ทริปโตเฟน: ลักษณะโครงสร้างหน้าที่ประโยชน์ - ชีววิทยา - 2025

ทริปโตเฟน (Trp, W) เป็นกรดอะมิโนที่จัดอยู่ในกลุ่มของกรดอะมิโนที่จำเป็นเนื่องจากร่างกายมนุษย์ไม่สามารถสังเคราะห์ได้และต้องได้รับจากอาหาร

อาหารบางชนิดเช่นนมและอนุพันธ์เนื้อสัตว์ไข่และธัญพืชบางชนิดเช่นควินัวและถั่วเหลืองมีกรดอะมิโนที่จำเป็นดังนั้นจึงเป็นแหล่งที่สำคัญของทริปโตเฟน

โครงสร้างทางเคมีของกรดอะมิโนทริปโตเฟน (ที่มา: Clavecin ผ่าน Wikimedia Commons)

กรดอะมิโนที่แตกต่างกันมากกว่า 300 ชนิดเป็นที่รู้จักในธรรมชาติและมีเพียง 22 ชนิดเท่านั้นที่ประกอบเป็นหน่วยโมโนเมอริกของโปรตีนในเซลล์ ในบรรดากรดอะมิโนที่จำเป็น 9 ชนิดรวมถึงทริปโตเฟนอย่างไรก็ตามความจำเป็นของแต่ละชนิดแตกต่างกันไปในแต่ละชนิด

ทริปโตเฟนมีหน้าที่ต่าง ๆ รวมถึงการมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์โปรตีนในการสังเคราะห์เซโรโทนินซึ่งเป็นสารสร้างหลอดเลือดและสารสื่อประสาทที่มีประสิทธิภาพของเมลาโทนินและในการสังเคราะห์โคแฟกเตอร์ NAD

ในอาณาจักรพืชทริปโตเฟนเป็นสารตั้งต้นพื้นฐานของฮอร์โมนพืชออกซิน (กรดอินโดล -3- อะซิติก) แบคทีเรียบางชนิดสามารถสังเคราะห์ได้เช่น E. coli จาก chorismate ซึ่งผลิตจากอนุพันธ์ของไกลโคไลติกบางชนิดเช่น phosphoenolpyruvate และ erythrose-4-phosphate

การย่อยสลายในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเกิดขึ้นในตับซึ่งใช้ในการสังเคราะห์อะซิทิลโคเอนไซม์เอ (acetyl-CoA) และด้วยเหตุนี้จึงถูกอธิบายว่าเป็นกรดอะมิโนที่เรียกว่ากลูโคจินิกเนื่องจากสามารถเข้าสู่วงจรการสร้างกลูโคสได้

มีรายงานการศึกษาหลายชิ้นที่มีผลการถกเถียงที่เกี่ยวข้องกับการใช้ทริปโตเฟนเป็นผลิตภัณฑ์เสริมอาหารสำหรับการรักษาโรคบางอย่างเช่นภาวะซึมเศร้าและความผิดปกติของการนอนหลับ

มีโรคบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับการเกิดความบกพร่องในการเผาผลาญกรดอะมิโน ในกรณีของทริปโตเฟนสามารถตั้งชื่อโรค Hartnup ได้เนื่องจากการขาดทริปโตเฟน -23-monooxygenase ซึ่งเป็นโรคทางพันธุกรรมแบบถอยที่มีลักษณะปัญญาอ่อนและความผิดปกติของผิวหนังที่มีลักษณะคล้ายเพลลากรา

ลักษณะเฉพาะ

นอกจากฟีนิลอะลานีนและไทโรซีนทริปโตเฟนยังอยู่ในกลุ่มของกรดอะมิโนอะโรมาติกและกรดอะมิโนที่ไม่ชอบน้ำ

อย่างไรก็ตามทริปโตเฟนมีความโดดเด่นด้วยการเป็นกรดอะมิโนที่ไม่ชอบน้ำเล็กน้อยเนื่องจากห่วงโซ่ด้านข้างของอะโรมาติกซึ่งมีกลุ่มขั้วช่วยลดทอนความไม่ชอบน้ำนี้

