Τρυπτοφάνη

Τρυπτοφάνη
Γενικά
Όνομα IUPAC	Τρυπτοφάνη; (2S)-2-αμινο-3-(ινδολ-3-υλ)προπανοϊκό οξύ
Άλλες ονομασίες	Θρυπτοφάνη
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	C11H12N2O2
Μοριακή μάζα	204,23 amu
Συντομογραφίες	trp ή W
Αριθμός CAS	73-22-3
SMILES	c1ccc2c(c1)c(c[nH]2)C[C@@H](C(=O)O)N
InChI	1S/C11H12N2O2/c12-9(11(14)15)5-7-6-13-10-4-2-1-3-8(7)10/h1-4,6,9,13H,5,12H2,(H,14,15)/t9-/m0/s1; Κλειδί: QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N
Αριθμός UN	8DUH1N11BX
PubChem CID	6305
ChemSpider ID	6066
Φυσικές ιδιότητες
Διαλυτότητα; στο νερό	Διαλυτό: 230 g/m³ στους 0 °C; 11,4 kg/m³ στους 25 °C; 17,1 kg/m³ στους 50 °C; 27,95 kg/m³ στους 75 °C
Διαλυτότητα; σε άλλους διαλύτες	Διαλυτή στην αιθανόλη; Διαλυτή στα υδροξείδια των αλκαλιμετάλλων; Αδιάλυτη στο χλωροφόρμιο
Χημικές ιδιότητες
pKa1	2,38 (-COOH)
pKa2	9,39 (-NH3+)
pI	5,89
	Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Η τρυπτοφάνη^[1] 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)^[2]. 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.

Απομόνωση

Η απομόνωση της τρυπτοφάνης αναφέρθηκε για πρώτη φορά από τον Φρέντερικ Χόπκινς (Frederick Hopkins) το 1901^[3], μέσω υδρόλυσης καζεΐνης. Από 600 γραμμάρια ακατέργαστης καζεΐνης μπορεί κάποιος να απομονώσει 4-8 γραμμάρια τρυπτοφάνης^[4].

Βιοσύνθεση

Φυτά και μικροοργανισμοί συνήθως συνθέτουν την τρυπτοφάνη από σικιμικό οξύ ή ανθρανιλικό οξύ^[5]. 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.

Βιομηχανική παραγωγή

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.

Λειτουργικότητα

.

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 ^[6]^[7].
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^[8].
Η νιασίνη συνθέτεται από την τρυπτοφάνη μέσω κυνουρενίνης και κουϊνολικού οξέος ως νευραλγικής σημασίας βιοσυνθετικά ενδιάμεσα^[9].
Η αυξίνη (μια φυτοορμόνη): Όταν στοιχεία σωλήνα ηθμού υφίστανται απόπτωση, η τρυπτοφάνη μετατρέπεται σε αυξίνες^[10].

Οι διαταραχές δυσαπορρόφηση φρουκτόζης και δυσανεξία στη λακτόζη προκαλούν ακατάλληλη απορρόφηση της τρυπτοφάνης στο έντερο, μειώνουν το επίπεδο συγκέντρωσης της τρυπτοφάνης στο αίμα^[11] και κατάθλιψη^[12].

Σε βακτήρια που συνθέτουν τρυπτοφάνη, υψηλό επίπεδο κυτταρικής συγκέντρωσης αυτού του αμινοξέος ενεργοποιούν μια αμυντική πρωτεΐνη - παρεμποδιστή, που παρεμποδίζει τη δράση του οπερόνιου τρυπτοφάνης^[13]. 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.

