TRYPTOFAAN: KENMERKEN, STRUCTUUR, FUNCTIES, VOORDELEN - BIOLOGIE - 2025

De tryptofaan (Trp, W) is een aminozuur dat is ingedeeld in de groep van essentiële aminozuren omdat het menselijk lichaam het niet kan synthetiseren en het via de voeding moet verkrijgen.

Sommige voedingsmiddelen zoals melk en zijn derivaten, vlees, eieren en sommige granen zoals quinoa en soja bevatten essentiële aminozuren en zijn daarom een ​​belangrijke bron van tryptofaan.

Chemische structuur van het aminozuur Tryptofaan (Bron: Clavecin via Wikimedia Commons)

In de natuur zijn meer dan 300 verschillende aminozuren bekend en hiervan vormen slechts 22 de monomere eenheden van cellulaire eiwitten. Onder de laatste zijn er 9 essentiële aminozuren, waaronder tryptofaan, maar de essentie van elk verschilt van soort tot soort.

Tryptofaan heeft verschillende functies, waaronder de deelname aan de eiwitsynthese, de synthese van serotonine, een krachtige vasoconstrictor en neurotransmitter, van melatonine en de synthese van de cofactor NAD.

In het plantenrijk is tryptofaan een fundamentele voorloper van het plantenhormoon auxine (indool-3-azijnzuur). Het kan door sommige bacteriën, zoals E. coli, worden gesynthetiseerd uit chorismaat, dat wordt geproduceerd uit bepaalde glycolytische derivaten zoals fosfoenolpyruvaat en erythrose-4-fosfaat.

De afbraak ervan bij zoogdieren vindt plaats in de lever, waar het wordt gebruikt voor de synthese van acetylco-enzym A (acetyl-CoA), en om deze reden wordt het beschreven als een aminozuur dat glucogeen wordt genoemd, omdat het de glucosevormingscyclus kan binnengaan.

Er zijn verschillende onderzoeken gerapporteerd met controversiële resultaten met betrekking tot het gebruik van tryptofaan als voedingssupplement voor de behandeling van bepaalde pathologieën zoals onder andere depressie en sommige slaapstoornissen.

Er zijn enkele ziekten die verband houden met geboorteafwijkingen in het aminozuurmetabolisme. In het geval van tryptofaan kan de ziekte van Hartnup, vanwege een tekort aan tryptofaan-2,3-monooxygenase, een recessieve erfelijke ziekte worden genoemd die wordt gekenmerkt door mentale retardatie en pellagra-achtige huidaandoeningen.

kenmerken

Samen met fenylalanine en tyrosine zit tryptofaan in de groep van aromatische en hydrofobe aminozuren.

Tryptofaan wordt echter gekenmerkt doordat het een enigszins hydrofoob aminozuur is, aangezien zijn aromatische zijketen, met polaire groepen, deze hydrofobiciteit verzwakt.

Omdat ze geconjugeerde ringen hebben, hebben ze een sterke absorptie van licht in het gebied van het spectrum nabij ultraviolet en deze eigenschap wordt vaak gebruikt voor de structurele analyse van eiwitten.

Het absorbeert ultraviolet licht (tussen 250 en 290 nm) en hoewel dit aminozuur niet erg overvloedig aanwezig is in de structuur van de meeste eiwitten in het menselijk lichaam, vertegenwoordigt zijn aanwezigheid een belangrijke bijdrage aan het absorptievermogen van licht in het menselijk lichaam. 280 nm-gebied van de meeste eiwitten.

De dagelijkse vereisten voor tryptofaan zijn afhankelijk van de leeftijd. Bij zuigelingen tussen 4 en 6 maanden is de gemiddelde behoefte ongeveer 17 mg per kilogram gewicht per dag; bij kinderen van 10 tot 12 jaar is dit 3,3 mg per kilogram gewicht per dag en bij volwassenen is dit 3,5 mg per kilogram gewicht per dag.

Tryptofaan wordt door de darmen opgenomen en is tegelijkertijd een ketogeen en glucogeen aminozuur.

Omdat het een voorloper is van serotonine, een belangrijke neurotransmitter, moet tryptofaan het centrale zenuwstelsel (CZS) bereiken en daarvoor de bloed-hersenbarrière passeren, waarvoor een specifiek actief transportmechanisme bestaat.

Structuur

Tryptofaan heeft een molecuulformule C11H12N2O2 en dit essentiële aminozuur heeft een aromatische zijketen.

