TRIPTOFĀNS: RAKSTUROJUMS, STRUKTŪRA, FUNKCIJAS, IEGUVUMI - BIOLOĢIJA - 2025

Triptofāna (Trp, W) ir aminoskābe klasificēta grupā neaizvietojamo aminoskābju laikā, jo cilvēka organisms nespēj sintezēt, un jāsaņem to ar uzturu.

Daži pārtikas produkti, piemēram, piens un tā atvasinājumi, gaļa, olas un daži graudaugi, piemēram, kvinoja un soja, satur neaizvietojamās aminoskābes, un tāpēc tie ir nozīmīgs triptofāna avots.

Aminoskābes triptofāna ķīmiskā struktūra (Avots: Clavecin caur Wikimedia Commons)

Dabā ir zināmas vairāk nekā 300 dažādas aminoskābes, un tikai no tām 22 veido šūnu olbaltumvielu monomērās vienības. Starp pēdējām 9 ir neaizvietojamās aminoskābes, ieskaitot triptofānu, tomēr katra būtība dažādās sugās ir atšķirīga.

Triptofānam ir dažādas funkcijas, ieskaitot tā līdzdalību olbaltumvielu sintēzē, melatonīna serotonīna, kas ir spēcīgs vazokonstriktors un neirotransmiters, sintēzē un kofaktora NAD sintēzē.

Augu valstībā triptofāns ir augu hormona auksīna (indola-3-etiķskābes) pamata priekštecis. To var sintezēt dažas baktērijas, piemēram, E. coli, no horismāta, kas tiek ražots no dažiem glikolītiskiem atvasinājumiem, piemēram, fosfoenolpiruvāta un eritrozes-4-fosfāta.

Tā sadalīšanās zīdītājiem notiek aknās, kur to izmanto acetilkoenzīma A (acetil-CoA) sintēzei, un šī iemesla dēļ to raksturo kā aminoskābi, ko sauc par glikogēnu, jo tā var iekļūt glikozes veidošanās ciklā.

Ir ziņots par dažādiem pētījumiem ar pretrunīgi vērtētiem rezultātiem, kas saistīti ar triptofāna izmantošanu kā uztura bagātinātāju dažu patoloģiju, piemēram, depresijas un dažu miega traucējumu, ārstēšanai.

Ir dažas slimības, kas saistītas ar iedzimtiem defektiem aminoskābju metabolismā. Triptofāna gadījumā Hartnupa slimību var nosaukt triptofāna-2,3-monooksigenāzes deficīta dēļ - recesīva iedzimta slimība, kurai raksturīga garīga atpalicība un pellagrai līdzīgi ādas traucējumi.

raksturojums

Kopā ar fenilalanīnu un tirozīnu triptofāns ietilpst aromātisko un hidrofobisko aminoskābju grupā.

Tomēr triptofānam ir raksturīga nedaudz hidrofobiska aminoskābe, jo tā aromātiskā sānu ķēde, kurai ir polārās grupas, mazina šo hidrofobitāti.

Tā kā tiem ir konjugēti gredzeni, tiem ir spēcīga gaismas absorbcija spektra rajonā netālu no ultravioletā starojuma, un šo īpašību bieži izmanto olbaltumvielu strukturālajā analīzē.

Tas absorbē ultravioleto gaismu (diapazonā no 250 līdz 290 nm), un, kaut arī šī aminoskābe nav ļoti bagātīga lielākajā daļā cilvēka ķermeņa olbaltumvielu struktūras, tās klātbūtne ir nozīmīgs ieguldījums gaismas absorbcijas spējā Lielākās daļas olbaltumvielu 280 nm reģions.

Dienas triptofāna prasības atšķiras ar vecumu. Zīdaiņiem no 4 līdz 6 mēnešiem vidējā vajadzība ir aptuveni 17 mg uz svara kilogramu dienā; bērniem no 10 līdz 12 gadiem tas ir 3,3 mg uz svara kilogramu dienā, un pieaugušajiem tas ir 3,5 mg uz svara kilogramu dienā.

Triptofāns uzsūcas caur zarnām un vienlaikus ir ketogēna un glikogēna aminoskābe.

Tā kā triptofāns ir serotonīna, svarīga neirotransmitera, priekštecis, tam ir jāsasniedz centrālā nervu sistēma (CNS), un tam tam jāšķērso hematoencefāliskais barjera, kuram ir noteikts aktīvs transporta mehānisms.

Uzbūve

Triptofānam ir molekulārā formula C11H12N2O2, un šai neaizvietojamai aminoskābei ir aromātiska sānu ķēde.

