TRIPTOFAN: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, FUNCȚII, BENEFICII - BIOLOGIE - 2025

Triptofan (Trp, W) este un aminoacid clasificat în grupul de aminoacizi esentiali , deoarece organismul uman nu poate sintetiza și trebuie să obțină aceasta prin dieta.

Unele alimente precum laptele și derivații săi, carnea, ouăle și unele cereale precum quinoa și soia conțin aminoacizi esențiali și, prin urmare, sunt o sursă importantă de triptofan.

Structura chimică a aminoacidului Tryptofan (Sursa: Clavecin via Wikimedia Commons)

Peste 300 de aminoacizi diferiți sunt cunoscuți în natură și dintre aceștia doar 22 constituie unitățile monomerice ale proteinelor celulare. Dintre acestea din urmă, 9 sunt aminoacizi esențiali, inclusiv triptofan, cu toate acestea, esențialitatea fiecăruia diferă de la o specie la alta.

Triptofanul are diverse funcții, inclusiv participarea sa la sinteza proteinelor, în sinteza serotoninei, care este un vasoconstrictor și neurotransmițător puternic, al melatoninei și în sinteza cofactorului NAD.

În regnul vegetal, triptofanul este un precursor fundamental al hormonului vegetal auxin (acid indol-3-acetic). Poate fi sintetizat de unele bacterii, cum ar fi E. coli, din corismat, care este produs din unii derivați glicolitici, cum ar fi fosfenolpiruvatul și eritroza-4-fosfat.

Degradarea sa la mamifere are loc în ficat, unde este utilizată pentru sinteza acetil coenzimei A (acetil-CoA) și din acest motiv este descrisă ca un aminoacid numit glucogen, deoarece poate intra în ciclul de formare a glucozei.

Mai multe studii au fost raportate cu rezultate controversate legate de utilizarea triptofanului ca supliment alimentar pentru tratamentul unor patologii precum depresia și unele tulburări ale somnului, printre altele.

Există unele boli legate de defectele de naștere în metabolismul aminoacizilor. În cazul triptofanului, boala Hartnup poate fi numită, din cauza unei deficiențe de triptofan-2,3-monooxigenaza, o boală ereditară recesivă caracterizată prin retard mental și afecțiuni ale pielii asemănătoare cu pelagra.

caracteristici

Alături de fenilalanină și tirozină, triptofanul se află în grupul aminoacizilor aromatici și hidrofobi.

Cu toate acestea, triptofanul se caracterizează prin a fi un aminoacid ușor hidrofob, deoarece lanțul său lateral aromatic, datorită grupurilor sale polare, atenuează această hidrofobicitate.

Deoarece au inele conjugate, au o absorbție puternică a luminii în regiunea spectrului în apropierea ultravioletului și această caracteristică este frecvent utilizată pentru analiza structurală a proteinelor.

Absoarbe lumina ultravioletă (între 250 și 290 nm) și, deși acest aminoacid nu este foarte abundent în structura majorității proteinelor din corpul uman, prezența sa reprezintă o contribuție importantă la capacitatea de absorbție a luminii în Regiunea de 280 nm din majoritatea proteinelor.

Cerințele zilnice de triptofan diferă cu vârsta. La sugarii între 4 și 6 luni, necesitatea medie este de aproximativ 17 mg pe kilogram de greutate pe zi; la copiii între 10 și 12 ani este de 3,3 mg pe kilogram de greutate pe zi, iar la adulți, este de 3,5 mg pe kilogram de greutate pe zi.

Triptofanul este absorbit prin intestin și este în același timp un aminoacid ketogen și glucogen.

Întrucât este un precursor al serotoninei, un neurotransmițător important, triptofanul trebuie să ajungă la sistemul nervos central (SNC) și pentru aceasta trebuie să traverseze bariera sânge-creier, pentru care există un mecanism activ de transport activ.

Structura

Triptofanul are o formulă moleculară C11H12N2O2 și acest aminoacid esențial are un lanț lateral aromatic.