เนื่องจากมีวงแหวนคอนจูเกตจึงมีการดูดซับแสงที่รุนแรงในบริเวณสเปกตรัมใกล้อัลตราไวโอเลตและลักษณะนี้มักใช้ในการวิเคราะห์โครงสร้างของโปรตีน

มันดูดซับแสงอัลตราไวโอเลต (ระหว่าง 250 ถึง 290 นาโนเมตร) และแม้ว่ากรดอะมิโนนี้จะมีไม่มากนักในโครงสร้างของโปรตีนส่วนใหญ่ในร่างกายมนุษย์ แต่การปรากฏตัวของมันแสดงให้เห็นถึงการมีส่วนสำคัญในการดูดซับแสงใน พื้นที่ 280 นาโนเมตรของโปรตีนส่วนใหญ่

ข้อกำหนดทริปโตเฟนรายวันแตกต่างกันไปตามอายุ ในทารกระหว่าง 4 ถึง 6 เดือนความต้องการโดยเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 17 มก. ต่อกิโลกรัมของน้ำหนักต่อวัน ในเด็กอายุตั้งแต่ 10 ถึง 12 ปีคือ 3.3 มก. ต่อกิโลกรัมต่อน้ำหนักต่อวันและในผู้ใหญ่ 3.5 มก. ต่อกิโลกรัมน้ำหนักต่อวัน

ทริปโตเฟนถูกดูดซึมผ่านลำไส้และเป็นกรดอะมิโนคีโตเจนิกและกลูโคเจนิกในเวลาเดียวกัน

เนื่องจากเป็นสารตั้งต้นของเซโรโทนินซึ่งเป็นสารสื่อประสาทที่สำคัญทริปโตเฟนจึงต้องไปถึงระบบประสาทส่วนกลาง (CNS) และด้วยเหตุนี้จึงต้องข้ามกำแพงเลือดและสมองซึ่งมีกลไกการขนส่งที่ใช้งานเฉพาะ

โครงสร้าง

ทริปโตเฟนมีสูตรโมเลกุล C11H12N2O2 และกรดอะมิโนที่จำเป็นนี้มีโซ่ด้านข้างอะโรมาติก

เช่นเดียวกับกรดอะมิโนทั้งหมดทริปโตเฟนมีอะตอมของคาร์บอนαติดอยู่กับหมู่อะมิโน (NH2) อะตอมของไฮโดรเจน (H) หมู่คาร์บอกซิล (COOH) และโซ่ด้านข้าง (R) ที่เกิดจากโครงสร้างเฮเทอโรไซคลิก กลุ่มอินโดล

ชื่อทางเคมีคือกรด 2-amino-3-indolyl propionic มีมวลโมเลกุล 204.23 g / mol ความสามารถในการละลายที่ 20 ° C คือ 1.06 กรัมในน้ำ 100 กรัมและมีความหนาแน่น 1.34 g / cm3

คุณสมบัติ

ในมนุษย์ทริปโตเฟนใช้ในการสังเคราะห์โปรตีนและจำเป็นสำหรับการสร้างเซโรโทนิน (5-hydroxytryptamine) ซึ่งเป็นสารเร่งการหดตัวของหลอดเลือดที่มีฤทธิ์แรงกระตุ้นการหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบ (โดยเฉพาะในลำไส้เล็ก) และสารสื่อประสาทที่สามารถ สร้างการกระตุ้นทางจิตต่อสู้กับภาวะซึมเศร้าและควบคุมความวิตกกังวล

ทริปโตเฟนเป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์เมลาโทนินจึงมีผลต่อวงจรการนอนหลับ