Tāpat kā visām aminoskābēm, triptofānam ir α oglekļa atoms, kas pievienots aminogrupai (NH2), ūdeņraža atomam (H), karboksilgrupei (COOH) un sānu ķēdei (R), ko veido heterocikliska struktūra, indolu grupa.

Tās ķīmiskais nosaukums ir 2-amino-3-indolilpropionskābe, tās molekulmasa ir 204,23 g / mol. Tā šķīdība pie 20 ° C ir 1,06 g 100 g ūdens, un tā blīvums ir 1,34 g / cm3.

Iespējas

Cilvēkiem triptofānu izmanto olbaltumvielu sintēzē un tas ir nepieciešams serotonīna (5-hidroksitriptamīna) veidošanai, kas ir spēcīgs vazokonstriktors, gludu muskuļu kontrakcijas stimulators (īpaši tievajās zarnās) un neirotransmiters, kas spēj radīt psihisku stimulāciju, apkarot depresiju un regulēt trauksmi.

Triptofāns ir melatonīna sintēzes priekštecis, un tāpēc tas ietekmē miega nomoda ciklus.

Minēto aminoskābi izmanto kā priekšteci vienā no trim kofaktora NAD veidošanās ceļiem - ļoti svarīgu kofaktoru, kas piedalās ļoti daudzās fermentatīvās reakcijās, kas saistītas ar oksidācijas-reducēšanās notikumiem.

Triptofānu un dažus tā prekursorus izmanto augu hormona, ko sauc par auksīnu (indola-3-etiķskābe), veidošanai. Auksīni ir augu hormoni, kas regulē augšanu, attīstību un daudzas citas augu fizioloģiskās funkcijas.

Biosintēze

Organismos, kas to spēj sintezēt, triptofāna oglekļa skelets ir iegūts no fosfoenolpiruvāta un eritrozes-4-fosfāta. Tos, savukārt, veido no Krebsa cikla starpprodukta: oksalacetāta.

Fosfoenolpiruvāts un eritrozes-4-fosfāts tiek izmantoti horizāta sintēzei septiņu soļu fermentatīvā ceļā. Fosfenolpiruvāts (PEP) ir pentozes fosfāta ceļa glikolīzes un eritrozes-4-fosfāta produkts.

Kāds ir horizmāta sintēzes ceļš?

Pirmais solis horismāta sintēzē ir PEP saistīšana ar eritrozes-4-fosfātu, lai izveidotu 2-keto-3-deoksi-D-arabino-heptulosonate-7-fosfātu (DAHP).

Šo reakciju katalizē ferments 2-keto-3-deoksi-D-arabino-heptulosonate-7-fosfāta sintāze (DAHP sintāze), ko kavē horizmāts.

Otrā reakcija ietver DAHP ciklizāciju ar dehidrohininātu sintāzi - enzīmu, kam nepieciešams kofaktors NAD, kas šīs reakcijas laikā tiek samazināts; rezultātā iegūst 5-dehidrohinātu.

Trešais posms šajā ceļā ietver ūdens molekulas izvadīšanu no 5-dehidrohināta, reakciju, ko katalizē enzīma dehidrohinatīna dehidrātāze, kuras galaprodukts atbilst 5-dehidrohinikātam.

Šīs molekulas keto grupa tiek reducēta par hidroksilgrupu, un rezultātā veidojas šikimāts. Ferments, kas katalizē šo reakciju, ir no NADPH atkarīgs šikimāta dehidrogenāze.

Maršruta piektais solis ir saistīts ar šikimāta 5-fosfāta veidošanos un ATP molekulas patēriņu, izmantojot fermentu, kas pazīstams kā šikimināta kināze un kas ir atbildīgs par šikima fosforilēšanu 5. pozīcijā.

Pēc tam no shikimāta 5-fosfāta un 3-enolpiruvil-shikimate-5-fosfāta sintāzes iedarbības rezultātā tiek iegūts 3-enolpiruvil-shikimāta 5-fosfāts. Minētais enzīms veicina PEP otrās molekulas fosforilgrupas pārvietošanu ar oglekļa hidroksilgrupu šikimāta 5-fosfāta 5. pozīcijā.

Septīto un pēdējo reakciju katalizē horizāta sintāze, kas noņem fosfātu no 3-enolpiruvilšikimāta 5-fosfāta un pārveido to par horismātu.

Sēnī N. crassa viens daudzfunkcionāls fermentu komplekss katalizē piecas no septiņām reakcijām šajā ceļā, un šim kompleksam tiek pievienoti vēl trīs fermenti, kas galu galā rada triptofānu.

