Триптофан

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Триптофан
L-tryptophan.svg
L-tryptophan ball-and-stick.png
L-Tryptophan - L-Tryptophan.svg
Общие
Систематическое
наименование		 2-амино-3-(1H-индол-3-ил)пропионовая кислота
Сокращения Три, Trp, W
UGG
Хим. формула C₁₁H₁₂N₂O₂
Рац. формула C11H12N2O2
Физические свойства
Молярная масса 204,23 г/моль
Химические свойства
pKa 9,39[1]
Классификация
Рег. номер CAS 73-22-3
PubChem 6305
Рег. номер EINECS 200-795-6
SMILES
InChI
ChEBI 16828 и 57912
ChemSpider 6066
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Триптофа́н (β-(β-индолил)-α-аминопропионовая кислота, сокр.: Три, Трп, Trp, W) — ароматическая альфа-аминокислота. Существует в двух оптически изомерных формах, L и D, и в виде рацемата (рацемической смеси) (DL).

L-триптофан является протеиногенной аминокислотой и входит в состав белков всех известных живых организмов. Относится к ряду гидрофобных аминокислот, поскольку содержит ароматическое ядро индола. Участвует в гидрофобных и стэкинг-взаимодействиях.

История[править | править код]

Впервые в 1890 г. триптофан выделил из пищеварительного фермента трипсина и описал его свойства немецкий химик Рихард Ноймайстер и он же дал название аминокислоте. Греческий суффикс «фан» означает «указывающий на»[2].

Биосинтез[править | править код]

Триптофан в природе синтезируется через антранилат. В процессе биосинтеза антранилата промежуточными соединениями являются шикимат, хоризмат. Биосинтез антранилата рассмотрен в статье шикиматный путь. Четыре обратимые реакции составляют кратчайший путь преобразования антранилата в триптофан. Гены, ответственные за эти реакции, а также за необратимую реакцию образования антранилата из хоризмата, имеют название trp-гены и у бактерий объединены в триптофановый оперон.

Схематично строение триптофанового оперона Escherichia coli можно выразить записью:

—trpR—…—Промотор—Оператор—Лидер—Аттенуатор—trpE—trpD—trpC—trpB—trpA—Терминатор—Терминатор—

Стадии биосинтетического процесса хоризмат →→ триптофан:

  1. Из хоризмата синтезируется антранилат. Донором аминогруппы выступает амидный азот глутамина либо аммоний. В результате реакции образуется также пируват. У Escherichia coli реакцию осуществляет компонент I антранилат-синтазы, продукт гена trpE.
  2. Антранилат фосфорибозилируется фосфорибозилпирофосфатом с образованием фосфорибозилантранилата. В реакции высвобождается неорганический пирофосфат (в присутствии пирофосфатазы реакция протекает практически необратимо). У Escherichia coli реакцию осуществляет компонент II антранилат-синтазы, продукт гена trpD.
  3. Фосфорибозилантранилат, претерпевая перегруппировку Амадори, изомеризуется в фосфорибулозилантранилат. У Escherichia coli реакция определяется фосфорибозилантранилат-изомеразной активностью индол-глицерол-фосфат-синтазы, являющейся продуктом гена trpC.
  4. Циклизация фосфорибулозилантранилата, сопровождаемая декарбоксилированием-дегидратацией приводит к индол-глицерол-фосфату. У Escherichia coli реакция определяется индол-глицерол-фосфат-синтазной активностью индол-глицерол-фосфат-синтазы, являющейся продуктом гена trpC.
  5. Заместитель отщепляется в виде глицеральдегид-3-фосфата, происходит замена этого заместителя на другой трёхуглеродный заместитель, происходящий из молекулы L-серина. Реакция протекает через промежуточное образование незамещённого индола. Реакция пиридоксаль-зависима. У Escherichia coli реакцию осуществляет триптофан-синтаза субъединичного состава α2β2 (субъединица α — продукт гена trpA, субъединица β — продукт гена trpB)[3].
Путь биосинтеза протеиногенной аминокислоты триптофана

В природе триптофан синтезируют микроорганизмы, растения и грибы. Многоклеточные животные не способны синтезировать триптофан de novo. Для человека, как и для всех Metazoa, триптофан является незаменимой аминокислотой и должен поступать в организм в достаточном количестве с белками пищи.