กล่าวว่ากรดอะมิโนถูกใช้เป็นสารตั้งต้นในหนึ่งในสามเส้นทางสำหรับการก่อตัวของปัจจัยร่วม NAD ซึ่งเป็นปัจจัยร่วมที่สำคัญมากที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาของเอนไซม์ที่หลากหลายที่เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์การลดออกซิเดชั่น

ทริปโตเฟนและสารตั้งต้นบางชนิดใช้สำหรับการสร้างฮอร์โมนพืชที่เรียกว่าออกซิน (กรดอินโดล -3-acetic) ออกซินเป็นฮอร์โมนพืชที่ควบคุมการเจริญเติบโตพัฒนาการและหน้าที่ทางสรีรวิทยาอื่น ๆ ของพืช

การสังเคราะห์

ในสิ่งมีชีวิตที่สามารถสังเคราะห์ได้โครงกระดูกคาร์บอนของทริปโตเฟนได้มาจากฟอสโฟอีนอลไพรูเวตและอีรีโทรส -4- ฟอสเฟต ในทางกลับกันสิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นจากขั้นกลางของวัฏจักร Krebs: oxaloacetate

Phosphoenolpyruvate และ erythrose-4-phosphate ใช้สำหรับการสังเคราะห์ chorismate ในทางเดินของเอนไซม์เจ็ดขั้นตอน Phosphoenolpyruvate (PEP) เป็นผลิตภัณฑ์ของ glycolysis และ erythrose-4-phosphate ของ pentose phosphate pathway

เส้นทางการสังเคราะห์ของ chorismate เป็นอย่างไร?

ขั้นตอนแรกในการสังเคราะห์ chorismate คือการจับ PEP กับ erythrose-4-phosphate เพื่อสร้าง 2-keto-3-deoxy-D-arabino-heptulosonate-7-phosphate (DAHP)

ปฏิกิริยานี้ถูกเร่งโดยเอนไซม์ 2-keto-3-deoxy-D-arabino-heptulosonate-7-phosphate synthase (DAHP synthase) ซึ่งถูกยับยั้งโดย chorismate

ปฏิกิริยาที่สองเกี่ยวข้องกับการเกิดไซโคลไลเซชันของ DAHP โดย dehydroquinate synthase ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ต้องการปัจจัยร่วม NAD ซึ่งจะลดลงในระหว่างปฏิกิริยานี้ เป็นผลให้เกิด 5-dehydroquinate

ขั้นตอนที่สามในเส้นทางนี้เกี่ยวข้องกับการกำจัดโมเลกุลของน้ำจาก 5-dehydroquinate ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ dehydroquinate dehydratase ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่สอดคล้องกับ 5-dehydro shikimate

กลุ่มคีโตของโมเลกุลนี้จะลดลงเป็นกลุ่มไฮดรอกซิลและเป็นผลให้เกิดชิคิอิเมต เอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยานี้คือ shikimate dehydrogenase ที่ขึ้นกับ NADPH

ขั้นตอนที่ห้าของเส้นทางเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของ shikimate 5-phosphate และการใช้โมเลกุล ATP โดยการกระทำของเอนไซม์ที่เรียกว่า shikimate kinase ซึ่งรับผิดชอบในการ phosphorylation ของ shikimate ในตำแหน่งที่ 5

จากนั้นจาก shikimate 5-phosphate และโดยการกระทำของ 3-enolpyruvyl shikimate-5-phosphate synthase จะสร้าง 3-enolpyruvyl shikimate 5-phosphate เอนไซม์ดังกล่าวส่งเสริมการกระจัดของหมู่ฟอสโฟรีลของโมเลกุลที่สองของ PEP โดยหมู่ไฮดรอกซิลของคาร์บอนในตำแหน่ง 5 ของชิคิเมท 5 - ฟอสเฟต

ปฏิกิริยาที่เจ็ดและสุดท้ายถูกเร่งปฏิกิริยาโดย chorismate synthase ซึ่งกำจัดฟอสเฟตออกจาก 3-enolpyruvyl shikimate 5-phosphate และแปลงเป็น chorismate