Triptofāna sintēze baktērijās

E. coli chorizāta pārveidošana par triptofānu ietver ceļu ar piecām papildu fermentatīvām darbībām:

Pirmkārt, ferments antranilāta sintāze pārvērš horizātu par antraranilātu. Šajā reakcijā piedalās glutamīna molekula, kas ziedo aminogrupu, kas saistās ar triptofāna indola gredzenu un kļūst par glutamātu.

Otro posmu katalizē antraranilāta fosforibozil-transferāze. Šajā reakcijā pirofosfāta molekula tiek aizstāta no 5-fosforibosil-1-pirofosfāta (PRPP), ar enerģiju bagāta metabolīta, un veidojas N- (5′-fosforibosil) -antranilāts.

Trešā reakcija šajā triptofāna sintēzes ceļā ir saistīta ar fermenta fosforibozil-anthranilāta izomerāzes piedalīšanos. Šeit atveras N- (5′-fosforibosil) -antranilāta furāna gredzens un tautomerizācijas ceļā veidojas 1- (o-karboksifenilamino) -1-dezoksiribulozes 5-fosfāts.

Vēlāk indola-3-glicerīna fosfāts veidojas reakcijā, ko katalizē indola-3-glicerīna fosfāta sintāze, kurā izdalās CO2 un H2O molekula un 1- (o-karboksifenilamino) -1- tiek ciklizēta. dezoksiribulozes 5-fosfāts.

Šī ceļa pēdējā reakcija beidzas ar triptofāna veidošanos, kad triptofāna sintāze katalizē indola-3-glicerīna fosfāta reakciju ar PLP (piridoksāla fosfāta) molekulu un citu ar serīnu, atbrīvojot glicerraldehīda 3-fosfātu un veidojot triptofānu.

Degradācija

Zīdītājiem triptofāns aknās tiek sadalīts līdz acetil-CoA ceļā, kas ietver divpadsmit fermentatīvas darbības: astoņas, lai sasniegtu α-ketoadipātu, un vēl 4, lai α-ketoadipātu pārvērstu par acetilkoenzīmu A.

Sadalīšanās secība līdz-ketoadipātam ir šāda:

Triptofāns → N-formilhinhinīns → Chinurenīns → 3-hidroksihvinurenīns → 3-hidroksi-antrallilāts → ε-semialdehīds 2-amino-3-karboksimukonskābe → ε-semialdehīds α-aminosmukona → 2-amino mukonāts → α-ketoadipāts.

Fermenti, kas attiecīgi katalizē šīs reakcijas, ir:

Triptofāna 2-3-dioksigenāze, kinurenīna formamidāze, no NADPH atkarīga monooksigenāze, kinurenināze, 3-hidroksi-antraranilāta oksigenāze, dekarboksilāze, NAD atkarīga ε-semialdehīds α-aminonukoniskā dehidrogenāze un α-aminomukonāta reduktāze NADPH atkarīgs.

Kad α-ketoadipāts ir izveidots, glutaril-CoA veidojas ar oksidatīvu dekarboksilāciju. Tas, ß-oksidējoties, veido Glutaconyl-CoA, kas zaudē oglekļa atomu bikarbonāta (HCO3-) formā, iegūst ūdens molekulu un nonāk kā krotonil-CoA.

Krotonil-CoA, arī ß-oksidējoties, iegūst acetil-CoA. Šāds acetil-CoA var izmantot vairākus ceļus, īpaši glikoneoģenēzi, lai veidotu glikozi, un Krebsa ciklu, lai pēc vajadzības izveidotu ATP.

Tomēr šo molekulu var virzīt arī uz ketonu ķermeņu veidošanos, kurus beidzot var izmantot kā enerģijas avotu.

Pārtika, kas bagāta ar triptofānu

Sarkanā gaļa kopumā, vistas gaļa un zivis (īpaši taukainas zivis, piemēram, lasis un tuncis) ir īpaši bagātas ar triptofānu. Piens un tā atvasinājumi, olas, īpaši dzeltenums, ir arī pārtikas produkti ar bagātīgu triptofāna saturu.

Citi pārtikas produkti, kas kalpo kā dabisks šīs aminoskābes avots, ir:

- Žāvēti augļi, piemēram, valrieksti, mandeles, pistācijas un indijas.

- rīsu graudaugi.

- Sausi graudi, piemēram, pupas, lēcas, aunazirņi, sojas pupas, kvinoja utt.

