Τρυπτοφάνη

Η τρυπτοφάνη είναι ένα από τα 22 πρωτεϊνογόνα αμινοξέα και ένα (από τα 8) απαραίτητα αμινοξέα για την ανθρώπινη διατροφή. Κωδικοποιείται στον γενετικό κώδικα με το κωδικόνιο UGG. Μόνο το L-στερεοϊσομερές της τρυπτοφάνης χρησιμοποιείται σε δομικές πρωτεΐνες ή σε ένζυμα, αλλά η D-τρυπτοφάνη βρίσκεται περιστασιακά σε πεπτίδια φυσικής παραγωγής (για παράδειγμα θαλάσσιο δηλητηριώδες πεπτίδιο κοντρυφάνη, contryphan). Το χαρακτηριστικό δομικό χαρακτηριστικό της τρυπτοφάνης είναι ότι περιέχει μια ινδολική λειτουργική ομάδα, στην πλευρική της αλυσίδα. Είναι ένα απαραίτητο αμινοξύ, όπως επιδεικνύεται από τα αυξητικά αποτελέσματα της χορήγησής της σε αρουραίους.

 Η απομόνωση της τρυπτοφάνης αναφέρθηκε για πρώτη φορά από τον Φρέντερικ Χόπκινς (Frederick Hopkins) το 1901, μέσω υδρόλυσης καζεΐνης. Από 600 γραμμάρια ακατέργαστης καζεΐνης μπορεί κάποιος να απομονώσει 4-8 γραμμάρια τρυπτοφάνης. Φυτά και μικροοργανισμοί συνήθως συνθέτουν την τρυπτοφάνη από σικιμικό οξύ ή ανθρανιλικό οξύ. Το τελευταίο συμπυκνώνεται με φωσφοριβοσυλοπυροφωσφορικό οξύ (PRPP), παράγοντας πυροφωσφορικό οξύ ως παραπροϊόν. Μετά το άνοιγμα του δακτυλίου της ριβόζης, ακολουθούμενο από αναγωγική αποκαρβοξυλίωση, παράγεται ινδολο-3-γλυκερινοφωσφορικό οξύ, που με τη σειρά του μετατρέπεται σε ινδόλιο. Στο τελευταίο συνθετικό στάδιο, το ένζυμο συνθετάση της τρυπτοφάνης καταλύει το σχηματισμό της τρυπτοφάνης από ινδόλιο και το αμινοξύ σερίνη. Η βιομηχανική παραγωγή της τρυπτοφάνης είναι επίσης βιοσυνθετική και βασίζεται στη ζύμωση σερίνης και ινδόλιου χρησιμοποιώντας είτε «άγριου τύπου» ή γενετικά τροποποιημένα βακτήρια, όπως τους Β. αμυλοζυμωτές, Β. λεπτίλες, C. γλουταμίκιο ή E. coli. Αυτά τα στελέχη φέρουν είτε μεταλλάξεις που εμποδίζουν την επαναπρόσληψη των αρωματικών αμινοξέων είτε πολλαπλά και «υπερεκφρασμένα» οπερόνια τρυπτοφάνης. Η μετατροπή καταλύεται (και πάλι) από το ένζυμο συνθετάση της τρυπτοφάνηςIkeda M (2002). "Amino acid production processes". Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology 79: 1–35. doi:10.1007/3-540-45989-8_1. ISBN 978-3-540-43383-5. PMID 12523387. . Για πολλούς οργανισμούς (συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων), η τρυπτοφάνη είναι ένα απαραίτητο αμινοξύ. Αυτό σημαίνει ότι είναι απαραίτητο για την επιβίωση των οργανισμών αυτών (και των ανθρώπων), ότι δεν μπορεί να συνθεθεί από τους οργανοσμούς αυτούς και γι' αυτό πρέπει να αποτελεί μέρος της διατροφής τους. Τα (πρωτεϊνικά) αμινοξέα, συμπεριλαμβάνοντας και την τρυπτοφάνη, δρουν ως δομικές μονάδες για τη βιοσύνθεση πρωτεϊνών. Επιπλέον, η τρυπτοφάνη λειτουργεί ως μια βιοχημική πρόδρομη ένωση για την παραγωγή των παρακάτω ενώσεων (δείτε και το σχετικό σχήμα): Η τρυπτοφάνη μετατρέπεται σε 5-υδροξυτρυπτοφάνη από το ένζυμο υδροξυλάση της τρυπτοφάνης. Σεροτονίνη (ένας νευροδιαβιβαστής), συνθέτεται από το ένζυμο αποκαρβοξυλάση της 5-υδροξυτρυπτοφάνης . Η σεροτονίνη, με τη σειρά της, μπορεί να μετατραπεί σε μελατονίνη (μια νευροορμόνη), μέσω της δράσης των ενζύμων N-ακετυλοτρανσφεράση και 5-υδροξυϊνδολο-O-μεθυλοτρανσφεράση. Η νιασίνη συνθέτεται από την τρυπτοφάνη μέσω κυνουρενίνης και κουϊνολικού οξέος ως νευραλγικής σημασίας βιοσυνθετικά ενδιάμεσα. Η αυξίνη (μια φυτοορμόνη): Όταν στοιχεία σωλήνα ηθμού υφίστανται απόπτωση, η τρυπτοφάνη μετατρέπεται σε αυξίνες.Οι διαταραχές δυσαπορρόφηση φρουκτόζης και δυσανεξία στη λακτόζη προκαλούν ακατάλληλη απορρόφηση της τρυπτοφάνης στο έντερο, μειώνουν το επίπεδο συγκέντρωσης της τρυπτοφάνης στο αίμα και κατάθλιψη. Σε βακτήρια που συνθέτουν τρυπτοφάνη, υψηλό επίπεδο κυτταρικής συγκέντρωσης αυτού του αμινοξέος ενεργοποιούν μια αμυντική πρωτεΐνη - παρεμποδιστή, που παρεμποδίζει τη δράση του οπερόνιου τρυπτοφάνης. Η παρεμπόδιση αυτού του παρεμποδιστεί στο οπερόνιο της τρυπτοφάνης αποτρέπει μεταγραφή του αντίστροφου DNA που κωδικοποιεί την παραγωγή των ενζύμων που εμπλέκονται στην παραγωγή της τρυπτοφάνης. Έτσι, υψηλά επίπεδα συγκέντρωσης τρυπτοφάνης αποτρέπουν τη σύνθεση νέας τρυπτοφάνης, μέσω ενός αρνητικού κύκλου παρεμπόδισης της παραγωγής ενζύμων παραγωγής της, και όταν τα επίπεδα συγκέντρωσης τρυπτοφάνης ενδοκυτταρικά μειωθούν, η παρεμπόδιση του οπερόνιου τρυπτοφάνης παύει. Αυτή η γενετική οργάνωση του οπερόνιου τρυπτοφάνης κρατά έτσι την παραγωγή του αμινοξέος σφιχτά κανονισμένη και αντιδρά τάχιστα σε αλλαγές των εσωκυτταρικών, αλλά και της εξωκυτταρικών επιπέδων συγκέντρωσης τρυπτοφάνης.