Ca toate aminoacizii, triptofanul are un atom de carbon α atașat la o grupare amino (NH2), un atom de hidrogen (H), o grupare carboxil (COOH) și o lanț lateral (R) format dintr-o structură heterociclică, grupul indol.

Denumirea sa chimică este acidul 2-amino-3-indolil propionic, are o masă moleculară de 204,23 g / mol. Solubilitatea sa la 20 ° C este de 1,06 g în 100 g apă și are o densitate de 1,34 g / cm3.

Caracteristici

La om, triptofanul este utilizat pentru sinteza proteinelor și este esențial pentru formarea de serotonină (5-hidroxitriptamina), un vasoconstrictor puternic, stimulent al contracției musculare netede (în special în intestinul subțire) și un neurotransmițător capabil să generează stimulare psihică, combate depresia și reglează anxietatea.

Triptofanul este un precursor în sinteza melatoninei și, prin urmare, are implicații pentru ciclurile somn-veghe.

Acest aminoacid este utilizat ca precursor într-una din cele trei căi pentru formarea cofactorului NAD, un cofactor foarte important care participă la o mare varietate de reacții enzimatice legate de evenimentele de reducere a oxidării.

Triptofanul și unii dintre precursorii săi sunt folosiți pentru formarea unui hormon vegetal numit auxină (acid indol-3-acetic). Auxinele sunt hormonii vegetali care reglează creșterea, dezvoltarea și multe alte funcții fiziologice ale plantelor.

biosinteza

În organismele capabile să-l sintetizeze, scheletul de carbon al triptofanului este derivat din fosfenolpiruvat și eritroză-4-fosfat. Acestea, la rândul lor, sunt formate dintr-un intermediar al ciclului Krebs: oxaloacetatul.

Fosfenolpiruvatul și eritroso-4-fosfatul sunt utilizate pentru sinteza de corismat într-o cale enzimatică în șapte trepte. Fosfenolpiruvatul (PEP) este un produs al glicolizei și eritrozei-4-fosfatului căii pentos fosfatului.

Cum este calea de sinteză a corismatului?

Primul pas în sinteza de corismat este legarea PEP cu eritroza-4-fosfat pentru a forma 2-ceto-3-deoxi-D-arabino-heptulosonat-7-fosfat (DAHP).

Această reacție este catalizată de enzima 2-ceto-3-deoxi-D-arabino-heptulosonat-7-fosfat sintaza (DAHP sintaza), care este inhibată de corismat.

A doua reacție implică ciclizarea DAHP prin dehidrochinat sintaza, o enzimă care necesită cofactorul NAD, care este redus în timpul acestei reacții; ca urmare se produce 5-dehidroquinat.

A treia etapă în această rută implică eliminarea unei molecule de apă din 5-dehidrochinat, o reacție catalizată de enzima dehidrochinat dehidratază, al cărui produs final corespunde cu 5-dehidro shikimat.

Grupul ceto al acestei molecule este redus la o grupare hidroxil și, în consecință, se formează shikimatul. Enzima care catalizează această reacție este shikima dehidrogenază dependentă de NADPH.

A cincea etapă a rutei implică formarea de 5 fosfat shikimate și consumul unei molecule de ATP prin acțiunea unei enzime cunoscute sub numele de shikimate kinază, responsabilă de fosforilarea shikimate în poziția 5.

Ulterior, din 5-fosfat shikimate și prin acțiunea 3-enolpyruvil shikimate-5-fosfat sintaza, se generează 5-fosfat 3-enolpyruvil shikimate. Enzima menționată promovează deplasarea grupării fosforil a unei a doua molecule de PEP de grupul hidroxil al carbonului în poziția 5 a 5-fosfatului shikimate.

A șaptea și ultima reacție este catalizată de corismatul sintaza, care elimină fosfatul de 5-fosfat 3-enolpyruvil shikimate și îl transformă în corismat.

În ciuperca N. crassa, un singur complex enzimatic multifuncțional catalizează cinci dintre cele șapte reacții pe această cale și alte trei enzime sunt adăugate la acest complex care sfârșesc prin a genera triptofan.

