tryptofan z hydrolizowanej kazeiny , odzyskując 4-8 g tryptofanu z 600 g surowej kazeiny.

Biosynteza i produkcja przemysłowa

Tryptofan jako aminokwas egzogenny nie jest syntetyzowany z prostszych substancji u ludzi i innych zwierząt, dlatego musi być obecny w diecie w postaci białek zawierających tryptofan. Rośliny i mikroorganizmy zwykle syntetyzują tryptofan z kwasu szikimowego lub antranilatu : antranilat kondensuje z fosforybozylopirofosforanem (PRPP), wytwarzając pirofosforan jako produkt uboczny. Pierścień ugrupowania rybozy zostaje otwarty i poddawany redukcyjnej dekarboksylacji , w wyniku czego powstaje fosforan indolo-3-glicerolu; to z kolei przekształca się w indol . W ostatnim etapie syntaza tryptofanu katalizuje tworzenie tryptofanu z indolu i aminokwasu seryny .

Biosynteza tryptofanu (en).svg

Przemysłowa produkcja tryptofanu również biosyntezy i jest oparty na fermentacji z seryny i indolu przy użyciu typu dzikiego lub genetycznie modyfikowane bakterie takie jak amyloliquefaciens, B. , B. subtilis , C. glutamicum lub E. coli . Szczepy te niosą mutacje, które zapobiegają ponownemu wychwytywaniu aromatycznych aminokwasów lub wielu/nadekspresjonowanych operonów trp . Konwersja jest katalizowana przez enzym syntaza tryptofanu .

Społeczeństwo i kultura

Zespół eozynofilia–mialgia

W 1989 r. w USA doszło do dużej epidemii zespołu eozynofilii i bólu mięśniowego (EMS), z ponad 1500 przypadkami zgłoszonymi do CDC i co najmniej 37 zgonami. Po wstępnym dochodzeniu ujawniono, że epidemia była związana z przyjmowaniem tryptofanu, amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (FDA) wycofała suplementy tryptofanu w 1989 r. i zakazała większości sprzedaży publicznej w 1990 r., a inne kraje poszły w ich ślady.

Kolejne badania sugerowały, że EMS był powiązany z określonymi partiami L-tryptofanu dostarczanymi przez jednego dużego japońskiego producenta, Showa Denko . W końcu stało się jasne, że ostatnie partie L-tryptofanu Showa Denko zostały skażone śladowymi zanieczyszczeniami, które później uważano za odpowiedzialne za wybuch EMS w 1989 roku. Jednak inne dowody sugerują, że sam tryptofan może być potencjalnie głównym czynnikiem przyczyniającym się do EMS.

FDA złagodziła ograniczenia dotyczące sprzedaży i marketingu tryptofanu w lutym 2001 r., ale nadal ograniczała import tryptofanu nieprzeznaczonego do stosowania zwolnionego do 2005 r.

Fakt, że zakład Showa Denko wykorzystał genetycznie zmodyfikowane bakterie do produkcji skażonych partii L-tryptofanu, który później okazał się przyczyną wybuchu zespołu eozynofilii i mięśni, został przytoczony jako dowód na potrzebę „ścisłego monitorowania czystości chemicznej biotechnologii produkty pochodne". Ci, którzy nawołują do monitorowania czystości, zostali z kolei skrytykowani jako aktywiści anty- GMO , którzy przeoczają możliwe przyczyny skażenia niemodyfikowane genetycznie i zagrażają rozwojowi biotechnologii.

Mięso z indyka i senność

Powszechnym twierdzeniem w USA jest to, że duże spożycie mięsa indyczego powoduje senność , ze względu na wysoki poziom tryptofanu zawartego w indyku. Jednak ilość tryptofanu w indyku jest porównywalna do tej zawartej w innych mięsach. Senność po jedzeniu może być spowodowana innymi pokarmami spożywanymi z indykiem, zwłaszcza węglowodanami . Spożycie posiłku bogatego w węglowodany wyzwala wydzielanie insuliny . Insulina z kolei stymuluje wychwyt dużych obojętnych aminokwasów rozgałęzionych (BCAA), ale nie tryptofanu, do mięśni, zwiększając stosunek tryptofanu do BCAA w krwiobiegu. Wynikający z tego zwiększony stosunek tryptofanu zmniejsza konkurencję na dużym obojętnym transporterze aminokwasów (który transportuje zarówno BCAA, jak i aminokwasy aromatyczne), co skutkuje większym wychwytem tryptofanu przez barierę krew-mózg do płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF). Po dotarciu do płynu mózgowo-rdzeniowego tryptofan jest przekształcany w serotoninę w jądrach szwu poprzez normalny szlak enzymatyczny. Powstała serotonina jest dalej metabolizowana do melatoniny przez szyszynkę . Dlatego te dane sugerują, że „senność wywołana ucztą” – lub senność poposiłkowa – może być wynikiem obfitego posiłku bogatego w węglowodany, który pośrednio zwiększa produkcję melatoniny w mózgu, a tym samym sprzyja zasypianiu.

Badania

1912 Felix Ehrlich, wykazano, że drożdże metabolizuje naturalnym aminokwasom zasadniczo oddzielania dwutlenku węgla i zastąpienie grupy aminowej w grupę hydroksylową . W tej reakcji tryptofan daje początek tryptofilowi .

Tryptofan wpływa na syntezę serotoniny w mózgu, gdy jest podawany doustnie w postaci oczyszczonej i jest używany do modyfikowania poziomu serotoniny w badaniach. Niski poziom serotoniny w mózgu jest indukowany przez podawanie białka ubogiego w tryptofan w technice zwanej ostrą deplecją tryptofanu . Badania z wykorzystaniem tej metody oceniły wpływ serotoniny na nastrój i zachowania społeczne, stwierdzając, że serotonina zmniejsza agresję i zwiększa ugodowość.

Fluorescencja

Tryptofan jest ważną wewnętrzną sondą fluorescencyjną (aminokwas), którą można wykorzystać do oceny charakteru mikrośrodowiska wokół reszty tryptofanu. Większość wewnętrznych emisji fluorescencji złożonego białka jest spowodowana wzbudzeniem reszt tryptofanu.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki