التربتوفان: الخصائص ، الهيكل ، الوظائف ، الفوائد - مادة الاحياء - 2025

و التربتوفان (التربتوفان، W) هو حمض اميني يصنف ضمن مجموعة من الأحماض الأمينية الأساسية لأن الجسم البشري لا يمكن توليف ويجب الحصول عليه من خلال اتباع نظام غذائي.

تحتوي بعض الأطعمة مثل الحليب ومشتقاته واللحوم والبيض وبعض الحبوب مثل الكينوا وفول الصويا على أحماض أمينية أساسية ، وبالتالي فهي مصدر مهم للتربتوفان.

التركيب الكيميائي للحمض الأميني التربتوفان (المصدر: كلافيسين عبر ويكيميديا ​​كومنز)

أكثر من 300 نوع من الأحماض الأمينية معروفة في الطبيعة ومن بينها 22 فقط تشكل الوحدات الأحادية للبروتينات الخلوية. من بين هذه الأخيرة ، هناك 9 أحماض أمينية أساسية ، بما في ذلك التربتوفان ، ومع ذلك ، تختلف أهمية كل منها من نوع إلى آخر.

التربتوفان له وظائف مختلفة ، بما في ذلك مشاركته في تخليق البروتين ، في تخليق السيروتونين ، وهو مضيق للأوعية وناقل عصبي قوي ، من الميلاتونين وفي تخليق العامل المساعد NAD.

في المملكة النباتية ، يعتبر التربتوفان مقدمة أساسية للهرمون النباتي أوكسين (حمض الإندول -3 الخليك). يمكن تصنيعه بواسطة بعض البكتيريا مثل E. coli من chorismate ، والتي يتم إنتاجها من بعض مشتقات حال السكر مثل phosphoenolpyruvate و erythrose-4-phosphate.

يحدث تحللها في الثدييات في الكبد ، حيث يتم استخدامه لتخليق أنزيم أسيتيل أ (أسيتيل- CoA) ، ولهذا السبب يوصف بأنه حمض أميني يسمى الجلوكوجينيك ، لأنه يمكن أن يدخل دورة تكوين الجلوكوز.

تم الإبلاغ عن العديد من الدراسات ذات النتائج المثيرة للجدل المتعلقة باستخدام التربتوفان كمكمل غذائي لعلاج بعض الأمراض مثل الاكتئاب وبعض اضطرابات النوم وغيرها.

هناك بعض الأمراض المتعلقة بعيوب خلقية في استقلاب الأحماض الأمينية. في حالة التربتوفان ، يمكن تسمية مرض هارتنوب ، بسبب نقص التربتوفان -2 ، 3-مونو أوكسيجيناز ، وهو مرض وراثي متنحي يتميز بالتخلف العقلي واضطرابات الجلد الشبيهة بالبلاجرا.

مميزات

جنبا إلى جنب مع فينيل ألانين وتيروزين ، التربتوفان هو في مجموعة من الأحماض الأمينية العطرية والطارئة للماء.

ومع ذلك ، يتميز التربتوفان بكونه حمض أميني كاره للماء إلى حد ما حيث أن السلسلة الجانبية العطرية ، التي تحتوي على مجموعات قطبية ، تخفف من هذه الكراهية للماء.

نظرًا لأن لديهم حلقات مترافقة ، فإن لديهم امتصاصًا قويًا للضوء في منطقة الطيف بالقرب من الأشعة فوق البنفسجية ، وكثيرًا ما تُستخدم هذه الخاصية للتحليل الهيكلي للبروتينات.

يمتص الأشعة فوق البنفسجية (بين 250 و 290 نانومتر) ، وعلى الرغم من أن هذا الحمض الأميني ليس وفيرًا جدًا في بنية معظم البروتينات في جسم الإنسان ، إلا أن وجوده يمثل مساهمة مهمة في قدرة امتصاص الضوء في منطقة 280 نانومتر لمعظم البروتينات.

تختلف متطلبات التربتوفان اليومية مع تقدم العمر. عند الرضع الذين تتراوح أعمارهم بين 4 و 6 أشهر ، يكون متوسط ​​الحاجة حوالي 17 مجم لكل كيلوغرام من الوزن في اليوم ؛ عند الأطفال من 10 إلى 12 عامًا ، يبلغ 3.3 مجم لكل كيلوجرام من الوزن يوميًا ، وفي البالغين 3.5 مجم لكل كيلوجرام من الوزن يوميًا.

يمتص التربتوفان من خلال القناة الهضمية وهو حمض أميني كيتوجينيك وجلوكوجينيك في نفس الوقت.

نظرًا لأنه مقدمة من مادة السيروتونين ، وهو ناقل عصبي مهم ، يجب أن يصل التربتوفان إلى الجهاز العصبي المركزي (CNS) ولهذا يجب أن يعبر الحاجز الدموي الدماغي ، والذي توجد له آلية نقل نشطة محددة.

بناء

يحتوي التربتوفان على الصيغة الجزيئية C11H12N2O2 وهذا الحمض الأميني الأساسي له سلسلة جانبية عطرية.

مثل جميع الأحماض الأمينية ، يحتوي التربتوفان على ذرة كربون ألفا مرتبطة بمجموعة أمينية (NH2) ، وذرة هيدروجين (H) ، ومجموعة كربوكسيل (COOH) وسلسلة جانبية (R) مكونة من بنية حلقية غير متجانسة ، مجموعة الإندول.

اسمها الكيميائي هو 2-amino-3-indolyl propionic acid ، ولها كتلة جزيئية 204.23 جم / مول. ذوبانه عند 20 درجة مئوية هو 1.06 جم في 100 جم من الماء وبكثافة 1.34 جم / سم 3.

المميزات

في البشر ، يستخدم التربتوفان لتخليق البروتين وهو ضروري لتكوين السيروتونين (5-هيدروكسي تريبتامين) ، وهو مضيق للأوعية قوي ، ومحفز لتقلص العضلات الملساء (خاصة في الأمعاء الدقيقة) وناقل عصبي قادر على توليد التحفيز النفسي ومكافحة الاكتئاب وتنظيم القلق.

التربتوفان هو مقدمة في تكوين الميلاتونين وبالتالي له آثار على دورات النوم والاستيقاظ.

يتم استخدام الحمض الأميني المذكور كمقدمة في أحد المسارات الثلاثة لتشكيل العامل المساعد NAD ، وهو عامل مساعد مهم جدًا يشارك في مجموعة كبيرة ومتنوعة من التفاعلات الأنزيمية المتعلقة بأحداث تقليل الأكسدة.

يستخدم التربتوفان وبعض سلائفه في تكوين هرمون نباتي يسمى أوكسين (إندول -3 حمض أسيتيك). الأكسينات هي هرمونات نباتية تنظم النمو والتطور والعديد من الوظائف الفسيولوجية للنباتات.

التخليق الحيوي

في الكائنات الحية القادرة على تصنيعه ، يتم اشتقاق الهيكل الكربوني للتربتوفان من فوسفوينول بيروفات وإريثروز -4 فوسفات. وتتشكل هذه بدورها من وسيط في دورة كريبس: أوكسالأسيتات.

يتم استخدام Phosphoenolpyruvate و erythrose-4-phosphate لتخليق chorismate في مسار إنزيمي من سبع خطوات. Phosphoenolpyruvate (PEP) هو نتاج تحلل السكر وإريثروز -4-فوسفات لمسار فوسفات البنتوز.

ما هو المسار التوليفي للكوريزمات؟

الخطوة الأولى في تخليق chorismate هي ربط PEP مع erythrose-4-phosphate لتشكيل 2-keto-3-deoxy-D-arabino-heptulosonate-7-phosphate (DAHP).