Αναφορές και σημειώσεις

↑ Δείτε τις εναλλακτικές ονομασίες και επίσημες συντομογραφίες στον παρακείμενο πίνακα πληροφοριών χημικής ένωσης.
↑ Pallaghy PK, Melnikova AP, Jimenez EC, Olivera BM, Norton RS (1999). "Solution structure of contryphan-R, a naturally-occurring disulfide-bridged octapeptide containing D-tryptophan: comparison with protein loops". Biochemistry 38 (35): 11553–9. doi:10.1021/bi990685j. PMID 10471307.
↑ Hopkienns FG, Cole SW (1901). "A contribution to the chemistry of proteids: Part I. A preliminary study of a hitherto undescribed product of tryptic digestion". J. Physiol. (Lond.) 27 (4–5): 418–28. PMC 1540554. PMID 16992614.
↑ Cox GJ, King Η (1943), "L-Tryptophane", Org. Synth.; Coll. Vol. 2: 612–616
↑ Radwanski ER, Last RL (1995). "Tryptophan biosynthesis and metabolism: biochemical and molecular genetics". Plant Cell 7 (7): 921–34. doi:10.1105/tpc.7.7.921. PMC 160888. PMID 7640526.
↑ Fernstrom JD (1983). "Role of precursor availability in control of monoamine biosynthesis in brain". Physiol. Rev. 63 (2): 484–546. PMID 6132421.
↑ Schaechter JD, Wurtman RJ (1990). "Serotonin release varies with brain tryptophan levels". Brain Res. 532 (1–2): 203–10. doi:10.1016/0006-8993(90)91761-5. PMID 1704290.
↑ Wurtman RJ, Anton-Tay F (1969). "The mammalian pineal as a neuroendocrine transducer". Recent Prog. Horm. Res. 25: 493–522. PMID 4391290.
↑ Ikeda M, Tsuji H, Nakamura S, Ichiyama A, Nishizuka Y, Hayaishi Ο (1965). "Studies on the biosynthesis of nicotinamide adenine dinucleotide. II. A role of picolinic carboxylase in the biosynthesis of nicotinamide adenine dinucleotide from tryptophan in mammals". J. Biol. Chem. 240 (3): 1395–401. PMID 14284754.
↑ Palme K, Nagy F (April 2008). "A new gene for auxin synthesis". Cell 133 (1): 31–2. doi:10.1016/j.cell.2008.03.014. PMID 18394986.
↑ Ledochowski M, Widner B, Murr C, Sperner-Unterweger B, Fuchs D (2001). "Fructose malabsorption is associated with decreased plasma tryptophan". Scand. J. Gastroenterol. 36 (4): 367–71. doi:10.1080/003655201300051135. PMID 11336160.
↑ Ledochowski M, Sperner-Unterweger B, Widner B, Fuchs D (1998). "Fructose malabsorption is associated with early signs of mental depression". Eur. J. Med. Res. 3 (6): 295–8. PMID 9620891.
↑ Gollnick P, Babitzke P, Antson A, Yanofsky C (2005). "Complexity in regulation of tryptophan biosynthesis in Bacillus subtilis". Annu. Rev. Genet. 39: 47–68. doi:10.1146/annurev.genet.39.073003.093745. PMID 16285852.

Αυτό το λήμμα σχετικά με τη βιοχημεία χρειάζεται επέκταση. Μπορείτε να βοηθήσετε την Βικιπαίδεια επεκτείνοντάς το.

[1] Δείτε τις εναλλακτικές ονομασίες και επίσημες συντομογραφίες στον παρακείμενο πίνακα πληροφοριών χημικής ένωσης.

[2] Pallaghy PK, Melnikova AP, Jimenez EC, Olivera BM, Norton RS (1999). "Solution structure of contryphan-R, a naturally-occurring disulfide-bridged octapeptide containing D-tryptophan: comparison with protein loops". Biochemistry 38 (35): 11553–9. doi:10.1021/bi990685j. PMID 10471307.

[3] Hopkienns FG, Cole SW (1901). "A contribution to the chemistry of proteids: Part I. A preliminary study of a hitherto undescribed product of tryptic digestion". J. Physiol. (Lond.) 27 (4–5): 418–28. PMC 1540554. PMID 16992614.

[4] Cox GJ, King Η (1943), "L-Tryptophane", Org. Synth.; Coll. Vol. 2: 612–616

[5] Radwanski ER, Last RL (1995). "Tryptophan biosynthesis and metabolism: biochemical and molecular genetics". Plant Cell 7 (7): 921–34. doi:10.1105/tpc.7.7.921. PMC 160888. PMID 7640526.

[6] Fernstrom JD (1983). "Role of precursor availability in control of monoamine biosynthesis in brain". Physiol. Rev. 63 (2): 484–546. PMID 6132421.

[7] Schaechter JD, Wurtman RJ (1990). "Serotonin release varies with brain tryptophan levels". Brain Res. 532 (1–2): 203–10. doi:10.1016/0006-8993(90)91761-5. PMID 1704290.

[pmid4391290-8] Wurtman RJ, Anton-Tay F (1969). "The mammalian pineal as a neuroendocrine transducer". Recent Prog. Horm. Res. 25: 493–522. PMID 4391290.

[pmid14284754-9] Ikeda M, Tsuji H, Nakamura S, Ichiyama A, Nishizuka Y, Hayaishi Ο (1965). "Studies on the biosynthesis of nicotinamide adenine dinucleotide. II. A role of picolinic carboxylase in the biosynthesis of nicotinamide adenine dinucleotide from tryptophan in mammals". J. Biol. Chem. 240 (3): 1395–401. PMID 14284754.

[10] Palme K, Nagy F (April 2008). "A new gene for auxin synthesis". Cell 133 (1): 31–2. doi:10.1016/j.cell.2008.03.014. PMID 18394986.

[11] Ledochowski M, Widner B, Murr C, Sperner-Unterweger B, Fuchs D (2001). "Fructose malabsorption is associated with decreased plasma tryptophan". Scand. J. Gastroenterol. 36 (4): 367–71. doi:10.1080/003655201300051135. PMID 11336160.

[12] Ledochowski M, Sperner-Unterweger B, Widner B, Fuchs D (1998). "Fructose malabsorption is associated with early signs of mental depression". Eur. J. Med. Res. 3 (6): 295–8. PMID 9620891.

[13] Gollnick P, Babitzke P, Antson A, Yanofsky C (2005). "Complexity in regulation of tryptophan biosynthesis in Bacillus subtilis". Annu. Rev. Genet. 39: 47–68. doi:10.1146/annurev.genet.39.073003.093745. PMID 16285852.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]