Введение

Триптофан (символ Trp или W) — α-аминокислота, используемая в биосинтезе белков. Триптофан содержит α-аминогруппу, α-карбоксильную группу и индольный радикал, что делает его полярной молекулой с неполярным ароматическим β-углеродным заместителем. Триптофан также является предшественником нейромедиатора серотонина, гормона мелатонина и витамина B3. Он кодируется кодоном UGG. Как и другие аминокислоты, триптофан при физиологическом pH существует в виде цвиттериона, где аминогруппа протонирована (–NH3+; pKa = 9,39), а карбоксильная группа депротонирована (–COO−; pKa = 2,38). Люди и многие животные не способны синтезировать триптофан и должны получать его с пищей, что делает его незаменимой аминокислотой. В 2023 году спектр излучения триптофана был обнаружен в межзвездном газе звездного скопления IC 348. Триптофан получил свое название в честь пищеварительных ферментов трипсина, которые использовались при его первой изоляции из казеиновых белков. Ему был присвоен однобуквенный символ W из-за визуального сходства двойного кольца с громоздкой буквой.

Функция

Аминокислоты, включая триптофан, используются в качестве строительных блоков в биосинтезе белков, а белки необходимы для поддержания жизни. Триптофан является одной из менее распространенных аминокислот, встречающихся в белках, но играет важную структурную или функциональную роль, когда он присутствует. Например, остатки триптофана и тирозина играют особую роль в "якорении" мембранных белков в клеточной мембране. Триптофан, наряду с другими ароматическими аминокислотами, также важен во взаимодействиях с гликанами. Кроме того, триптофан является биохимическим предшественником следующих соединений: серотонин (нейротрансмиттер), синтезируемый триптофановой гидроксилазой. Мелатонин (нейрогормон) в свою очередь синтезируется из серотонина посредством ферментов N-ацетилтрансферазы и 5-гидроксииндол-O-метилтрансферазы. Кинуренин, в который триптофан метаболизируется преимущественно (более 95%). Два фермента, а именно индоламин-2,3-диоксигеназа (IDO) в иммунной системе и мозге, и триптофан-2,3-диоксигеназа (TDO) в печени, отвечают за синтез кинуренина из триптофана. Путь катаболизма триптофана через кинуренин изменяется при ряде заболеваний, включая психические расстройства, такие как шизофрения и тяжелая депрессия. Ниацин, также известный как витамин B3, синтезируется из триптофана через кинуренин и хинолиновую кислоту. Ауксины (класс фитогормонов) синтезируются из триптофана. Нарушение всасывания фруктозы вызывает неправильное всасывание триптофана в кишечнике, снижение уровня триптофана в крови и депрессию. У бактерий, синтезирующих триптофан, высокие внутриклеточные уровни этой аминокислоты активируют репрессорный белок, который связывается с опероном trp. Связывание этого репрессора с опероном триптофана предотвращает транскрипцию нижележащей ДНК, кодирующей ферменты, участвующие в биосинтезе триптофана. Таким образом, высокий уровень триптофана предотвращает синтез триптофана посредством механизма отрицательной обратной связи, и когда уровень триптофана в клетке снова снижается, транскрипция с оперона trp возобновляется. Это обеспечивает жесткую регуляцию и быструю реакцию на изменения внутреннего и внешнего уровня триптофана в клетке.

Рекомендуемая диетическая доля

В 2002 году Институт медицины США установил рекомендуемую суточную норму потребления триптофана в размере 5 мг/кг массы тела в день для взрослых старше 19 лет.

Пищевые источники

Триптофан содержится в большинстве продуктов, богатых белком, или диетических белках. Он особенно в изобилии представлен в шоколаде, овсе, сушеных финиках, молоке, йогурте, твороге, красном мясе, яйцах, рыбе, птице, кунжуте, нуте, миндале, семенах подсолнечника, семенах тыквы, семенах конопли, гречихе, спирулине и арахисе. Вопреки распространенному мнению

+ Содержание триптофана (Trp) в различных продуктах | Продукт | Триптофан [г/100 г продукта] | Белок [г/100 г продукта] | Триптофан/белок [%]
---|---|---|---|---
Яичный белок, сухой | 1,00 | 81,10 | 1,23
Спирулина, сухая | 0,92 | 57,47 | 1,62
Треска атлантическая, сухая | 0,70 | 62,82 | 1,11
Соевые бобы, сырые | 0,59 | 36,49 | 1,62
Сыр, пармезан | 0,56 | 37,90 | 1,47
Семена чиа, сухие | 0,44 | 16,50 | 2,64
Семена кунжута | 0,37 | 17,00 | 2,17
Семена конопли, очищенные | 0,37 | 31,56 | 1,17
Сыр, чеддер | 0,32 | 24,90 | 1,29
Семена подсолнечника | 0,30 | 17,20 | 1,74
Свинина, отбивная | 0,25 | 19,27 | 1,27
Индейка | 0,24 | 21,89 | 1,11
Курица | 0,24 | 20,85 | 1,14
Говядина | 0,23 | 20,13 | 1,12
Овес | 0,23 | 16,89 | 1,39
Лосось | 0,22 | 19,84 | 1,12
Баранина, отбивная | 0,21 | 18,33 | 1,17
Окунь атлантический | 0,21 | 18,62 | 1,12
Нут, сырой | 0,19 | 19,30 | 0,96
Яйцо | 0,17 | 12,58 | 1,33
Мука пшеничная, высший сорт | 0,13 | 10,33 | 1,23
Шоколад для выпечки, несладкий | 0,13 | 12,90 | 1,23
Молоко | 0,08 | 3,22 | 2,34
Рис, белый, среднезерный, вареный | 0,03 | 2,38 | 1,18
Киноа, сырая | 0,17 | 14,12 | 1,20
Киноа, вареная | 0,05 | 4,40 | 1,10
Картофель, рассольный | 0,02 | 2,14 | 0,84
Тамаринд | 0,02 | 2,80 | 0,64
Банан | 0,01 | 1,03 | 0,87