يتم تحفيز هذا التفاعل عن طريق إنزيم 2-كيتو-3-ديوكسي-د-أرابينو-هيبتولوسونات-7-فوسفات سينثيز (DAHP سينثيز) ، والذي يتم تثبيته بواسطة chorismate.

يتضمن التفاعل الثاني تحلل DAHP بواسطة dehydroquinate synthase ، وهو إنزيم يتطلب العامل المساعد NAD ، والذي يتم تقليله أثناء هذا التفاعل ؛ ونتيجة لذلك يتم إنتاج 5-ديهيدروكوين.

تتضمن الخطوة الثالثة في هذا المسار إزالة جزيء الماء من 5-dehydroquinate ، وهو تفاعل يحفزه إنزيم dehydroquinate dehydratase ، والذي يتوافق الناتج النهائي منه مع 5-dehydro shikimate.

يتم تقليل مجموعة الكيتو من هذا الجزيء إلى مجموعة هيدروكسيل ، ونتيجة لذلك يتم تكوين شيكيمات. الإنزيم الذي يحفز هذا التفاعل هو shikimate dehydrogenase المعتمد على NADPH.

تتضمن الخطوة الخامسة من المسار تكوين شيكيمات 5-فوسفات واستهلاك جزيء ATP بفعل إنزيم يُعرف باسم shikimate kinase ، وهو المسؤول عن فسفرة شيكيمات في الموضع 5.

بعد ذلك ، من شيكيمات 5-فوسفات وبعمل 3-enolpyruvyl shikimate-5-phosphate synthase ، يتم إنشاء 3-enolpyruvyl shikimate 5-phosphate. يعزز الإنزيم المذكور إزاحة مجموعة الفوسفوريل للجزيء الثاني من PEP بواسطة مجموعة الهيدروكسيل للكربون في الموضع 5 من شيكيمات 5-فوسفات.

يتم تحفيز التفاعل السابع والأخير بواسطة chorismate synthase ، الذي يزيل الفوسفات من 3-enolpyruvyl shikimate 5-phosphate ويحوله إلى chorismate.

في الفطر N. crassa ، يحفز مركب إنزيم واحد متعدد الوظائف خمسة من التفاعلات السبعة في هذا المسار ، وتضاف ثلاثة إنزيمات أخرى إلى هذا المركب التي تنتهي بتوليد التربتوفان.

تخليق التربتوفان في البكتيريا

في الإشريكية القولونية ، يتضمن تحويل الكورسمات إلى التربتوفان مسارًا بخمس خطوات إنزيمية إضافية:

أولاً ، يقوم إنزيم anthranilate synthase بتحويل chorismate إلى anthranilate. يشارك جزيء الجلوتامين في هذا التفاعل ، والذي يتبرع بالمجموعة الأمينية التي ترتبط بحلقة الإندول من التربتوفان وتتحول إلى جلوتامات.

يتم تحفيز الخطوة الثانية بواسطة anthranilate phosphoribosyl transferase. في هذا التفاعل ، يتم إزاحة جزيء بيروفوسفات من 5-فوسفوريبوزيل-1-بيروفوسفات (PRPP) ، وهو مستقلب غني بالطاقة ، ويتم تشكيل N- (5′-phosphoribosyl) -anthranilate.

يتضمن التفاعل الثالث في هذا المسار لتخليق التربتوفان مشاركة إنزيم إيزوميراز فسفوريبوزيل أنثرانيلات. هنا يتم فتح حلقة الفوران لـ N- (5′-phosphoribosyl) -anthranilate ويتم تشكيل 1- (o-carboxyphenylamino) -1-deoxyribulose 5-phosphate عن طريق التكثيف.

في وقت لاحق ، يتم تكوين إندول-3-جلسرين فوسفات ، في تفاعل محفز بواسطة سينثيز إندول -3-جلسرين فوسفات ، حيث يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون وجزيء H2O و 1- (o-carboxyphenylamino) -1- يتم تدويره. 5-فوسفات ديوكسيريبولوز.

