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L-Tryptophan
Strukturformel und Molekülmodell
▵ Strukturformel von L-Tryptophan
▵ Molekülmodell von L-Tryptophan
Allgemeines
Molekularformel	C11huh12Nein2Ö2
IUPAC-Name	Tryptophan
Andere Namen	(S)-2-Amino-3-(1H-indol-3-yl)-propansäure
Molmasse	204,22518 G/Maulwurf
CAS-Nummer	73-22-3
EG-Nummer	200-795-6
PubChem	6305
Beschreibung	Weißes bis hellgelbes Pulver
Warnungen und Sicherheitsvorkehrungen
LD50 (Ratten)	16000mg/kg
Physikalische Eigenschaften
Aggregatzustand	Fest
Schmelzpunkt	289 °C
Ernährungseigenschaften
Wesentlich?	Ja
Ist gefunden in	Proteinreiche Lebensmittel
Wenn nicht anders angegeben normale Bedingungen gebraucht (298.15k oder 25 °C, 1 Bar).
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Tryptophan (abgekürzt als trp oder W) es ist groß, hydrophobAminosäure das sich durch seine indolhaltig Seitenkette. Es ist eine von mehr als zwanzig natürlich vorkommenden Aminosäuren für die Proteinsynthese werden verwendet. Tryptophan gehört zur Kategorie essentielle Aminosäure, was bedeutet, dass es vom menschlichen Körper nicht selbst gebildet werden kann und daher über die Nahrung aufgenommen werden muss.

Tryptophan ist ein Startmaterial zur Herstellung vieler wichtiger Indol-Derivate wie NeurotransmitterSerotonin, das Hormon Melatonin und das Vitamin Nikotinsäure. Diese Substanzen beeinflussen die Stimmung, das Selbstvertrauen, den Schlaf, die Emotionen, die sexuelle Aktivität und den Appetit. Da Tryptophan in relativ geringen Konzentrationen im Körper vorkommt, ist es in geringerem Maße verfügbar und gilt als Ratenbegrenzung Rolle bei der Proteinsynthese.

Biochemie und Synthese

Eigenschaften

Tryptophan ist ein unpolar, hydrophob Aminosäure.^[1] Die Aminosäureseitenkette von Tryptophan istphan lipophil und aromatisch, es ist daher in Wasser schlecht löslich. Sein isoelektrischer Punkt ist 5,89, der pK_COOH 2,4 ist, ist der pK_NH2 9.3 (beide bei 25°C).

Es van der waals volumen ist 163, und die Hydrophobie −0,9. Freies Tryptophan und proteingebundene Tryptophan-Einheiten fluoreszieren im UV-Strahlung. Biene Erregung ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 280 nm erzeugt eine Fluoreszenzemission zwischen 308-350 nm, die von der Polarität der unmittelbaren Umgebung von Tryptophan abhängt. Wenn Tryptophan-Einheiten in Proteinen vorhanden sind, übertrifft die Fluoreszenz von Tryptophan die Fluoreszenz der anderen aromatischen Aminosäuren (Tyrosin und Phenylalanin).

Bei vielen Wirbeltieren, einschließlich des Menschen, ist Tryptophan ein essentielle Aminosäure. Dies bedeutet, dass es vom Körper nicht synthetisiert werden kann und daher über die Nahrung aufgenommen werden muss. Pflanzen und Mikroorganismen können Tryptophan . nutzen de novo produzieren.

Biosynthese

Pflanzen und Mikroorganismen können L-Tryptophan u.a. aus Shikimisäure oder Anthranilsäure. Letztere antwortet mit Phosphoribosylpyrophosphat unter Aufteilung von Diphosphat. Nach Ringöffnung des riboseEinheit, gefolgt von Decarboxylierung und Dehydratisierung wird schließlich Indol-3-glycerinphosphat erhalten, das in . umgewandelt wird indol. Im letzten Schritt katalysiert Tryptophan-Synthase die Umwandlung dieser letzten Verbindung in Glycerinaldehyd-3-phosphat mit der Zwischensubstanz indol an das Enzym gebunden und unter Einwirkung von Serin. Die Aminosäure wird durch folgendes kodiert codon: UGG. Außer Tryptophan nur Methionin von einem einzigen Codon kodiert.

