TRYPTOPHAN: EIGENSCHAFTEN, STRUKTUR, FUNKTIONEN, VORTEILE - BIOLOGIE - 2025

Das Tryptophan (Trp, W) ist eine Aminosäure, die in die Gruppe der essentiellen Aminosäuren eingeteilt ist, da der menschliche Körper sie nicht synthetisieren kann und sie über die Nahrung erhalten muss.

Einige Lebensmittel wie Milch und ihre Derivate, Fleisch, Eier und einige Getreide wie Quinoa und Soja enthalten essentielle Aminosäuren und sind daher eine wichtige Quelle für Tryptophan.

Chemische Struktur der Aminosäure Tryptophan (Quelle: Clavecin über Wikimedia Commons)

In der Natur sind mehr als 300 verschiedene Aminosäuren bekannt, von denen nur 22 die Monomereinheiten von zellulären Proteinen bilden. Unter den letzteren sind 9 essentielle Aminosäuren, einschließlich Tryptophan, jedoch unterscheidet sich die Essentialität jeder von einer Spezies zur anderen.

Tryptophan hat verschiedene Funktionen, einschließlich seiner Beteiligung an der Proteinsynthese, an der Synthese von Serotonin, einem starken Vasokonstriktor und Neurotransmitter, von Melatonin und an der Synthese des Cofaktors NAD.

Tryptophan ist im Pflanzenreich ein grundlegender Vorläufer des Pflanzenhormons Auxin (Indol-3-essigsäure). Es kann von einigen Bakterien wie E. coli aus Chorismat synthetisiert werden, das aus einigen glykolytischen Derivaten wie Phosphoenolpyruvat und Erythrose-4-phosphat hergestellt wird.

Sein Abbau bei Säugetieren erfolgt in der Leber, wo es zur Synthese von Acetyl-Coenzym A (Acetyl-CoA) verwendet wird. Aus diesem Grund wird es als eine als glucogen bezeichnete Aminosäure beschrieben, da es in den Glucosebildungszyklus eintreten kann.

Es wurden verschiedene Studien mit kontroversen Ergebnissen im Zusammenhang mit der Verwendung von Tryptophan als Nahrungsergänzungsmittel zur Behandlung einiger Pathologien wie Depressionen und einiger Schlafstörungen berichtet.

Es gibt einige Krankheiten, die mit Geburtsfehlern im Aminosäurestoffwechsel zusammenhängen. Im Fall von Tryptophan kann die Hartnup-Krankheit aufgrund eines Mangels an Tryptophan-2,3-monooxygenase genannt werden, einer rezessiven Erbkrankheit, die durch geistige Behinderung und Pellagra-ähnliche Hauterkrankungen gekennzeichnet ist.

Eigenschaften

Tryptophan gehört neben Phenylalanin und Tyrosin zur Gruppe der aromatischen und hydrophoben Aminosäuren.

Tryptophan ist jedoch dadurch gekennzeichnet, dass es eine leicht hydrophobe Aminosäure ist, da seine aromatische Seitenkette mit polaren Gruppen diese Hydrophobizität abschwächt.

Da sie konjugierte Ringe haben, haben sie eine starke Lichtabsorption im Bereich des Spektrums in der Nähe von Ultraviolett und diese Eigenschaft wird häufig für die Strukturanalyse von Proteinen verwendet.

Es absorbiert ultraviolettes Licht (zwischen 250 und 290 nm) und obwohl diese Aminosäure in der Struktur der meisten Proteine ​​im menschlichen Körper nicht sehr häufig vorkommt, ist ihre Anwesenheit ein wichtiger Beitrag zur Absorptionskapazität von Licht im 280 nm Region der meisten Proteine.

Der tägliche Tryptophanbedarf variiert mit dem Alter. Bei Säuglingen zwischen 4 und 6 Monaten beträgt der durchschnittliche Bedarf etwa 17 mg pro Kilogramm Gewicht und Tag; bei Kindern von 10 bis 12 Jahren sind es 3,3 mg pro Kilogramm Gewicht pro Tag und bei Erwachsenen 3,5 mg pro Kilogramm Gewicht pro Tag.

Tryptophan wird über den Darm absorbiert und ist gleichzeitig eine ketogene und eine glucogene Aminosäure.

Da Tryptophan ein Vorläufer von Serotonin, einem wichtigen Neurotransmitter, ist, muss es das Zentralnervensystem (ZNS) erreichen und dafür die Blut-Hirn-Schranke passieren, für die es einen spezifischen aktiven Transportmechanismus gibt.