Zoals alle aminozuren heeft tryptofaan een α-koolstofatoom dat is gebonden aan een aminogroep (NH2), een waterstofatoom (H), een carboxylgroep (COOH) en een zijketen (R) gevormd door een heterocyclische structuur, de indoolgroep.

De chemische naam is 2-amino-3-indolylpropionzuur, het heeft een molecuulmassa van 204,23 g / mol. De oplosbaarheid bij 20 ° C is 1,06 g in 100 g water en heeft een dichtheid van 1,34 g / cm3.

Kenmerken

Bij mensen wordt tryptofaan gebruikt voor eiwitsynthese en is het essentieel voor de vorming van serotonine (5-hydroxytryptamine), een krachtige vasoconstrictor, stimulerend middel voor samentrekking van gladde spieren (vooral in de dunne darm) en een neurotransmitter die in staat is tot genereer psychische stimulatie, bestrijd depressie en reguleer angst.

Tryptofaan is een voorloper in de synthese van melatonine en heeft daarom gevolgen voor de slaap-waakcycli.

Dit aminozuur wordt gebruikt als een precursor in een van de drie routes voor de vorming van de cofactor NAD, een zeer belangrijke cofactor die deelneemt aan een grote verscheidenheid aan enzymatische reacties die verband houden met oxidatie-reductie-events.

Tryptofaan en enkele van zijn voorlopers worden gebruikt voor de vorming van een plantenhormoon genaamd auxine (indool-3-azijnzuur). Auxines zijn plantenhormonen die de groei, ontwikkeling en vele andere fysiologische functies van planten reguleren.

Biosynthese

In organismen die het kunnen synthetiseren, is het koolstofskelet van tryptofaan afgeleid van fosfoenolpyruvaat en erythrose-4-fosfaat. Deze worden op hun beurt gevormd uit een tussenproduct van de Krebs-cyclus: oxaalacetaat.

Fosfoenolpyruvaat en erythrose-4-fosfaat worden gebruikt voor de synthese van chorismaat in een zevenstaps enzymatische route. Fosfoenolpyruvaat (PEP) is een product van glycolyse en erythrose-4-fosfaat van de pentosefosfaatroute.

Hoe ziet de syntheseroute van chorismaat eruit?

De eerste stap in de chorismaatsynthese is de binding van PEP met erythrose-4-fosfaat om 2-keto-3-deoxy-D-arabino-heptulosonaat-7-fosfaat (DAHP) te vormen.

Deze reactie wordt gekatalyseerd door het enzym 2-keto-3-deoxy-D-arabino-heptulosonaat-7-fosfaatsynthase (DAHP-synthase), dat wordt geremd door chorismaat.

De tweede reactie omvat de cyclisatie van DAHP door dehydroquinaatsynthase, een enzym waarvoor de cofactor NAD nodig is, die tijdens deze reactie wordt verminderd; als resultaat wordt 5-dehydroquinaat geproduceerd.

De derde stap in deze route omvat de eliminatie van een watermolecuul uit 5-dehydroquinaat, een reactie die wordt gekatalyseerd door het enzym dehydroquinaat dehydratase, waarvan het eindproduct overeenkomt met 5-dehydro-shikimaat.

De ketogroep van dit molecuul wordt gereduceerd tot een hydroxylgroep en als gevolg daarvan wordt shikimaat gevormd. Het enzym dat deze reactie katalyseert, is NADPH-afhankelijke shikimaat dehydrogenase.

De vijfde stap van de route omvat de vorming van shikimaat-5-fosfaat en de consumptie van een ATP-molecuul door de werking van een enzym dat bekend staat als shikimaatkinase, verantwoordelijk voor de fosforylering van shikimaat op positie 5.

Vervolgens wordt uit shikimaat-5-fosfaat en door inwerking van 3-enolpyruvyl-shikimaat-5-fosfaatsynthase 3-enolpyruvyl-shikimaat-5-fosfaat gegenereerd. Het genoemde enzym bevordert de verplaatsing van de fosforylgroep van een tweede molecuul PEP door de hydroxylgroep van de koolstof op positie 5 van shikimaat 5-fosfaat.

De zevende en laatste reactie wordt gekatalyseerd door chorismaatsynthase, dat fosfaat verwijdert uit 3-enolpyruvyl shikimaat 5-fosfaat en dit omzet in chorismaat.