Der Biosyntheseweg von Tryptophan aus Chorisma und Anthranilsäure

Industrielle Synthese

Die industrielle Herstellung von L-Tryptophan basiert auf der Fermentation von L-Serin und indol und verwendet eine (Wildtyp- oder genetisch veränderte) Stämme als B. amyloliquefaciens,B. subtilis, C. glutamicum oder E coli. Die Reaktion wird katalysiert durch die Enzym Tryptophan-Synthase.

Kommt in Lebensmitteln vor

Der Mensch hat einen relativ geringen Tryptophanvorrat im Körper und die Tryptophankonzentration im Körper ist die niedrigste aller Aminosäuren. Dennoch werden nur relativ geringe Mengen benötigt, um den Bedarf zu decken.^[2] Die empfohlene Tagesdosis liegt zwischen 250 mg und 425 mg pro Tag (3,5 bis 6,0 mg pro kg Körpergewicht pro Tag).^[2]

Tryptophan kommt in den meisten proteinreichen Lebensmitteln vor, obwohl es die am wenigsten verbreitete aller Aminosäuren ist, die für die Proteinsynthese verwendet werden. Die typische Tagesdosis vieler Erwachsener beträgt etwa 900 bis 1000 mg. Einige häufige Nahrungsquellen für Tryptophan sind Hafer, Bananen, getrocknet Pflaumen, Milch, Thunfisch, Käse, Brot, Geflügel (Hähnchen, TruthahnFasan, Wachtel), Erdnuss's und Schokolade.^[2] Auch einige Samen, wie z Kürbiskerne, Sesamsamen, Sonnenblumenkerne, Mandeln und Linsen sind relativ reich an Tryptophan.

Ein Glas warme Milch vor dem Schlafengehen ist ein uraltes Heilmittel gegen Schlaflosigkeit. Es wurde jedoch nie wissenschaftlich bewiesen, dass es das Tryptophan in der Milch ist, das diesen Effekt verursacht.^[3] Tryptophan wird auch das schläfrige Gefühl zugeschrieben, das Menschen erleben, die Truthahn essen – traditionell an Thanksgiving in den Vereinigten Staaten.

Die folgenden Beispiele geben einen Überblick über den Tryptophangehalt in verschiedenen Lebensmittel. Neben der Tryptophanmenge pro 100 Gramm Nahrung wird der prozentuale Anteil von Tryptophan am Nahrungseiweiß angegeben:

Als Nahrungsergänzungsmittel verwenden

L-Tryptophan (die in der Natur vorkommende Variante) ist auch als Nahrungsergänzung in einigen Drogerien, Apotheken und sogar erhältlich Smartshops. Es kann den Schlaf fördern, Angstzustände reduzieren und als Antidepressivum wirken. Es hat auch einen positiven Einfluss auf den Muskelaufbau, zum Beispiel bei Bodybuildern. L-Tryptophan arbeitet eng mit Vitamin B6 mit anderen Worten Pyridoxin. Die meisten Tryptophanpräparate enthalten Vitamin B6.

Vor allem einige Medikamente Antidepressiva die die Verfügbarkeit von Serotonin erhöhen (wie z SSRI's und MAO-Hemmer), sollte nicht gleichzeitig mit L-Tryptophan eingenommen werden. Eine Supplementation kann auch Nebenwirkungen (Nebenwirkungen) haben. Verschwommenes Sehen, Schwindel, Müdigkeit und leichte psychische Beschwerden – man fühlt sich sehr fremd und verschwommen – können auftreten.