Struktur

Tryptophan hat eine Summenformel C11H12N2O2 und diese essentielle Aminosäure hat eine aromatische Seitenkette.

Wie alle Aminosäuren hat Tryptophan ein α-Kohlenstoffatom, das an eine Aminogruppe (NH2), ein Wasserstoffatom (H), eine Carboxylgruppe (COOH) und eine Seitenkette (R) gebunden ist, die durch eine heterocyclische Struktur gebildet wird. die Indolgruppe.

Sein chemischer Name ist 2-Amino-3-indolylpropionsäure, es hat eine Molmasse von 204,23 g / mol. Seine Löslichkeit bei 20 ° C beträgt 1,06 g in 100 g Wasser und es hat eine Dichte von 1,34 g / cm³.

Eigenschaften

Beim Menschen wird Tryptophan für die Proteinsynthese verwendet und ist essentiell für die Bildung von Serotonin (5-Hydroxytryptamin), einem starken Vasokonstriktor, Stimulans der Kontraktion der glatten Muskulatur (insbesondere im Dünndarm) und einem Neurotransmitter, der dazu in der Lage ist psychische Stimulation erzeugen, Depressionen bekämpfen und Angstzustände regulieren.

Tryptophan ist ein Vorläufer bei der Synthese von Melatonin und hat daher Auswirkungen auf die Schlaf-Wach-Zyklen.

Diese Aminosäure wird als Vorstufe in einem der drei Wege zur Bildung des Cofaktors NAD verwendet, eines sehr wichtigen Cofaktors, der an einer Vielzahl von enzymatischen Reaktionen im Zusammenhang mit Oxidations-Reduktions-Ereignissen beteiligt ist.

Tryptophan und einige seiner Vorläufer werden zur Bildung eines Pflanzenhormons namens Auxin (Indol-3-essigsäure) verwendet. Auxine sind Pflanzenhormone, die das Wachstum, die Entwicklung und viele andere physiologische Funktionen von Pflanzen regulieren.

Biosynthese

In Organismen, die es synthetisieren können, leitet sich das Kohlenstoffgerüst von Tryptophan von Phosphoenolpyruvat und Erythrose-4-phosphat ab. Diese wiederum werden aus einem Zwischenprodukt des Krebszyklus gebildet: Oxalacetat.

Phosphoenolpyruvat und Erythrose-4-phosphat werden zur Synthese von Chorismat in einem siebenstufigen enzymatischen Weg verwendet. Phosphoenolpyruvat (PEP) ist ein Produkt der Glykolyse und des Erythrose-4-phosphats des Pentosephosphatweges.

Wie ist der Syntheseweg von Chorismat?

Der erste Schritt bei der Chorismatsynthese ist die Bindung von PEP an Erythrose-4-phosphat unter Bildung von 2-Keto-3-desoxy-D-arabino-heptulosonat-7-phosphat (DAHP).

Diese Reaktion wird durch das Enzym 2-Keto-3-desoxy-D-arabino-heptulosonat-7-phosphat-Synthase (DAHP-Synthase) katalysiert, das durch Chorismat inhibiert wird.

Die zweite Reaktion beinhaltet die Cyclisierung von DAHP durch Dehydrochinatsynthase, ein Enzym, das den Cofaktor NAD benötigt, der während dieser Reaktion reduziert wird; als Ergebnis wird 5-Dehydrochinat erzeugt.

Der dritte Schritt auf diesem Weg beinhaltet die Eliminierung eines Wassermoleküls aus 5-Dehydrochinat, eine Reaktion, die durch das Enzym Dehydrochinat-Dehydratase katalysiert wird, deren Endprodukt 5-Dehydro-Shikimat entspricht.

Die Ketogruppe dieses Moleküls wird zu einer Hydroxylgruppe reduziert und infolgedessen wird Shikimat gebildet. Das Enzym, das diese Reaktion katalysiert, ist NADPH-abhängige Shikimatdehydrogenase.

Der fünfte Schritt des Weges beinhaltet die Bildung von Shikimat-5-phosphat und den Verbrauch eines ATP-Moleküls durch die Wirkung eines Enzyms, das als Shikimatkinase bekannt ist und für die Phosphorylierung von Shikimat in Position 5 verantwortlich ist.