Sinteza triptofanului în bacterii

În E. coli, transformarea corismatului în triptofan implică o cale cu cinci etape enzimatice suplimentare:

În primul rând, enzima antranilat sintază transformă corismatul în antranilat. O moleculă de glutamină participă la această reacție, care donează grupa amino care se leagă de inelul indol al triptofanului și este transformată în glutamat.

A doua etapă este catalizată de antranilat fosforibosil transferaza. În această reacție, o moleculă de pirofosfat este deplasată de la 5-fosforibosil-1-pirofosfat (PRPP), un metabolit bogat în energie și N- (5'-fosforibosil) -antranilat.

A treia reacție în această cale de sinteză a triptofanului implică participarea enzimei fosforibosil-antranilat izomeraza. Aici inelul de furan al N- (5′-fosforibosil) -antranilatului se deschide și 1- (o-carboxifenilamino) -1-dezoxiribuloza 5-fosfat este format prin tautomerizare.

Mai târziu, se formează fosfat de indol-3-glicerol, într-o reacție catalizată de indol-3-glicerol fosfaza sintaza, unde se eliberează o moleculă de CO2 și o moleculă de H2O și 1- (o-carboxifenilamino) -1- este ciclizat. deoxibribuloza 5-fosfat.

Ultima reacție a acestei căi sfârșește formând triptofan atunci când triptofan sintaza catalizează reacția fosfatului indol-3-glicerol cu ​​o moleculă de PLP (fosfat piridoxal) și alta cu serină, eliberând gliceraldehida 3-fosfat și formând triptofan.

Degradare

La mamifere, triptofanul este defalcat în acetil-CoA din ficat într-o cale care implică doisprezece pași enzimatici: opt pentru a ajunge la α-cetoadipat și încă 4 pentru a converti α-cetoadipat în acetil-coenzima A.

Ordinea degradării la α-cetoadipat este:

Triptofan → N-formil quinurenină → Quinurenină → 3-hidroxi quinurenină → 3-hidroxi-antranilat → ε-semialdehidă 2-amino-3-carboxilică → ε-semialdehidă α-amino muconică → 2-amino-muconat → α-cetoadipat.

Enzimele care catalizează respectivele reacții sunt:

Triptofan 2-3-dioxigenază, kinurenină formamidază, monooxigenaza dependentă de NADPH, kinureninază, 3-hidroxi-antranilata oxigenază, decarboxilază, ε-semialdehidă α-aminonuconică dehidrogenază dependentă de NAD și α-amino muconat reductază NADPH dependente.

Odată ce α-cetoadipatul este generat, glutaril-CoA este format prin decarboxilarea oxidativă. Aceasta, prin oxidare ß, formează Glutaconil-CoA care pierde un atom de carbon sub formă de bicarbonat (HCO3-), câștigă o moleculă de apă și sfârșește sub formă de crotonil-CoA.

Crotonil-CoA, de asemenea prin oxidare ß, produce acetil-CoA. Astfel de acetil-CoA poate urma mai multe căi, în special gluconeogeneza, pentru a forma glucoză, iar ciclul Krebs, pentru a forma ATP, după cum este necesar.

Cu toate acestea, această moleculă poate fi, de asemenea, direcționată către formarea de corpuri cetonice, care pot fi în sfârșit folosite ca sursă de energie.

Alimente bogate în triptofan

Carnea roșie în general, puiul și peștele (în special peștele gras, precum somonul și tonul) sunt deosebit de bogate în triptofan. Laptele și derivații săi, ouăle, în special gălbenușul, sunt de asemenea alimente cu un conținut abundent de triptofan.

Alte alimente care servesc ca sursă naturală a acestui aminoacid sunt:

- Fructe uscate precum nuci, migdale, fistic și caju, printre altele.

- Cereale de orez.

- Cereale uscate precum fasole, linte, năut, soia, quinoa etc.