Die Einnahme von L-Tryptophan als Nahrungsergänzungsmittel war mit einer erhöhten Anzahl von Eosinophile.^[4] Das kürzlich beschriebene Eosinophilie-Myalgie-Syndrom ist eine chronische Multisystemerkrankung mit einem Spektrum klinischer Symptome, das von vorübergehend Myalgie und Müdigkeit zu fortschreitender Erkrankung mit tödlichem Ausgang.^[5]

Diabetiker Ketoazidose Es wurde gezeigt, dass der Tryptophanspiegel im Plasma verringert wird. Ursachen für Tryptophanmangel Katarakt bei Ratten. Ein Mangel der Aminosäure stoppt die Chromatinabbau in den sekundären Linsenfasern von Ratten.^[6]

Funktionen

Tryptophan ist ein proteinogene Aminosäure und wird als Bausteine ​​in der Biosynthese von Proteinen verwendet. Viele Tiere (einschließlich der Mann) können Tryptophan nicht synthetisieren: Sie müssen es über die Nahrung aufnehmen. Die Aminosäure Tryptophan ist ein Vorläufer (Vorläufer) mehrerer wichtiger Produkte wie Serotonin, Melatonin, Vitamin B3, Indolessigsäure, Pigmente in Insektenaugen und einige Alkaloide. Tryptophan-Supplementierung kann eine stärkende Rolle bei altersbedingten circadian Änderungen.

Proteinsynthese

Der Kynurenin-Stoffwechselweg im Zentralnervensystem

Die Hauptrolle von Tryptophan im menschlichen Körper ist als Bestandteil von Protein. Da Tryptophan von allen Aminosäuren in relativ geringen Konzentrationen in der Nahrung vorkommt, ist relativ weniger verfügbar und es wird angenommen, dass Tryptophan eine geschwindigkeitsbestimmende Rolle spielt während der Proteinsynthese.^[2] Wie bei allen anderen Aminosäuren ist nur die L-Isomer benutzt. Nur dieses L-Isomer kann auch de Blut-Hirn-Schranke bestehen.

Kynurenin-Synthese

Nach der Proteinsynthese ist der zweithäufigste Stoffwechselweg von Tryptophan die Synthese von Kynurenin. Beim Abbau von Tryptophan werden etwa 90% des abgebauten Tryptophans in Kynurenin umgewandelt. Kynurenin hat eine wichtige physiologische Rolle: Es ist der Vorläufer von Kynurensäure und Chinolinsäure, die beide den Neurotransmitterstoffwechsel beeinflussen. Kynurensäure ist ein Gegner des Glutamatrezeptorund Chinolinsäure ist a Agonist des NMDA-Rezeptor. Kynurenin ist auch an a . beteiligt ultraviolett (UV-)Filter, dass es Retina schützt das Auge vor UV-Strahlen. Die Wirksamkeit dieses Schutzes lässt mit zunehmendem Alter nach und trägt zu den normalen altersbedingten Veränderungen der Färbung und Fluoreszenz der Augenlinse. Diese Veränderungen spielen bei einigen Personen eine Rolle bei der Bildung von Katarakt.^[2]

Synthese von Serotonin

Tryptophan-Stoffwechsel in Serotonin und Melatonin (links) und Niacin (Recht). Transformierte funktionelle Gruppen nach jeder chemischen Reaktion sind rot gekennzeichnet.

Tryptophan ist das einzige Vorläufer von Serotonin. Obwohl nur 3% des Tryptophans im Körper für die Serotoninsynthese verwendet werden, ist die Serotoninsynthese einer der wichtigsten Stoffwechselwege von Tryptophan und Gegenstand intensiver Forschung. Es wird geschätzt, dass nur 1% des Tryptophans für die Serotoninsynthese im Gehirn verwendet wird. Es wird geschätzt, dass bei Säugetiere 95 % des Serotonins finden sich in der Magen-Darmtrakt. Aber trotz der relativ geringen Serotoninkonzentration im Gehirn im Vergleich zum Rest des Körpers hat Serotonin einen großen Einfluss als Neurotransmitter und Neuromodulator und ist an zahlreichen psychiatrischen Störungen und psychologischen Prozessen beteiligt.^[2]

Zuerst wird Tryptophan im Gehirn umgewandelt 5-Hydroxytryptophan durch das Enzym Tryptophan-Hydroxylase. Dies ist der geschwindigkeitsbegrenzende Schritt. Dann wird 5-Hydroxytryptophan durch das Enzym in Serotonin umgewandelt Aromatische-L-Aminosäure-Decarboxylase. Es ist die Aktivität der Tryptophan-Hydroxylase, die von der Verfügbarkeit von Tryptophan im Gehirn abhängt. Da Tryptophanhydroxylase normalerweise zu 50 % mit Tryptophan gesättigt ist, kann eine Erhöhung oder Verringerung der Verfügbarkeit von Tryptophan im Gehirn die Serotoninsynthese im Gehirn erhöhen oder verringern. Serotonin selbst kann im Gegensatz zu Tryptophan die Blut-Hirn-Schranke nicht überwinden. Tryptophan-Hydroxylase ist auch abhängig von Sauerstoff und Biopterin als Cofaktoren, die die enzymatische Aktivität regulieren.^[2]