Anschließend wird aus Shikimat-5-phosphat und durch Einwirkung von 3-Enolpyruvyl-Shikimat-5-phosphat-Synthase 3-Enolpyruvyl-Shikimat-5-phosphat erzeugt. Das erwähnte Enzym fördert die Verdrängung der Phosphorylgruppe eines zweiten PEP-Moleküls durch die Hydroxylgruppe des Kohlenstoffs in Position 5 des Shikimat-5-phosphats.

Die siebte und letzte Reaktion wird durch Chorismatsynthase katalysiert, die Phosphat aus 3-Enolpyruvylshikimat-5-phosphat entfernt und in Chorismat umwandelt.

Im Pilz N. crassa katalysiert ein einzelner multifunktionaler Enzymkomplex fünf der sieben Reaktionen auf diesem Weg, und diesem Komplex werden drei weitere Enzyme hinzugefügt, die schließlich Tryptophan erzeugen.

Synthese von Tryptophan in Bakterien

In E. coli beinhaltet die Umwandlung von Chorismat zu Tryptophan einen Weg mit fünf zusätzlichen enzymatischen Schritten:

Erstens wandelt das Enzym Anthranilatsynthase Chorismat in Anthranilat um. An dieser Reaktion ist ein Glutaminmolekül beteiligt, das die Aminogruppe abgibt, die an den Indolring von Tryptophan bindet und in Glutamat umgewandelt wird.

Der zweite Schritt wird durch Anthranilatphosphoribosyltransferase katalysiert. Bei dieser Reaktion wird ein Pyrophosphatmolekül aus 5-Phosphoribosyl-1-pyrophosphat (PRPP), einem energiereichen Metaboliten, verdrängt und N- (5'-Phosphoribosyl) -anthranilat gebildet.

Die dritte Reaktion auf diesem Weg der Tryptophansynthese beinhaltet die Beteiligung des Enzyms Phosphoribosylanthranilat-Isomerase. Hier wird der Furanring des N- (5'-Phosphoribosyl) -anthranilats geöffnet und durch Tautomerisierung 1- (o-Carboxyphenylamino) -1-desoxyribulose-5-phosphat gebildet.

Später wird Indol-3-glycerinphosphat in einer durch Indol-3-glycerinphosphatsynthase katalysierten Reaktion gebildet, bei der ein CO2 und ein Molekül H2O freigesetzt werden und 1- (o-Carboxyphenylamino) -1- Desoxyribulose-5-phosphat.

Die letzte Reaktion dieses Weges führt zur Bildung von Tryptophan, wenn Tryptophansynthase die Reaktion von Indol-3-glycerinphosphat mit einem Molekül PLP (Pyridoxalphosphat) und einem anderen Serinmolekül katalysiert, wobei Glycerinaldehyd-3-phosphat freigesetzt wird und Tryptophan gebildet wird.

Degradierung

Bei Säugetieren wird Tryptophan in der Leber in einem Weg, der zwölf enzymatische Schritte umfasst, zu Acetyl-CoA abgebaut: acht, um α-Ketoadipat zu erreichen, und vier weitere, um α-Ketoadipat in Acetyl-Coenzym A umzuwandeln.

Die Reihenfolge des Abbaus zu α-Ketoadipat ist:

Tryptophan → N-Formylchinurenin → Chinurenin → 3-Hydroxychinurenin → 3-Hydroxyanthranilat → ε-Semialdehyd 2-Amino-3-carboxymucon → ε-Semialdehyd α-Aminomucon → 2-Amino-Muconat → α-Ketoadipat.

Die Enzyme, die diese Reaktionen katalysieren, sind:

Tryptophan 2-3-Dioxygenase, Kinureninformamidase, NADPH-abhängige Monooxygenase, Kinureninase, 3-Hydroxyanthranilat-Oxygenase, Decarboxylase, NAD-abhängige ε-Semialdehyd-α-Aminonucon-Dehydrogenase und α-Amino-Muconat-Reduktase NADPH-abhängig.

Sobald α-Ketoadipat erzeugt ist, wird Glutaryl-CoA durch oxidative Decarboxylierung gebildet. Dieses bildet durch ß-Oxidation Glutaconyl-CoA, das ein Kohlenstoffatom in Form von Bicarbonat (HCO3-) verliert, ein Wassermolekül gewinnt und als Crotonyl-CoA endet.

Crotonyl-CoA, auch durch ß-Oxidation, ergibt Acetyl-CoA. Ein solches Acetyl-CoA kann verschiedenen Wegen folgen, insbesondere der Glukoneogenese, um Glucose zu bilden, und dem Krebszyklus, um nach Bedarf ATP zu bilden.