Катаболизм[править | править код]

Катаболические превращения L-триптофана в организме человека:

Триптофан→N-формилкинуренин→кинуренин→3-гидроксикинуренин→3-гидроксиантранилат

N-формилкинуренин→N-формилантранилат→антранилат→3-гидроксиантранилат

Кинуренин→антранилат→3-гидроксиантранилат

3-Гидроксиантранилат→2-амино-3-карбоксимуконат-семиальдегид→2-аминомуканат-семиальдегид→2-аминомуконат→2-кетоадипат→глутарил-КоА→кротонил-КоА→(S)-3-гидроксибутаноил-КоА→ацетоацетил-КоА→ацетил-КоА

Метаболиты[править | править код]

Синтез ниацина, мелатонина и серотонина из триптофана

Триптофан является биологическим прекурсором серотонина[4] (из которого затем может синтезироваться мелатонин) и ниацина (см. рисунок).

Часто гиповитаминоз по витамину B3 сопряжён с недостатком триптофана.

Также триптофан является биохимическим предшественником индольных алкалоидов. Например, триптофан→триптамин→N,N-диметилтриптамин→псилоцин→псилоцибин

Метаболит триптофана — 5-гидрокситриптофан (5-HTP) был предложен в качестве средства для лечения эпилепсии[5] и депрессии, но клинические испытания не дали окончательных результатов[6]. 5-HTP легко проникает через гематоэнцефалический барьер и, кроме того, быстро декарбоксилируется в серотонин (5-гидрокситриптамин, или 5-HT)[7].

В связи с преобразованием 5-HTP в серотонин в печени есть значительный риск появления пороков сердца из-за влияния серотонина на сердце[8][9].

Способы получения и производство триптофана[править | править код]

Химический синтез[править | править код]

Индол аминометилируют формальдегидом и диметиламином по методу Манниха. Полученный 3-диметиламинометилиндол конденсируют с метиловым эфиром нитроуксусной кислоты, что приводит к метилату 3-индолилнитропропионовой кислоты. Затем восстанавливают нитрогруппу до аминогруппы. После щелочного гидролиза эфира получают D,L-триптофан обычно в форме натриевой соли.[10] В триптофане, полученном химическим синтезом, обнаруживаются примеси токсичных соединений. Синтетический триптофан добавляют в комбикорма для животных.

Химико-ферментативный синтез[править | править код]

У микроорганизмов, в том числе и у Escherichia coli, известен пиридоксальзависимый фермент триптофан-индол-лиаза (триптофаназа КФ 4.1.99.1, продукт гена tnaA). Функция этого фермента заключается в поддержании равновесия:

триптофан + вода ⇋ индол + пируват + аммоний.

Благодаря этому триптофан может быть получен ферментативной конденсацией индола, пировиноградной кислоты и аммиака.

Микробиологический синтез[править | править код]

В промышленном производстве L-триптофана обычно используются штаммы дрожжей Candida utilis, дефектные по aro-генам и, как следствие, ауксотрофные по фенилаланину и тирозину. Исходным сырьём обычно служит относительно дешёвая синтетическая антраниловая кислота, что является целесообразным по нескольким причинам. Во-первых, это упрощает и удешевляет процесс, а во-вторых, позволяет обойти механизмы регуляторного контроля (целевой продукт триптофан оказывает ингибирующее действие на антранилатсинтазу). В присутствии минимальных, не вызывающих регуляторных эффектов, количеств фенилаланина и тирозина мутанты Candida utilis переводит вводимую в культуральную среду антраниловую кислоту в L-триптофан.

Исходным сырьём в микробиологическом производстве триптофана может служить также синтетический индол. Процесс зависит от активности триптофан-синтазы и доступности серина.

