Триптофан

Триптофа́н(β-(β-индолил)-α-аминопропионовая кислота, сокр.: Три, Трп, Trp, W) — ароматическаяальфа-аминокислота. Существует в двухоптически изомерныхформах, L и D, и в видерацемата(рацемической смеси) (DL).
L-триптофанявляется протеиногенной аминокислотой и входит в составбелковвсех известных живых организмов. Относится к ряду гидрофобных аминокислот, поскольку содержитароматическоеядроиндола. Участвует вгидрофобныхистэкинг-взаимодействиях.
Впервые в 1890 г. триптофан выделил из пищеварительного ферментатрипсинаи описал его свойства немецкий химик Рихард Ноймайстер и он же дал название аминокислоте. Греческий суффикс «фан» означает «указывающий на».
Триптофан в природе синтезируется черезантранилат. В процессе биосинтеза антранилата промежуточными соединениями являютсяшикимат,хоризмат. Биосинтез антранилата рассмотрен в статьешикиматный 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 названиеtrp-гены и у бактерий объединены в триптофановый оперон.
Схематично строениетриптофанового оперонаEscherichia coliможно выразить записью:
—trpR—…—Промотор—Оператор—Лидер—Аттенуатор—trpE—trpD—trpC—trpB—trpA—Терминатор—Терминатор—
Стадии биосинтетического процесса хоризмат →→ триптофан:
В природе триптофан синтезируютмикроорганизмы,растенияигрибы. Многоклеточные животные не способны синтезировать триптофанde novo. Для человека, как и для всехMetazoa, триптофан являетсянезаменимой аминокислотойи должен поступать в организм в достаточном количестве с белками пищи.
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
Триптофан является биологическимпрекурсоромсеротонина(из которого затем может синтезироватьсямелатонин) иниацина(см. рисунок).
Часто гиповитаминоз по витамину B3сопряжён с недостатком триптофана.
Также триптофан является биохимическим предшественникоминдольных алкалоидов. Например, триптофан→триптамин→N,N-диметилтриптамин→псилоцин→псилоцибин
Метаболит триптофана —5-гидрокситриптофан(5-HTP) был предложен в качестве средства для леченияэпилепсииидепрессии, но клинические испытания не дали окончательных результатов. 5-HTP легко проникает черезгематоэнцефалический барьери, кроме того, быстро декарбоксилируется всеротонин(5-гидрокситриптамин, или 5-HT).
В связи с преобразованием 5-HTP в серотонин в печени есть значительный риск появленияпороков сердцаиз-за влияния серотонина на сердце.
Индол аминометилируютформальдегидомидиметиламиномпо 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.В триптофане, полученном химическим синтезом, обнаруживаются примеси токсичных соединений. Синтетический триптофан добавляют в комбикорма для животных.
У микроорганизмов, в том числе и уEscherichia coli, известен пиридоксальзависимый фермент триптофан-индол-лиаза (триптофаназа КФ 4.1.99.1, продукт генаtnaA). Функция этого фермента заключается в поддержании равновесия:
триптофан + вода ⇋ индол + пируват + аммоний.
Благодаря этому триптофан может быть получен ферментативной конденсациейиндола,пировиноградной кислотыиаммиака.
В промышленном производстве L-триптофана обычно используются штаммы дрожжейCandida utilis, дефектные поaro-генам и, как следствие,ауксотрофныепофенилаланинуитирозину. 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 мутантыCandida utilisпереводит 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.
Триптофан является компонентом пищевых белков. Наиболее богаты триптофаном такие продукты, каксыр, рыба, мясо, бобовые,творог,овёс,арахис,кунжут,кедровый орех,молоко,йогурт.
Триптофан присутствует в большинстве растительных белков, особенно им богатысоевые бобы. Очень малое количество триптофана содержится в кукурузе, поэтому питание только кукурузой приводит к нехватке этой аминокислоты и, как следствие, кпеллагре. Арахис является отличным источником триптофана, однако в арахисе его меньше, чем в продуктах животного происхождения.
Мясоирыбасодержат триптофан неравномерно:белкисоединительной ткани(коллаген,эластин,желатин) не содержат триптофан.
Семейная гипертриптофанемия — редкоеаутосомно-рецессивноенаследственное заболевание, нарушение обмена веществ, которое приводит к накоплению триптофана в крови и выведению его с мочой (триптофанурия).
Причиной заболевания является нарушение активного транспорта триптофана через кишечную стенку, вследствие чего усиливаются процессы его бактериального разложения и образования индольных продуктов, таких какиндол,скатол.