Dieses Molekül kann jedoch auch auf die Bildung von Ketonkörpern gerichtet sein, die schließlich als Energiequelle genutzt werden können.

Lebensmittel, die reich an Tryptophan sind

Rotes Fleisch im Allgemeinen, Huhn und Fisch (besonders fettiger Fisch wie Lachs und Thunfisch) sind besonders reich an Tryptophan. Milch und ihre Derivate, Eier, insbesondere das Eigelb, sind ebenfalls Lebensmittel mit einem reichlichen Gehalt an Tryptophan.

Andere Lebensmittel, die als natürliche Quelle dieser Aminosäure dienen, sind:

- Trockenfrüchte wie Walnüsse, Mandeln, Pistazien und Cashewnüsse.

- Reisgetreide.

- Trockene Körner wie Bohnen, Linsen, Kichererbsen, Sojabohnen, Quinoa usw.

- Bierhefe und frische Bohnen, Bananen und Kochbananen, Ananas oder Ananas, Avocado, Pflaumen, Brunnenkresse, Brokkoli, Spinat und Schokolade.

Vorteile seiner Aufnahme

Der Konsum von Tryptophan ist absolut notwendig, um all die Proteine ​​zu synthetisieren, die es in seiner Struktur enthalten, und durch seine verschiedenen Funktionen ermöglicht es, die Stimmung, Schlaf- und Wachzyklen und eine Vielzahl von biochemischen Prozessen zu regulieren, an denen NAD beteiligt ist. .

Zusätzlich zu den bekannten Auswirkungen auf die Stimmung ist Serotonin (abgeleitet von Tryptophan) an mehreren kognitiven Funktionen im Zusammenhang mit Lernen und Gedächtnis beteiligt, die daher auch mit Tryptophan zusammenhängen.

Es gibt Daten, die die Beziehung zwischen Stimmung, Serotonin und der Magen-Darm-Gehirnachse als System bidirektionaler Einflüsse zwischen den emotionalen und kognitiven Zentren des Gehirns und der peripheren Funktion des Verdauungstrakts zeigen.

Seine Verwendung als Nahrungsergänzungsmittel zur Behandlung einiger Störungen, insbesondere derjenigen, die mit dem Zentralnervensystem zusammenhängen, war sehr umstritten, da sein kompetitiver Transport mit den viel häufiger vorkommenden neutralen Aminosäuren es schwierig macht, signifikante und anhaltende Erhöhungen zu erreichen Tryptophan nach oraler Verabreichung.

Trotz dieser Kontroversen wurde seine Verwendung als Adjuvans postuliert in:

- Schmerzbehandlung

- Schlafstörungen

- Behandlung von Depressionen

- Behandlung von Manien

- reduzierter Appetit

Mangelstörungen

Die zentrale Beseitigung oder der Mangel an Tryptophan ist mit Depressionen, Aufmerksamkeitsstörungen, Gedächtnisstörungen, Schlafstörungen und Angstzuständen verbunden.

Bei depressiven und suizidalen Patienten wurden Veränderungen in der Tryptophankonzentration im Blut und in der Liquor cerebrospinalis festgestellt. Einige Patienten mit Anorexia nervosa weisen auch niedrige Tryptophan-Serumspiegel auf.

Einige polyurische Patienten, die Vitamin B6 und Zink verlieren, weisen häufig Phobien und Angstzustände auf und verbessern sich mit Tryptophan-reichen Nahrungsergänzungsmitteln.

Das Karzinoid-Syndrom ist durch das Vorhandensein von Dünndarmtumoren gekennzeichnet, die Durchfall, Gefäßerkrankungen und Bronchokonstriktion verursachen, und steht im Zusammenhang mit einem Mangel an Niacin und Tryptophan

Pellagra ist eine pathologische Erkrankung, die von Durchfall, Demenz und Dermatitis begleitet wird und zum Tod führen kann. Sie wird auch mit Nahrungsergänzungsmitteln aus Niacin und Tryptophan behandelt.

Die Hartnup-Krankheit hat unter anderem mit einem Defekt im Metabolismus mehrerer Aminosäuren, einschließlich Tryptophan, zu tun.

Im Falle eines Mangels an dem Enzym Tryptophan-2,3-Monooxygenase handelt es sich um eine rezessive Erbkrankheit, die durch geistige Behinderung und Pellagra-ähnliche Hauterkrankungen gekennzeichnet ist.

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