Synthese von Melatonin

Melatonin ist ein Hormon, das aus Serotonin im Tryptophan/Serotonin-Stoffwechselweg gebildet wird. Es arrangiert Tagesrhythmus und beeinflusst die Fortpflanzung und das Immunsystem sowie Verdauungsprozesse und die Peristaltik des Magens.^[2]

Andere Funktionen

Andere bemerkenswerte Funktionen von Tryptophan sind:

• Tryptaminsynthese. Tryptamin eine von Tryptophan abgeleitete biologisch aktive Verbindung. die direkte Decarboxylierung von Tryptophan führt zur Synthese geringer Mengen Tryptamin im Konzentrationsbereich ng/G, das ein wichtiger Neuromodulator von Serotonin ist. Tierstudien haben gezeigt, dass Tryptamin als Regulator des Gleichgewichts zwischen aufregend und hemmend Funktionen von Serotonin, und in anderen Fällen wirkt Tryptamin als Neurotransmitter mit spezifischen Rezeptoren, unabhängig von Serotonin.^[2]

• Synthese von NAD/NADP. Tryptophan spielt eine Rolle als Substrat für die Synthese der Coenzyme NAD (Nicotinamidadenindinukleotid) und NADP. NAD und NADP sind Coenzyme, die für Elektronentransferreaktionen (d. h. Redoxreaktionen) in allen lebenden Zellen essentiell sind. Diese Coenzyme werden aus aufgenommenem Tryptophan über den Kynurenin-Stoffwechselweg oder aus Niacin (Vitamin B3).^[2]

• Synthese von Vitamin B3. Tryptophan kann als Substrat für die Synthese von Nikotinsäure (Vitamin B3) in der Leber über den oben erwähnten Kynurenin/Chinolinsäure-Weg. Es sind jedoch neun Umwandlungsschritte erforderlich und diese Umwandlung ist nicht sehr effizient. Um ein Milligramm Nikotinsäure herzustellen, werden etwa 60 mg Tryptophan benötigt. Die empfohlene Tagesdosis an Nikotinsäure beträgt 17 mg pro Tag. Die Aufnahme von Vitamin B3 über die Nahrung ist in der Regel so hoch, dass eine zusätzliche Synthese aus Tryptophan kaum erforderlich ist.^[2]

Tryptophan hat auch Auswirkungen auf andere Neurotransmitter und Verbindungen in der zentrales Nervensystem. Die Konzentrationen von Dopamin, Noradrenalin und Beta-Endorphin nach oraler Tryptophaneinnahme erhöht. Tryptophan spielt wahrscheinlich auch eine Rolle bei der Modulation der über die Serotoninsynthese Hormonsystem (Cortisol, prolaktin und Wachstumshormon).^[2]

Absorption

Nach der Nahrungsaufnahme wird Tryptophan aus Nahrungseiweiß freigesetzt und leicht über die Kapillaren in der Darmwand aufgenommen. Es wird über die zur Leber transportiert Pfortader. Die Aufnahme und Verwertung von Tryptophan sind anfällig sowohl für primäre angeborene genetische Defekte als auch für sekundäre Darmerkrankungen. Darüber hinaus gibt es mehrere erbliche Autoimmunerkrankungen des Darms, die die Aufnahme beeinflussen, wie z Zöliakie und der Morbus Crohn.