Пищевые источники триптофана[править | править код]

Триптофан является компонентом пищевых белков. Наиболее богаты триптофаном такие продукты, как сыр, рыба, мясо, бобовые, творог, грибы[источник не указан 1871 день], овёс, сушёные финики[источник не указан 1871 день], арахис, кунжут, кедровый орех, молоко, йогурт.

Триптофан присутствует в большинстве растительных белков, особенно им богаты соевые бобы. Очень малое количество триптофана содержится в кукурузе, поэтому питание только кукурузой приводит к нехватке этой аминокислоты и, как следствие, к пеллагре. Арахис является отличным источником триптофана, однако в арахисе его меньше чем в продуктах животного происхождения.

Мясо и рыба содержат триптофан неравномерно: белки соединительной ткани (коллаген, эластин, желатин) не содержат триптофан[11].

Таблица содержания триптофана в продуктах[править | править код]

Основной источник: [12]
№ п/п продукт в мг на 100 г
1 красная икра 960
2 чёрная икра 910
3 сыр голландский 780
4 арахис 285[13]
5 миндаль 630
6 кешью 600
7 соевые бобы 600
8 сыр плавленый 500
9 кедровые орехи 420
10 халва 360
11 мясо кролика, индейки 330
12 кальмары 320
13 ставрида 300
14 семечки подсолнуха 300
15 фисташки 300
16 курица 290
17 горох, фасоль 260
18 сельдь 250
19 телятина 250
20 говядина 133
21 лосось 220
22 треска 210
23 баранина 210
24 творог жирный 210
25 яйца куриные 200
26 минтай 200
27 шоколад 200
28 свинина 190
29 творог нежирный 180
30 карп 180
31 палтус, судак 180
32 крупа гречневая 180
33 пшено 180
34 окунь морской 170
35 скумбрия 160
36 крупа овсяная 160
37 курага 150
38 грибы 130
39 крупа ячневая 120
40 крупа перловая 100
41 хлеб пшеничный 100
42 картофель жаренный 84
43 финики 75
44 рис отварной 72
45 картофель отварной 72
46 хлеб ржаной 70
47 чернослив 69
48 зелень (укроп, петрушка) 60
49 свекла 54
50 изюм 54
51 капуста 54
52 бананы 45
53 морковь 42
54 лук 42
55 молоко, кефир 40
56 помидоры 33
57 абрикосы 27
58 апельсины 27
59 гранат 27
60 грейпфрут 27
61 лимон 27
62 персики 27
63 вишня 24
64 клубника 24
65 малина 24
66 мандарины 24
67 мёд 24
68 сливы 24
69 огурцы 21
70 кабачки 21
71 арбуз 21
72 виноград 18
73 дыня 18
74 хурма 15
75 клюква 15
76 яблоки 12
77 груши 12
78 ананасы 12

Нарушения обмена[править | править код]

Семейная гипертриптофанемия[править | править код]

Семейная гипертриптофанемия — редкое аутосомно-рецессивное наследственное заболевание, нарушение обмена веществ, которое приводит к накоплению триптофана в крови и выведению его с мочой (триптофанурия).

Болезнь Хартнапа[править | править код]

Причиной заболевания является нарушение активного транспорта триптофана через кишечную стенку, вследствие чего усиливаются процессы его бактериального разложения и образования индольных продуктов, таких как индол, скатол.

Синдром Тада[править | править код]

Наследственное заболевание, связанное с нарушением превращения триптофана в кинуренин. При заболевании наблюдается повреждение ЦНС и нанизм. Заболевание впервые описано К. Тада в 1963 году.

Синдром Прайса[править | править код]

Генетическое заболевание, причиной которого является нарушение превращения кинуренина в 3-гидрокси-L-кинуренин (за реакцию ответственна NADP-зависимая L-кинуренин-3-гидроксилаза КФ 1.14.13.9). Заболевание проявляется повышенной экскрецией кинуренина с мочой, а также склеродермией.

Индиканурия[править | править код]

Индиканурия — повышенное содержание в моче индикана. Причиной может являться непроходимость кишечника, из-за чего в нём начинают усиленно протекать гнилостные процессы.