In de schimmel N. crassa katalyseert een enkel multifunctioneel enzymcomplex vijf van de zeven reacties in deze route, en drie andere enzymen worden aan dit complex toegevoegd die uiteindelijk tryptofaan genereren.

Synthese van tryptofaan in bacteriën

Bij E. coli omvat de transformatie van chorismaat in tryptofaan een route met vijf extra enzymatische stappen:

Ten eerste zet het enzym anthranilaatsynthase chorismaat om in anthranilaat. Een glutaminemolecuul neemt deel aan deze reactie, die de aminogroep doneert die bindt aan de indoolring van tryptofaan en wordt omgezet in glutamaat.

De tweede stap wordt gekatalyseerd door anthranilaatfosforibosyltransferase. In deze reactie wordt een pyrofosfaatmolecuul verdrongen van 5-fosforibosyl-1-pyrofosfaat (PRPP), een energierijke metaboliet, en wordt N- (5′-fosforibosyl) -anthranilaat gevormd.

De derde reactie in deze route van tryptofaan synthese omvat de deelname van het enzym fosforibosyl-anthranilaat isomerase. Hier opent de furanring van het N- (5′-fosforibosyl) -anthranilaat en wordt 1- (o-carboxyfenylamino) -1-deoxyribulose 5-fosfaat gevormd door tautomerisatie.

Later wordt indool-3-glycerolfosfaat gevormd, in een reactie die wordt gekatalyseerd door indool-3-glycerolfosfaatsynthase, waarbij een CO2- en een H2O-molecuul vrijkomen en 1- (o-carboxyfenylamino) -1- wordt gecycliseerd. deoxyribulose 5-fosfaat.

De laatste reactie van deze route leidt tot de vorming van tryptofaan wanneer tryptofaansynthase de reactie van indool-3-glycerolfosfaat katalyseert met een molecuul PLP (pyridoxaalfosfaat) en een ander van serine, waarbij glyceraldehyde 3-fosfaat vrijkomt en tryptofaan wordt gevormd.

Degradatie

Bij zoogdieren wordt tryptofaan in de lever afgebroken tot acetyl-CoA via een route die twaalf enzymatische stappen omvat: acht om α-ketoadipaat te bereiken en nog 4 om α-ketoadipaat om te zetten in acetylco-enzym A.

De volgorde van afbraak tot α-ketoadipaat is:

Tryptofaan → N-formylchinurenine → kinurenine → 3-hydroxychinurenine → 3-hydroxyanthranilaat → ε-semialdehyde 2-amino-3-carboxymuconzuur → ε-semialdehyde α-aminomuconzuur → 2-aminomuconaat → α-ketoadipaat.

De enzymen die deze reacties respectievelijk katalyseren, zijn:

Tryptofaan 2-3-dioxygenase, kinurenine formamidase, NADPH-afhankelijke monooxygenase, kinureninase, 3-hydroxy-anthranilaat-oxygenase, decarboxylase, NAD-afhankelijke ε-semialdehyde α-aminonuconische dehydrogenase en α-aminomuconaatreductase NADPH-afhankelijk.

Zodra α-ketoadipaat is gegenereerd, wordt glutaryl-CoA gevormd door oxidatieve decarboxylering. Dit vormt door ß-oxidatie Glutaconyl-CoA dat een koolstofatoom verliest in de vorm van bicarbonaat (HCO3-), een watermolecuul krijgt en eindigt als crotonyl-CoA.

Crotonyl-CoA, ook door ß-oxidatie, levert acetyl-CoA op. Dergelijke acetyl-CoA kan verschillende routes volgen, met name gluconeogenese, om glucose te vormen, en de Krebs-cyclus om ATP te vormen, indien nodig.

Dit molecuul kan echter ook worden gericht op de vorming van ketonlichamen, die uiteindelijk als energiebron kunnen worden gebruikt.

Voedingsmiddelen die rijk zijn aan tryptofaan

Rood vlees in het algemeen, kip en vis (vooral vette vis zoals zalm en tonijn) zijn bijzonder rijk aan tryptofaan. Melk en zijn derivaten, eieren, vooral de dooier, zijn ook voedingsmiddelen met een overvloed aan tryptofaan.

Andere voedingsmiddelen die dienen als een natuurlijke bron van dit aminozuur zijn:

- Gedroogd fruit zoals o.a. walnoten, amandelen, pistachenoten en cashewnoten.