- alus raugs un svaigas pupiņas, banāni un miltu milti, ananāsi vai ananāsi, avokado, plūmes, kressalāti, brokoļi, spināti un šokolāde.

Ieguvumi no tā uzņemšanas

Triptofāna patēriņš ir absolūti nepieciešams, lai sintezētu visus tos proteīnus, kas to satur savā struktūrā, un, pateicoties dažādajām funkcijām, tas ļauj regulēt prāta stāvokli, miega un nomoda ciklus un ļoti dažādus bioķīmiskos procesus, kuros NAD piedalās. .

Papildus zināmajai ietekmei uz garastāvokli serotonīns (iegūts no triptofāna) ir iesaistīts vairākās izziņas funkcijās, kas saistītas ar mācīšanos un atmiņu, kas tāpēc ir saistītas arī ar triptofānu.

Ir dati, kas parāda saistību starp garastāvokli, serotonīnu un kuņģa-zarnu trakta-smadzeņu asi kā divvirzienu ietekmes sistēmu starp smadzeņu emocionālajiem un izziņas centriem un gremošanas trakta perifēriskajām funkcijām.

Tā lietošana kā uztura bagātinātājs dažu traucējumu, īpaši ar centrālo nervu sistēmu, ārstēšanai ir bijusi ļoti pretrunīga, jo tā konkurētspējīgais transports ar daudz bagātīgākajām neitrālajām aminoskābēm apgrūtina būtisku un ilgstošu triptofāns pēc iekšķīgas lietošanas.

Neskatoties uz šiem strīdiem, tā lietošana tika postulēta kā palīgviela:

- sāpju ārstēšana

- Miega traucējumi

- depresijas ārstēšana

- māniju ārstēšana

- samazināta ēstgriba

Trūkuma traucējumi

Centrālā triptofāna eliminācija vai deficīts ir saistīts ar depresiju, uzmanības mazspēju, atmiņas traucējumiem, miega traucējumiem un nemieru.

Pacientiem ar depresiju un pašnāvību tika konstatētas izmaiņas triptofāna koncentrācijā asinīs un cerebrospinālajā šķidrumā. Arī dažiem pacientiem ar anorexia nervosa ir zems triptofāna līmenis serumā.

Dažiem poliūrijas slimniekiem, kuri zaudē B6 vitamīnu un cinku, bieži rodas fobijas un nemiers, un tie uzlabojas ar uztura bagātinātājiem, kas bagāti ar triptofānu.

Kanceroīdu sindromu raksturo tievo zarnu audzēju klātbūtne, kas izraisa caureju, asinsvadu slimības un bronhu sašaurināšanos, un tas ir saistīts ar niacīna un triptofāna trūkumu

Pellagra ir patoloģisks stāvoklis, ko papildina caureja, demence, dermatīts un var izraisīt nāvi. To ārstē arī ar niacīna un triptofāna piedevām.

Hartnupas slimībai cita starpā ir jānozīmē vairāku aminoskābju, tai skaitā triptofāna, metabolisma traucējumi.

Fermenta triptofāna-2,3-monooksigenāzes deficīta gadījumā tā ir recesīva iedzimta slimība, kurai raksturīga garīga atpalicība un pellagrai līdzīgi ādas traucējumi.

Atsauces

1. Halvorsens, K., un Halvorsens, S. (1963). Hartnup slimība. Pediatrija, 31 (1), 29-38.
2. Huds, SD, Bell, CJ, Argyropoulos, SV, & Nutt, DJ (2016). Nelieciet panikā. Ceļvedis triptofāna samazināšanās gadījumā ar traucējumiem raksturīgu trauksmes provokāciju. Journal of Psychopharmacology, 30 (11), 1137-1140.
3. Dženkinss, TA, Nguyen, JC, Polglaze, KE, & Bertrand, PP (2016). Triptofāna un serotonīna ietekme uz garastāvokli un izziņu ar iespējamo zarnu-smadzeņu ass lomu. Uzturvielas, 8 (1), 56.
4. Kaye, WH, Barbarich, NC, Putnam, K., Gendall, KA, Fernstrom, J., Fernstrom, M.,… & Kishore, A. (2003). Anorexia nervosa akūta triptofāna samazināšanās anksiolītiskie efekti. Starptautiskais ēšanas traucējumu žurnāls, 33 (3), 257–267.
5. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P., and Rodwell, V. (2009). Harpera ilustrētā bioķīmija. 28 (588. lpp.). Ņujorka: Makgreivs.
6. Nelsons, DL, Lehingers, AL, & Cox, MM (2008). Lehingera bioķīmijas principi. Makmillans.