ในเชื้อรา N. crassa คอมเพล็กซ์เอนไซม์มัลติฟังก์ชั่นตัวเดียวเร่งปฏิกิริยาห้าในเจ็ดปฏิกิริยาในทางเดินนี้และเอนไซม์อีกสามชนิดจะถูกเพิ่มเข้าไปในคอมเพล็กซ์นี้ซึ่งจะสร้างทริปโตเฟน

การสังเคราะห์ทริปโตเฟนในแบคทีเรีย

ใน E. coli การเปลี่ยนแปลงของ chorismate เป็น tryptophan เกี่ยวข้องกับวิถีทางที่มีขั้นตอนของเอนไซม์เพิ่มเติมอีกห้าขั้นตอน:

ประการแรกเอนไซม์แอนทรานิลเลตซินเทสจะแปลงคอริสเมตเป็นแอนทรานิเลต โมเลกุลของกลูตามีนมีส่วนร่วมในปฏิกิริยานี้ซึ่งบริจาคกลุ่มอะมิโนที่จับกับวงแหวนอินโดลของทริปโตเฟนและถูกเปลี่ยนเป็นกลูตาเมต

ขั้นตอนที่สองเร่งปฏิกิริยาโดยแอนทรานิลเลตฟอสฟอริโบซิลทรานส์เฟอเรส ในปฏิกิริยานี้โมเลกุลของไพโรฟอสเฟตจะถูกแทนที่จาก 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP), เมตาโบไลต์ที่ให้พลังงานสูงและเกิด N- (5′-phosphoribosyl) -anthranilate

ปฏิกิริยาที่สามในเส้นทางการสังเคราะห์ทริปโตเฟนนี้เกี่ยวข้องกับการมีส่วนร่วมของไอโซเมอเรสของเอนไซม์ phosphoribosyl-anthranilate ที่นี่วงแหวนฟูแรนของ N- (5′-phosphoribosyl) -anthranilate จะเปิดขึ้นและ 1- (o-carboxyphenylamino) -1-deoxyribulose 5-phosphate เกิดจากการ tautomerization

ต่อมาอินโดล -3- กลีเซอรอลฟอสเฟตจะเกิดขึ้นในปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดยอินโดล -3- กลีเซอรอลฟอสเฟตซินเทสโดยที่โมเลกุล CO2 และ H2O จะถูกปล่อยออกมาและ 1- (o-carboxyphenylamino) -1- จะถูกไซโคลไลซ์ deoxyribulose 5- ฟอสเฟต

ปฏิกิริยาสุดท้ายของทางเดินนี้จะกลายเป็นทริปโตเฟนเมื่อทริปโตเฟนซินเทสเร่งปฏิกิริยาของอินโดล -3- กลีเซอรอลฟอสเฟตกับโมเลกุลของ PLP (ไพริดอกซัลฟอสเฟต) และซีรีนอีกตัวหนึ่งปล่อยกลีเซอรัลดีไฮด์ 3 - ฟอสเฟตและสร้างทริปโตเฟน

การปลด

ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทริปโตเฟนจะถูกย่อยสลายเป็น acetyl-CoA ในตับในทางเดินที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์สิบสองขั้นตอน: แปดขั้นตอนถึงα-ketoadipate และอีก 4 ขั้นตอนเพื่อเปลี่ยนα-ketoadipate เป็น acetyl coenzyme A

ลำดับของการย่อยสลายเป็นα-ketoadipate คือ:

โพรไบโอเฟน→ N-formyl quinurenine → Quinurenine → 3-hydroxy quinurenine → 3-hydroxy-anthranilate →ε-semialdehyde 2-amino-3-carboxy muconic →ε-semialdehyde α-amino muconic → 2-amino muconate →α-ketoadipate