- Drojdia de bere și fasolea proaspătă, bananele și plantanele, ananasul sau ananasul, avocado, prunele, creștele de apă, broccoli, spanacul și ciocolata.

Beneficiile aportului său

Consumul de triptofan este absolut necesar pentru a sintetiza toate acele proteine ​​care o includ în structura sa și prin diferitele sale funcții permite reglarea stării de spirit, a somnului și a ciclurilor de veghe și a unei mari varietăți de procese biochimice la care participă NAD. .

În plus față de efectele sale cunoscute asupra stării de spirit, serotonina (derivată din triptofan) este implicată în funcții cognitive multiple legate de învățare și memorie, care sunt, de asemenea, legate de triptofan.

Există date care arată relația dintre starea de spirit, serotonină și axa gastrointestinal-creier ca un sistem de influențe bidirecționale între centrele emoționale și cognitive ale creierului și funcția periferică a tractului digestiv.

Utilizarea sa ca supliment alimentar pentru tratamentul unor afecțiuni, în special a celor legate de sistemul nervos central, a fost foarte controversată, deoarece transportul său competitiv cu aminoacizii neutri mult mai abundenți face dificilă creșterea semnificativă și susținută a triptofan după administrarea orală.

În ciuda acestor controverse, utilizarea sa a fost postulată ca adjuvant în:

- Tratamentul durerii

- Tulburari de somn

- Tratamentul depresiei

- Tratamentul maniei

- apetitul redus

Tulburări de deficiență

Eliminarea sau deficiența centrală a triptofanului este asociată cu depresia, insuficiența atenției, tulburări de memorie, tulburări de somn și anxietate.

La pacienții cu depresie și suicid, s-au constatat modificări în concentrația de triptofan în sânge și în lichidul cefalorahidian. De asemenea, unii pacienți cu anorexie nervoasă prezintă niveluri scăzute de triptofan în ser.

Unii pacienți polurici, care pierd vitamina B6 și zinc, prezintă frecvent fobii și anxietate și se îmbunătățesc cu suplimente alimentare bogate în triptofan.

Sindromul carcinoid este caracterizat prin prezența tumorilor intestinale subțiri care provoacă diaree, boli vasculare și bronhoconstricție și este legată de o deficiență de niacină și triptofan

Pellagra este o afecțiune patologică care este însoțită de diaree, demență, dermatită și poate provoca moarte, aceasta este tratată și cu suplimente de niacină și triptofan.

Boala Hartnup are de a face, printre anumite lucruri, cu un defect în metabolismul mai multor aminoacizi, inclusiv triptofan.

În cazul unei deficiențe a enzimei triptofan-2,3-monooxigenaza, aceasta este o boală ereditară recesivă caracterizată prin retard mental și afecțiuni ale pielii asemănătoare cu pelagra.

Referințe

1. Halvorsen, K., & Halvorsen, S. (1963). Boala Hartnup. Pediatrie, 31 (1), 29-38.
2. Hood, SD, Bell, CJ, Argyropoulos, SV, & Nutt, DJ (2016). Nu intrați în panică. Un ghid pentru epuizarea triptofanului cu provocare anxioasă specifică tulburării. Journal of Psychopharmacology, 30 (11), 1137-1140.
3. Jenkins, TA, Nguyen, JC, Polglaze, KE, & Bertrand, PP (2016). Influența triptofanului și a serotoninei asupra stării de spirit și a cunoașterii cu un posibil rol al axei intestin-creier. Nutrienți, 8 (1), 56.
4. Kaye, WH, Barbarich, NC, Putnam, K., Gendall, KA, Fernstrom, J., Fernstrom, M., … și Kishore, A. (2003). Efecte anxiolitice ale epuizării acute a triptofanului în anorexia nervoasă. Revista internațională a alimentației tulburărilor, 33 (3), 257-267.
5. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P., & Rodwell, V. (2009). Biochimia ilustrată a lui Harper. 28 (p. 588). New York: McGraw-Hill.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Principiile biochimiei Lehninger. Macmillan.