- Rijstgranen.

- Droge granen zoals bonen, linzen, kikkererwten, sojabonen, quinoa, etc.

- Biergist en verse bonen, bananen en bakbananen, ananas of ananas, avocado, pruimen, waterkers, broccoli, spinazie en chocolade.

Voordelen van de inname

De consumptie van tryptofaan is absoluut noodzakelijk om al die eiwitten te synthetiseren die het in zijn structuur opnemen en door zijn verschillende functies laat het toe om de stemmings-, slaap- en waakcycli en een grote verscheidenheid aan biochemische processen waaraan NAD deelneemt te reguleren. .

Naast de bekende effecten op de stemming, is serotonine (afgeleid van tryptofaan) betrokken bij meerdere cognitieve functies met betrekking tot leren en geheugen, die daarom ook verband houden met tryptofaan.

Er zijn gegevens die de relatie tussen stemming, serotonine en de gastro-intestinale hersenas laten zien als een systeem van bidirectionele invloeden tussen de emotionele en cognitieve centra van de hersenen en de perifere functie van het spijsverteringskanaal.

Het gebruik ervan als voedingssupplement voor de behandeling van bepaalde aandoeningen, vooral die welke verband houden met het centrale zenuwstelsel, is zeer controversieel geweest omdat het competitieve transport met de veel overvloedigere neutrale aminozuren het moeilijk maakt om significante en aanhoudende verhogingen van tryptofaan na orale toediening.

Ondanks deze controverses is het gebruik ervan gepostuleerd als een adjuvans bij:

- Pijnbehandeling

- Slaapproblemen

- Behandeling van depressie

- Behandeling van manieën

- verminderde eetlust

Deficiëntiestoornissen

Eliminatie of -deficiëntie van centrale tryptofaan wordt geassocieerd met depressie, aandachtsfalen, geheugenstoornissen, slaapstoornissen en angst.

Bij depressieve en suïcidale patiënten zijn veranderingen gevonden in de concentratie van tryptofaan in het bloed en in het cerebrospinale vocht. Ook vertonen sommige patiënten met anorexia nervosa lage serumspiegels van tryptofaan.

Sommige polyurische patiënten, die vitamine B6 en zink verliezen, vertonen vaak fobieën en angst en verbeteren met voedingssupplementen die rijk zijn aan tryptofaan.

Carcinoïdsyndroom wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van dunne-darmtumoren die diarree, vaatziekten en bronchoconstrictie veroorzaken en is gerelateerd aan een tekort aan niacine en tryptofaan

Pellagra is een pathologische aandoening die gepaard gaat met diarree, dementie, dermatitis en de dood kan veroorzaken, dit wordt ook behandeld met supplementen van niacine en tryptofaan.

De ziekte van Hartnup heeft onder meer te maken met een defect in het metabolisme van verschillende aminozuren, waaronder tryptofaan.

Bij een tekort aan het enzym tryptofaan-2,3-monooxygenase is dit een recessieve erfelijke ziekte die wordt gekenmerkt door mentale retardatie en pellagra-achtige huidaandoeningen.

Referenties

1. Halvorsen, K., en Halvorsen, S. (1963). Hartnup-ziekte. Kindergeneeskunde, 31 (1), 29-38.
2. Hood, SD, Bell, CJ, Argyropoulos, SV, & Nutt, DJ (2016). Geen paniek. Een gids voor tryptofaanuitputting met stoornis-specifieke angstprovocatie. Journal of Psychopharmacology, 30 (11), 1137-1140.
3. Jenkins, TA, Nguyen, JC, Polglaze, KE, & Bertrand, PP (2016). Invloed van tryptofaan en serotonine op stemming en cognitie met een mogelijke rol van de darm-hersen-as. Voedingsstoffen, 8 (1), 56.
4. Kaye, WH, Barbarich, NC, Putnam, K., Gendall, KA, Fernstrom, J., Fernstrom, M.,… & Kishore, A. (2003). Anxiolytische effecten van acute tryptofaanuitputting bij anorexia nervosa. International Journal of Eating Disorders, 33 (3), 257-267.
5. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P., & Rodwell, V. (2009). Harper's geïllustreerde biochemie. 28 (p.588). New York: McGraw-Hill.
6. Nelson, DL, Lehninger, AL en Cox, MM (2008). Lehninger principes van biochemie. Macmillan.