เอนไซม์ที่กระตุ้นปฏิกิริยาเหล่านี้ตามลำดับ ได้แก่

Tryptophan 2-3-dioxygenase, kinurenine formamidase, monooxygenase ที่ขึ้นกับ NADPH, kinureninase, 3-hydroxy-anthranilate oxygenase, decarboxylase, ε-semialdehyde α-aminonuconic dehydrogenase และα-amino muconate reductase ขึ้นอยู่กับ NADPH

เมื่อสร้างα-ketoadipate แล้ว glutaryl-CoA จะถูกสร้างขึ้นโดย decarboxylation ออกซิเดชั่น โดยß-oxidation จะสร้าง Glutaconyl-CoA ที่สูญเสียอะตอมของคาร์บอนไปในรูปของไบคาร์บอเนต (HCO3-) จะได้รับโมเลกุลของน้ำและกลายเป็น crotonyl-CoA

Crotonyl-CoA โดยß-oxidation ทำให้เกิด acetyl-CoA กล่าวว่า acetyl-CoA สามารถทำตามเส้นทางต่างๆได้โดยเฉพาะอย่างยิ่ง gluconeogenesis เพื่อสร้างกลูโคสและวงจร Krebs เพื่อสร้าง ATP ตามต้องการ

อย่างไรก็ตามโมเลกุลนี้สามารถนำไปสู่การก่อตัวของคีโตนซึ่งในที่สุดก็สามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานได้

อาหารที่อุดมด้วยทริปโตเฟน

เนื้อแดงโดยทั่วไปเนื้อไก่และปลา (โดยเฉพาะปลามันเช่นปลาแซลมอนและปลาทูน่า) อุดมไปด้วยทริปโตเฟนเป็นพิเศษ นมและอนุพันธ์ของไข่โดยเฉพาะไข่แดงเป็นอาหารที่มีทริปโตเฟนมาก

อาหารอื่น ๆ ที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งธรรมชาติของกรดอะมิโน ได้แก่ :

- ผลไม้แห้งเช่นวอลนัทอัลมอนด์ถั่วพิสตาชิโอและเม็ดมะม่วงหิมพานต์เป็นต้น

- ข้าวธัญพืช

- ธัญพืชแห้งเช่นถั่วเลนทิลถั่วชิกพีถั่วเหลืองควินัวเป็นต้น

- ยีสต์ของบริวเวอร์และถั่วสดกล้วยและกล้าสับปะรดหรือสับปะรดอะโวคาโดพลัมแพงพวยบรอกโคลีผักโขมและช็อคโกแลต

ประโยชน์ของการบริโภค

การบริโภคทริปโตเฟนเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งในการสังเคราะห์โปรตีนทั้งหมดที่รวมอยู่ในโครงสร้างและผ่านการทำงานที่แตกต่างกันทำให้สามารถควบคุมอารมณ์การนอนหลับและวงจรการตื่นและกระบวนการทางชีวเคมีที่หลากหลายซึ่ง NAD มีส่วนร่วม .

นอกเหนือจากผลกระทบที่ทราบกันดีต่ออารมณ์แล้วเซโรโทนิน (มาจากทริปโตเฟน) ยังมีส่วนเกี่ยวข้องกับฟังก์ชันการรับรู้หลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับการเรียนรู้และความจำซึ่งเกี่ยวข้องกับทริปโตเฟนด้วย

มีข้อมูลที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างอารมณ์เซโรโทนินและแกนระบบทางเดินอาหาร - สมองเป็นระบบอิทธิพลแบบสองทิศทางระหว่างศูนย์อารมณ์และความรู้ความเข้าใจของสมองกับการทำงานของระบบทางเดินอาหาร

การใช้เป็นผลิตภัณฑ์เสริมอาหารสำหรับการรักษาความผิดปกติบางอย่างโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกี่ยวข้องกับระบบประสาทส่วนกลางได้รับการถกเถียงกันมากเนื่องจากการขนส่งที่แข่งขันกับกรดอะมิโนที่เป็นกลางที่มีอยู่มากทำให้ยากที่จะบรรลุการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและยั่งยืนใน ทริปโตเฟนหลังการบริหารช่องปาก