Bei der Morbus Hartnup Gibt es eine reduzierte Rückresorption von Tryptophan im Nieren sowie eine gestörte Aufnahme (Malabsorption) von Tryptophan im Darm. Seine neurologischen Manifestationen werden teilweise durch Abbauprodukte von Tryptophan im Darm verursacht. Dies spielt auch eine Rolle bei der Blaues Windel-Syndrom. Der bakterielle Abbau von Tryptophan im Darm führt dann zu einer übermäßigen Produktion von Indole. Diese Indole werden in der Leber umgewandelt indisch, das wasserlöslich ist und dann in den Urin. Bei Luftkontakt oxidiert diese Verbindung, wo eine eigentümliche Indigo Blau Verfärbung des Urins. Symptome sind in der Regel Verdauungsstörungen, Fieber und Sehprobleme.

Pharmakokinetik

Transport über die Blut-Hirn-Schranke

Nach dem Verzehr wird Tryptophan im gesamten menschlichen Körper verteilt Kreislauf. Im Gegensatz zu den anderen 19 für die Proteinsynthese^[7] Aminosäuren werden schätzungsweise 75 % bis 85 % des zirkulierenden Tryptophans gebunden an Albumin (einige Schätzungen gehen sogar bis zu 95%). Es ist hauptsächlich das ungebundene, freie Tryptophan, das für den Transport über die Blut-Hirn-Schranke (BHB) ist vorhanden. Da Tryptophan eine höhere Affinität für die Transportprotein dass es die Blut-Hirn-Schranke (BHB-Transporter) überwinden kann als Albumin, Tryptophan (albumingebunden), das sich in der Nähe der Blut-Hirn-Schranke befindet, wahrscheinlich will dissoziieren des Albumins, das in die Gehirn. Aufgrund dieses Unterschieds in Affinität Einige Forscher kamen zu dem Schluss, dass bis zu 75 % des an Albumin gebundenen Tryptophans für den Transport über die Blut-Hirn-Schranke verfügbar sind. Im Blutkreislauf konkurriert Tryptophan mit anderen großen neutralen Aminosäuren (wie z Histidin, Isoleucin, Leucin, Methionin, Phenylalanin, Threonin, Tyrosin und valin) für den BHB-Transporter. Da das BHB-Transporterprotein bei normalen Plasmakonzentrationen von Aminosäuren nahezu gesättigt ist, ist es sehr anfällig für Konkurrenzhemmung.

Aufgrund der Konkurrenz zwischen den großen neutralen Aminosäuren um das Transportprotein wird die Bioverfügbarkeit von Tryptophan durch die Blut-Hirn-Schranke am besten durch das Verhältnis von Tryptophan zur Summe der konkurrierenden Aminosäuren ausgedrückt. Daher hat eine Änderung dieses Verhältnisses einen signifikanten Einfluss auf die Konzentrationen von Tryptophan, die im Gehirn für die Serotoninsynthese verfügbar sind. Die Einnahme eines Cocktails aus großen neutralen Aminosäuren ohne Tryptophan ist der schnellste Weg, um einen Tryptophanmangel zu verursachen, und wird zu diesem Zweck regelmäßig in der wissenschaftlichen Forschung verwendet.

Andere Einflüsse wie Stress, Insulinresistenz, ein Mangel an Magnesium oder Vitamin B6 sowie zunehmendes Alter beeinflussen die Geschwindigkeit der Serotoninsynthese. Dennoch sind Schwankungen im Verhältnis von Tryptophan zu konkurrierenden Aminosäuren sowie die wechselnde Verfügbarkeit von Tryptophan in der Nahrung die beiden Faktoren, die diesen Prozess am stärksten beeinflussen.^[2]

Erhöhte Verfügbarkeit

Bis zu einem gewissen Grad kann die Verfügbarkeit von Tryptophan für das Gehirn durch die Einnahme erhöht werden Kohlenhydrate und durch Erhöhung der Aufnahme von Protein zu senken. Die Aufnahme von Kohlenhydraten hat keinen Einfluss auf den Tryptophanspiegel im Blutkreislauf, kann jedoch die Konzentrationen konkurrierender Aminosäuren durch Aktivierung von Insulin, die die relative Verfügbarkeit von Tryptophan für den Transport zum Gehirn erhöht. Protein enthält tatsächlich relativ niedrige Konzentrationen an Tryptophan und die Einnahme einer Proteinmahlzeit erhöht die Konzentration konkurrierender Aminosäuren im Vergleich zu Tryptophan. Das Ergebnis ist ein größerer Wettbewerbsvorteil konkurrierender Aminosäuren gegenüber Tryptophan beim Transport durch die Blut-Hirn-Schranke. Der Verzehr von Kohlenhydraten oder Proteinen kann die Verfügbarkeit von Tryptophan für die Serotoninsynthese verändern. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass Veränderungen in der relativen Verfügbarkeit von Tryptophan durch Manipulation der Protein- oder Kohlenhydrataufnahme wesentlich genug sind, um das Verhalten eines gesunden Individuums signifikant zu beeinflussen.^[2]