Триптофан и синдром эозинофилии-миалгии[править | править код]

В конце 1980-х в США и некоторых других странах отмечалась очень большое число случаев синдрома эозинофилии-миалгии (Eosinophilia-myalgia syndrome). Огласке эта проблема подверглась в 1989, после того как личные врачи трёх американок, обсудив между собой ситуацию, подняли тревогу. Впоследствии масштаб той вспышки оценили как приблизительно равный 60 000 случаев, из которых около 1500 случаев привели к инвалидизации и не менее 27 закончились смертельным исходом.

Было установлено, что практически все заболевшие принимали L-триптофан японского производителя Showa Denko. Этот триптофан производился при помощи нового специально разработанного штамма генетически изменённых микроорганизмов. При расследовании были взяты образцы препарата из нескольких партий триптофана. В этих образцах выявили более 60 различных примесей. Эти примеси, среди которых особенно подозрительными оказались EBT (1,1'-ethylidene-bis-L-tryptophan) и MTCA (1-methyl-1,2,3,4-tetrahydro-beta-carboline-3-carboxylic acid), тщательно исследовались, но ни у одной из них не выявили способность вызывать такие серьёзные нарушения здоровья, как синдром эозинофилии-миалгии.

Рассматривалась также возможность того, что синдром эозинофилии-миалгии может вызываться самим L-триптофаном при его избыточном поступлении в организм. Эксперты пытались оценить вероятность того, что метаболиты триптофана могут тормозить деградацию гистамина, а избыточный гистамин может способствовать воспалительным процессам и развитию синдрома эозинофилии-миалгии. Несмотря на все предпринятые усилия, так и не удалось достоверно установить, что именно вызывало эозинофилию-миалгию у людей, принимавших триптофан.

Усиление контроля оборота триптофана, в том числе запрет на ввоз импортного триптофана, привело к резкому снижению случаев синдрома эозинофилии-миалгии. В 1991 году в США большая часть триптофана была не пущена в продажу, другие страны также последовали этому примеру. В феврале 2001 FDA ослабил ограничения, но все же выразил беспокойство:

«Based on the scientific evidence that is available at the present time, we cannot determine with certainty that the occurrence of EMS in susceptible persons consuming L-tryptophan supplements derives from the content of L-tryptophan, an impurity contained in the L-tryptophan, or a combination of the two in association with other, as yet unknown, external factors.»[14]

Перевод:

«Опираясь на научные данные, которыми мы в настоящее время располагаем, мы не можем с уверенностью ответить на вопрос, что вызывает эозинофилию-миалгию у восприимчивых людей, употребляющих L-триптофан. Мы не можем сказать, способен ли вызвать эозинофилию-миалгию сам L-триптофан, или же примесь, содержавшаяся в L-триптофане, или комбинации L-триптофана, примесей с другими, пока ещё неизвестными факторами».

Триптофан и иммунная система[править | править код]

Индоламин-2,3-диоксигеназа (изозим триптофан-2,3-диоксигеназы) активируется во время иммунной реакции, чтобы ограничить доступность триптофана для клеток, инфицированных вирусом, или раковых клеток.

Триптофан и продолжительность жизни[править | править код]

Опыты на крысах показали, что диета с пониженным содержанием триптофана увеличивает максимальную продолжительность жизни, но также увеличивает смертность в молодом возрасте[15].

Триптофан и сонливость[править | править код]

Сонливость, которая наблюдается после употребления мяса индейки (актуально в США, где индейку традиционно употребляют на День благодарения и Рождество), связывают с действием мелатонина, образующегося из триптофана. Существует заблуждение, что индейка содержит очень большое количество триптофана. Индюшатина действительно содержит много триптофана, но его содержание приблизительно такое же, как и во многих других мясных продуктах. Хотя механизмы возникновения сонливости действительно связаны с обменом триптофана, её причиной является общая высокая калорийность и высокое содержание углеводов в пище, которая вызывает сонливость, а не повышенное содержание в ней триптофана.