Депрессия

Поскольку триптофан преобразуется в 5-гидрокситриптофан (5-HTP), который затем преобразуется в нейромедиатор серотонин, было предложено, что употребление триптофана или 5-HTP может облегчить симптомы депрессии, повышая уровень серотонина в мозге. Триптофан продается без рецепта в Соединенных Штатах (после периода запретов различной степени строгости с 1989 по 2005 год) и в Соединенном Королевстве в качестве диетической добавки для использования в качестве антидепрессанта, анксиолитика и средства для улучшения сна. В некоторых европейских странах он также отпускается по рецепту для лечения тяжелой депрессии. Имеются данные, свидетельствующие о том, что изменение диеты вряд ли повлияет на уровень триптофана в крови, но употребление очищенного триптофана повышает уровень серотонина в мозге, в то время как употребление продуктов, содержащих триптофан, не оказывает такого эффекта. В 2001 году был опубликован систематический обзор Кокрана, посвященный влиянию 5-HTP и триптофана на депрессию. Авторы включили в обзор только исследования с высокой методологической строгостью и рассмотрели как 5-HTP, так и триптофан из-за ограниченного объема данных по каждому из них. Из 108 исследований 5-HTP и триптофана при депрессии, опубликованных в период с 1966 по 2000 год, только два соответствовали критериям качества авторов для включения, в общей сложности с участием 64 испытуемых. В этих двух исследованиях вещества оказались более эффективными, чем плацебо, однако авторы отмечают, что "доказательства были недостаточно убедительными" и подчеркивают, что "поскольку существуют альтернативные антидепрессанты, эффективность и безопасность которых доказаны, клиническая ценность 5-HTP и триптофана в настоящее время ограничена". Использование триптофана в качестве дополнительной терапии к стандартному лечению расстройств настроения и тревоги не подтверждается научными данными.

Бессонница

В руководствах по клинической практике Американской академии медицины сна 2017 года не рекомендовалось использовать триптофан для лечения бессонницы из-за его низкой эффективности.

Побочные эффекты

Потенциальные побочные эффекты приема триптофана включают тошноту, диарею, сонливость, головокружение, головную боль, сухость во рту, нечеткость зрения, седацию, эйфорию и нистагм (непроизвольные движения глаз).

Взаимодействия

Триптофан, принимаемый в качестве диетической добавки (например, в форме таблеток), может спровоцировать серотониновый синдром при одновременном применении с антидепрессантами класса МАОИ или СИОЗС, либо с другими сильно серотонинергическими препаратами. Хопкинс выделял триптофан из гидролизованного казеина, получая 4–8 г триптофана из 600 г сырого казеина.

Биосинтез и промышленное производство

Как незаменимая аминокислота, триптофан не синтезируется из более простых веществ у человека и других животных, поэтому он должен поступать с пищей в составе белков, содержащих триптофан. Растения и микроорганизмы обычно синтезируют триптофан из шикиминовой кислоты или антранилата: антранилат конденсируется с фосфорибозилпирофосфатом (ПРПФ), образуя пирофосфат как побочный продукт. Рибозное кольцо раскрывается и подвергается редуктивному декарбоксилированию, в результате чего образуется индол-3-глицерофосфат; он, в свою очередь, превращается в индол. На последнем этапе триптофансинтаза катализирует образование триптофана из индола и аминокислоты серина. Промышленное производство триптофана также является биосинтетическим и основано на ферментации серина и индола с использованием диких или генетически модифицированных бактерий, таких как B. amyloliquefaciens, B. subtilis, C. glutamicum или E. coli. Эти штаммы несут мутации, препятствующие реабсорбции ароматических аминокислот, или содержат множественные/сверхэкспрессированные опероны trp. Преобразование катализируется ферментом триптофансинтазой.

Гипотеза о мясе индейки и сонливости

В США и Великобритании распространено утверждение, что обильное употребление мяса индейки во время Дня благодарения и Рождества вызывает сонливость из-за высокого содержания в нем триптофана. Однако количество триптофана в индейке сопоставимо с его содержанием в других видах мяса. Употребление пищи, богатой углеводами, стимулирует высвобождение инсулина. Инсулин, в свою очередь, стимулирует поглощение мышцами больших нейтральных аминокислот с разветвленной цепью (BCAA), но не триптофана, что увеличивает соотношение триптофана к BCAA в кровотоке. Это повышение соотношения триптофана снижает конкуренцию за переносчик крупных нейтральных аминокислот (который транспортирует как BCAA, так и ароматические аминокислоты), что приводит к увеличению поглощения триптофана через гематоэнцефалический барьер в спинномозговую жидкость (СМЖ). Попав в СМЖ, триптофан преобразуется в серотонин в ядрах шва (raphe nuclei) посредством нормального ферментативного пути. Образовавшийся серотонин затем метаболизируется в гормон мелатонин – важный регулятор циркадных ритмов – в шишковидной железе. Триптофан влияет на синтез серотонина в мозге при пероральном приеме в очищенном виде и используется для изменения уровня серотонина в исследовательских целях. Исследования с использованием этого метода оценили влияние серотонина на настроение и социальное поведение, показав, что серотонин снижает агрессивность и повышает склонность к согласию.

Флуоресценция

Триптофан — важный внутренний флуоресцентный зонд (аминокислота), который можно использовать для оценки характеристик микроокружения вокруг остатка триптофана. Большая часть собственной флуоресценции свернутого белка обусловлена возбуждением остатков триптофана.