Neben diesen Ernährungsfaktoren, die die Verfügbarkeit von Tryptophan für die Serotoninsynthese beeinflussen, ist es auch Alkoholkonsum gezeigt, dass es das Verhältnis von Tryptophan zu konkurrierenden Aminosäuren verringert. Die Abnahme beträgt etwa 10 % nach etwa 30 Minuten und 20 % – 25 % etwa eineinhalb bis zwei Stunden nach der Einnahme. Dies legt nahe, dass die Serotoninsynthese unter diesen Bedingungen reduziert ist. Während die durchschnittliche Person diesen Serotoninmangel wahrscheinlich tolerieren kann, ohne das Verhalten zu beeinträchtigen, kann bei gefährdeten Personen ein stärkerer negativer Effekt (z. B. 50% oder mehr) auftreten. Diese Anfälligkeit kann auf eine bereits bestehende verminderte Serotoninfunktion zurückzuführen sein, die durch die verminderte Serotoninsynthese nach Alkoholkonsum weiter beeinträchtigt werden könnte.^[2]

Ein möglicher Überschuss an Tryptophan wird in . umgewandelt Xanthurensäure, die dann über die Nieren ausgeschieden werden können.

Geschichte

Frederick Gowland Hopkins und Sydney Cole entdeckte Tryptophan in 1901 nachdem ich es isoliert habe Kasein-Protein.^[8] Seine molekulare Struktur wurde einige Zeit später von Ellinger und Flamand aufgeklärt.^[2] Die erste Synthese von Tryptophan fand 1949 statt, aber in den 1980er Jahren wurde die chemische Synthese von Tryptophan durch Fermentationsverfahren ersetzt, die stark erhöhte Ausbeuten lieferten.

Die Entdeckung, dass Tryptophan ein unverzichtbarer Lebensmittelbestandteil ist, fand in den 1950er Jahren statt. In den 1970er und 1980er Jahren wurde entdeckt, dass Tryptophan den Schlaf fördert. Während dieser Zeit wurde Tryptophan als Therapeutikum gegen chronische Schlaflosigkeit eingesetzt.

In den achtziger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts wurde das erste tryptophanhaltige Nahrungsergänzungsmittel auf dem Markt. Kurz darauf, 1988 und 1989, kam es zu einem Ausbruch von Eosinophilie-Myalgie-Syndrom (EMS) unter den Nutzern von Tryptophan-Ergänzungen, bei denen 37 Menschen starben und mehr als 1.500 Tryptophan-Nutzer ernsthaft erkrankten. Nach Untersuchungen wurde die Quelle des Ausbruchs auf einen einzigen Rohstoffhersteller, die "Showa Denko Company of Japan", zurückgeführt und als Ursache eine neue Art der Tryptophansynthese mit gentechnisch veränderten Bakterien gefunden.^[2] Als Ergebnis war das Tryptophan-Ausgangsmaterial mit einer Fremdsubstanz kontaminiert. Als Folge des EMS-Ausbruchs haben die USA Food and Drug Administration (FDA) alle rezeptfrei Verkauf von Tryptophan-Nahrungsergänzungsmitteln, was nur eine begrenzte Verwendung von Tryptophan ermöglicht, das von Herstellern in den Vereinigten Staaten hergestellt wird. L-Tryptophan wurde auch in mehreren anderen Ländern verboten. Seit 1989 wurden keine Zwischenfälle nach der Einnahme von Tryptophan-Ergänzungen gemeldet. In den USA wurde das Verbot 2001 aufgehoben.^[2]

Siehe auch

• Tryptamin
• Dimethyltryptamin
• Tyrosin