Флуоресценция[править | править код]

Триптофан обладает наиболее сильной флуоресценцией среди всех 20 протеиногенных аминокислот. Триптофан поглощает электромагнитное излучение с длиной волны 280 нм (максимум) и сольватохромно излучает в диапазоне 300—350 нм. Молекулярное окружение триптофана оказывает влияние на его флуоресценцию. Этот эффект имеет значение для изучения белков. Взаимодействие индольного ядра с азотистыми основаниями нуклеиновых кислот приводит к уменьшению интенсивности флуоресценции, что позволяет установить роль этой аминокислоты в протеин-нуклеиновых взаимодействиях.

Аналоги триптофана[править | править код]

Синтетический 7-азатриптофан из-за структурного сходства с триптофаном может быть ошибочно использован белоксинтезирующей системой вместо триптофана.

Применение[править | править код]

Гипотеза о том, что при депрессивных расстройствах уменьшается содержание в мозге серотонина, привела к терапевтическому использованию L-триптофана при депрессии[4]. Он применяется как в качестве монотерапии, так и в сочетании с традиционными антидепрессантами[4].

Имеются данные контролируемых испытаний, согласно которым добавление L-триптофана может усиливать терапевтический эффект антидепрессантов группы ИМАО. Назначение L-триптофана рекомендуется для дополнительного потенцирования серотонинергических эффектов комбинаций «литий + ИМАО» и «литий + кломипрамин»(«серотониновый коктейль»)[16].

Также L-триптофан используется при обсессивно-компульсивном расстройстве. Дополнительное введение L-триптофана в дозе 6—8 г в сутки особенно оправданно при снижении синтеза или истощении запасов серотонина, например вследствие длительного применения серотонинергических антидепрессантов. При этом у части больных терапевтический эффект L-триптофана при длительном лечении склонен истощаться[17].

Кроме того, препараты L-триптофана назначаются при расстройствах сна[18], чувстве страха и напряжения, дисфории, предменструальном синдроме[источник не указан 1572 дня]. Показаниями к применению также являются комплексная терапия больных с алкогольной, опиатной и барбитуратной зависимостью с целью нивелирования проявлений абстинентного синдрома, лечение острой интоксикации этанолом, лечение биполярного аффективного расстройства и депрессии, связанной с менопаузой[источник не указан 1572 дня]. Применение при беременности и в период лактации (грудного вскармливания) не рекомендуется. Биодоступность при пероральном приёме составляет более 90 %.

Побочными действиями L-триптофана являются гипотензия, тошнота, поносы и рвота[18], анорексия. Кроме того, он вызывает сонливость днём, а если принимать его вечером — может улучшать ночной сон[4]. Сочетанное применение серотонинергических антидепрессантов и L-триптофана может вызывать серотониновый синдром[17].

Триптофан также применяется для сбалансирования кормов для животных.

Примечания[править | править код]