แม้จะมีข้อถกเถียงเหล่านี้ แต่การใช้งานได้รับการกล่าวอ้างว่าเป็นการเสริมใน:

- รักษาอาการปวด

- ความผิดปกติของการนอนหลับ

- รักษาโรคซึมเศร้า

- การรักษาความคลั่งไคล้

- ลดความอยากอาหาร

ความผิดปกติของการขาด

การกำจัดหรือการขาดโพรไบโอส่วนกลางเกี่ยวข้องกับภาวะซึมเศร้าความล้มเหลวของความสนใจความจำเสื่อมการนอนไม่หลับและความวิตกกังวล

ในผู้ป่วยที่ซึมเศร้าและฆ่าตัวตายจะพบการเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นของทริปโตเฟนในเลือดและในน้ำไขสันหลัง นอกจากนี้ผู้ป่วยบางรายที่เป็นโรคอะนอเร็กเซียเนอร์โวซาจะมีระดับทริปโตเฟนในเลือดต่ำ

ผู้ป่วยโรคโพลียูริกบางรายที่สูญเสียวิตามินบี 6 และสังกะสีมักมีอาการหวาดกลัวและวิตกกังวลและอาการดีขึ้นด้วยผลิตภัณฑ์เสริมอาหารที่มีทริปโตเฟน

Carcinoid syndrome มีลักษณะของเนื้องอกในลำไส้เล็กที่ทำให้เกิดอาการท้องร่วงโรคหลอดเลือดและหลอดลมตีบและเกี่ยวข้องกับการขาดไนอาซินและทริปโตเฟน

Pellagra เป็นพยาธิสภาพที่มาพร้อมกับอาการท้องร่วงภาวะสมองเสื่อมผิวหนังอักเสบและอาจทำให้เสียชีวิตได้นอกจากนี้ยังได้รับการรักษาด้วยอาหารเสริมของไนอาซินและทริปโตเฟน

โรค Hartnup ต้องทำในบางสิ่งด้วยความบกพร่องในการเผาผลาญของกรดอะมิโนหลายชนิดรวมถึงทริปโตเฟน

ในกรณีที่มีการขาดเอนไซม์ทริปโตเฟน -2,3-monooxygenase นี่เป็นโรคทางพันธุกรรมแบบถอยที่มีลักษณะปัญญาอ่อนและความผิดปกติของผิวหนังที่มีลักษณะคล้าย pellagra

อ้างอิง

1. Halvorsen, K. , & Halvorsen, S. (1963). โรค Hartnup กุมารทอง, 31 (1), 29-38.
2. Hood, SD, Bell, CJ, Argyropoulos, SV, & Nutt, DJ (2016). ไม่ต้องตกใจ. คำแนะนำในการพร่องของทริปโตเฟนด้วยการกระตุ้นให้เกิดความวิตกกังวลเฉพาะโรค วารสาร Psychopharmacology, 30 (11), 1137-1140.
3. Jenkins, TA, Nguyen, JC, Polglaze, KE, & Bertrand, PP (2016). อิทธิพลของทริปโตเฟนและเซโรโทนินต่ออารมณ์และความรู้ความเข้าใจโดยมีบทบาทที่เป็นไปได้ของแกนสมองและลำไส้ สารอาหาร, 8 (1), 56.
4. Kaye, WH, Barbarich, NC, Putnam, K. , Gendall, KA, Fernstrom, J. , Fernstrom, M. , … & Kishore, A. (2003). Anxiolytic ผลของการพร่องทริปโตเฟนเฉียบพลันในอาการเบื่ออาหาร Nervosa International Journal of Eating Disorders, 33 (3), 257-267.
5. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, P. , & Rodwell, V. (2009). ภาพประกอบชีวเคมีของฮาร์เปอร์ 28 (น. 588) นิวยอร์ก: McGraw-Hill
6. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008) หลักการทางชีวเคมีของ Lehninger Macmillan