Наследственное заболевание, связанное с нарушением превращения триптофана в кинуренин. При заболевании наблюдается повреждение ЦНС инанизм. Заболевание впервые описано К. Тада в 1963 году.
Генетическое заболевание, причиной которого является нарушение превращениякинуренинав 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 такжесклеродермией.
Индиканурия — повышенное содержание в мочеиндикана. Причиной может являться непроходимость кишечника, из-за чего в нём начинают усиленно протекать гнилостные процессы.
В конце1980-хвСШАи некоторых других странах отмечалась очень большое число случаевсиндрома эозинофилии — миалгии. Огласке эта проблема подверглась в1989, 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 разработанногоштаммагенетически изменённыхмикроорганизмов. 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 деградациюгистамина, 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. В1991 годув США большая часть триптофана была не пущена в продажу, другие страны также последовали этому примеру. В феврале2001FDAослабил ограничения, но все же выразил беспокойство:
Перевод:
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.
Опыты на крысах показали, что диета с пониженным содержанием триптофана увеличивает максимальную продолжительность жизни, но также увеличивает смертность в молодом возрасте.
Сонливость, которая наблюдается после употребления мяса индейки (актуально в США, где индейку традиционно употребляют наДень благодаренияиРождество), связывают с действиеммелатонина, 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.
Триптофан обладает наиболее сильнойфлуоресценциейсреди всех 20 протеиногенных аминокислот. Другие две ароматические аминокислоты, способные к флуоресценции (но в гораздо меньшей степени):тирозинифенилаланин. Триптофан поглощаетэлектромагнитное излучениес длиной волны 280 нм (максимум) и сольватохромно излучает в диапазоне 300—350 нм, в зависимости от молекулярного окружения триптофана. Этот эффект имеет значение для изученияконформациибелков. Остатки триптофана, находящиеся в гидрофобном окружении в центре белка, дают смещение спектра его флуоресценции на 10—20 нм в коротковолновую сторону (значения, близкие к 300 нм). Если остатки триптофана расположены на поверхности белка в гидрофильном окружении, то излучение белка смещается в сторону длинных волн (близко к 350 нм).pHраствора также оказывает влияние на флуоресценцию триптофана. Так, при низких значениях pH присоединение атома водорода к карбоксильным группам соседних с триптофаном аминокислот может уменьшать интенсивность его флуоресценции (эффект гашения). Интенсивность флуоресценции триптофана можно значительно повысить, поместив его в органический растворитель, например,ДМСО. Взаимодействие индольного ядра с азотистыми основаниями нуклеиновых кислот приводит к уменьшению интенсивности флуоресценции, что позволяет установить роль этой аминокислоты в протеин-нуклеиновых взаимодействиях.
Синтетический7-азатриптофаниз-за структурного сходства с триптофаном может быть ошибочно использован белоксинтезирующей системой вместо триптофана.
Гипотеза о том, что придепрессивных расстройствахуменьшается содержание в мозге серотонина, привела к терапевтическому использованию L-триптофана при депрессии. Он применяется как в качестве монотерапии, так и в сочетании с традиционнымиантидепрессантами.
Имеются данные контролируемых испытаний, согласно которым добавление L-триптофана может усиливать терапевтический эффект антидепрессантов группыИМАО. Назначение L-триптофана рекомендуется для дополнительногопотенцированиясеротонинергических эффектов комбинаций «литий+ ИМАО» и «литий +кломипрамин»(«серотониновый коктейль»).
Также L-триптофан используется приобсессивно-компульсивном расстройстве. Дополнительное введение L-триптофана в дозе 6—8 г в сутки особенно оправдано 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.
Кроме того, препараты L-триптофана назначаются при расстройствах сна, чувстве страха и напряжения,дисфории,предменструальном синдроме. Показаниями к применению также являются комплексная терапия больных салкогольной,опиатнойибарбитуратнойзависимостью с целью нивелирования проявленийабстинентного синдрома, лечение остройинтоксикацииэтанолом, лечениебиполярного аффективного расстройстваи депрессии, связанной сменопаузой. Применение при беременности и в периодлактации(грудного вскармливания) не рекомендуется.Биодоступностьприпероральном приёмесоставляет более 90 %.
Побочными действиями L-триптофана являютсягипотензия, тошнота, поносы и рвота,анорексия. Кроме того, он вызывает сонливость днём, а если принимать его вечером — может улучшать ночной сон. Сочетанное применение серотонинергических антидепрессантов и L-триптофана может вызыватьсеротониновый синдром. При сочетанном применении триптофана и антидепрессантов группы ИМАО возможны возбуждение ЦНС, спутанность сознания (следует снизить дозу триптофана).
Триптофан также применяется для сбалансирования кормов для животных.