  1. ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics (1st student edition) / R. C. Weast — 1 — CRC Press, 1988. — ISBN 978-0-8493-0740-9
  2. ↑ Леенсон И. А. Язык химии. Этимология химических названий. — М.: АСТ, Corpus, 2016. — 464 с. — ISBN 978-5-17-095739-2.
  3. ↑ Бокуть С. Б., Герасимович Н. В., Милютин А. А. Молекулярная биология: молекулярные механизмы хранения, воспроизведения и реализации генетической информации / под ред. Мельник Л. С., Касьяновой Л. Д.. — Минск: Вышэйшая школа, 2005. — 463 с. — 3000 экз. — ISBN 985-06-1045-X.
  4. ↑ 1 2 3 4 Гельдер М., Гэт Д., Мейо Р. Оксфордское руководство по психиатрии: Пер. с англ. — Киев: Сфера, 1999. — Т. 2. — 436 с. — 1000 экз. — ISBN 966-7267-76-8.
  5. ↑ Kostowski W., Bidzinski A., Hauptmann M., Malinowski J. E., Jerlicz M., Dymecki J. Brain serotonin and epileptic seizures in mice: a pharmacological and biochemical study (англ.) // Pol J Pharmacol Pharm : journal. — 1978. — Vol. 30, no. 1. — P. 41—7. — PMID 148040. (англ.)
  6. ↑ Turner E. H., Loftis J. M., Blackwell A. D. Serotonin a la carte: supplementation with the serotonin precursor 5-hydroxytryptophan (англ.) // Pharmacol Ther : journal. — 2006. — Vol. 109, no. 3. — P. 325—338. — DOI:10.1016/j.pharmthera.2005.06.004. — PMID 16023217. (англ.)
  7. ↑ Hardebo J. E., Owman C. Barrier mechanisms for neurotransmitter monoamines and their precursors at the blood-brain interface (англ.) // Ann NeurolAnn Neurol : journal. — 1980. — Vol. 8, no. 1. — P. 1—31. — DOI:10.1002/ana.410080102. — PMID 6105837. (англ.)
  8. ↑ Gustafsson B. I., Tømmerås K., Nordrum I., Loennechen J. P., Brunsvik A., Solligård E., Fossmark R., Bakke I., Syversen U., Waldum H. Long-term serotonin administration induces heart valve disease in rats (англ.) // Circulation (англ.)русск. : journal. — Lippincott Williams & Wilkins (англ.)русск., 2005. — March (vol. 111, no. 12). — P. 1517—1522. — DOI:10.1161/01.CIR.0000159356.42064.48. — PMID 15781732. (англ.)
  9. ↑ Xu J., Jian B., Chu R., Lu Z., Li Q., Dunlop J., Rosenzweig-Lipson S., McGonigle P., Levy R. J., Liang B. Serotonin mechanisms in heart valve disease II: the 5-HT2 receptor and its signaling pathway in aortic valve interstitial cells (англ.) // Am. J. Pathol. (англ.)русск. : journal. — 2002. — December (vol. 161, no. 6). — P. 2209—2218. — DOI:10.1016/S0002-9440(10)64497-5. — PMID 12466135. Архивировано 3 апреля 2010 года. (англ.)
  10. ↑ Солдатенков А. Т., Колядина Н. М., Шендрик И. В. — «Основы органической химии лекарственных веществ»; Москва, «Химия», 2001 г.
  11. ↑ Белки — основа полноценного питания (недоступная ссылка). Дата обращения 5 июля 2009. Архивировано 19 июня 2009 года.
  12. ↑ Химический состав пищевых продуктов. / Под ред. М. Ф. Нестерина и И. М. Скурихина.
  13. ↑ Под ред. М. Ф. Нестерина и И. М. Скурихина. Химический состав пищевых продуктов..
  14. ↑ Information Paper on L-Tryptophan and 5-hydroxy-L-tryptophan, FDA, February 2001 (англ.)
  15. ↑ H. Ooka, P. E. Segall, P. S. Timiras. Histology and survival in age-delayed low-tryptophan-fed rats (англ.) // Mechanisms of Ageing and Development : Научный журнал. — 1988. — Vol. 43, no. 1. — P. 79—98. — ISSN 0047-6374. — DOI:10.1016/0047-6374(88)90099-1. — PMID 3374178.
  16. ↑ Быков Ю. В. Резистентные к терапии депрессии. — Ставрополь, 2009. — 74 с.
  17. ↑ 1 2 Мосолов С.Н. Современные тенденции в терапии обсессивно-компульсивного расстройства: от научных исследований к клиническим рекомендациям // Биологические методы терапии психических расстройств (доказательная медицина — клинической практике) / Под ред. С.Н. Мосолова. — Москва : Издательство «Социально-политическая мысль», 2012. — С. 669—702. — 1080 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-91579-075-8.
  18. ↑ 1 2 Тёлле Р. Психиатрия с элементами психотерапии / Пер. с нем. Г. А. Обухова. — Минск: Вышэйшая школа, 1999. — 496 с. — 4000 экз. — ISBN 985-06-0146-9.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Триптофан&oldid=101068615