ينتهي التفاعل الأخير لهذا المسار بتكوين التربتوفان عندما يحفز سينثيز التربتوفان تفاعل فوسفات الإندول 3-الجلسرين مع جزيء PLP (فوسفات بيريدوكسال) وآخر من سيرين ، مما يؤدي إلى إطلاق جليسيرالديهيد 3-فوسفات وتشكيل التربتوفان.

انحلال

في الثدييات ، يتم تقسيم التربتوفان إلى أسيتيل CoA في الكبد في مسار يتضمن اثنتي عشرة خطوة إنزيمية: ثماني خطوات للوصول إلى α-ketoadipate و 4 أخرى لتحويل α-ketoadipate إلى أنزيم أسيتيل أ.

ترتيب التحلل إلى α-ketoadipate هو:

التربتوفان → N-formyl quinurenine → Quinurenine → 3-hydroxy quinurenine → 3-hydroxy-anthranilate → ε-semialdehyde 2-amino-3-carboxy muconic → ε-semialdehyde α-amino muconic → 2-amino muconate → α-ketoadip.

الإنزيمات التي تحفز هذه التفاعلات على التوالي هي:

التربتوفان 2-3-ديوكسيجيناز ، كينورينين فورماميداز ، أحادي أوكسجيناز المعتمد على NADPH ، كينورينيناز ، 3-هيدروكسي-أنثرانيلات أوكسيجيناز ، ديكاربوكسيلاز ، NAD-semialdehyde α-aminonuconic dehydrogenase ، و α-amino muconate redhydrogenase تعتمد على NADPH.

بمجرد إنشاء α-ketoadipate ، يتم تشكيل Glutaryl-CoA عن طريق نزع الكربوكسيل المؤكسد. هذا ، عن طريق أكسدة البيتا ، يشكل Glutaconyl-CoA الذي يفقد ذرة كربون على شكل بيكربونات (HCO3-) ، ويكتسب جزيء ماء وينتهي به الحال في شكل كروتونيل CoA.

ينتج Crotonyl-CoA ، أيضًا عن طريق أكسدة ß ، أسيتيل CoA. يمكن أن يتبع acetyl-CoA عدة مسارات ، لا سيما استحداث السكر ، لتكوين الجلوكوز ، ودورة كريبس ، لتكوين ATP ، حسب الحاجة.

ومع ذلك ، يمكن أيضًا توجيه هذا الجزيء نحو تكوين أجسام الكيتون ، والتي يمكن استخدامها أخيرًا كمصدر للطاقة.

الأطعمة الغنية بالتريبتوفان

اللحوم الحمراء بشكل عام والدجاج والأسماك (خاصة الأسماك الزيتية مثل السلمون والتونة) غنية بشكل خاص بالتريبتوفان. الحليب ومشتقاته ، والبيض ، وخاصة صفار البيض ، من الأطعمة التي تحتوي على نسبة وفيرة من التربتوفان.

الأطعمة الأخرى التي تعمل كمصدر طبيعي لهذا الأحماض الأمينية هي:

- الفواكه المجففة مثل الجوز واللوز والفستق والكاجو وغيرها.

- حبوب الأرز.

- الحبوب الجافة مثل الفول والعدس والحمص وفول الصويا والكينوا وما إلى ذلك.

- خميرة البيرة والفاصوليا الطازجة والموز والموز والأناناس أو الأناناس والأفوكادو والخوخ والجرجير والبروكلي والسبانخ والشوكولاتة.

فوائد تناوله

يعد استهلاك التربتوفان ضروريًا للغاية لتجميع كل تلك البروتينات التي تشمله في بنيته ومن خلال وظائفه المختلفة ، فإنه يسمح بتنظيم دورات المزاج والنوم والاستيقاظ ومجموعة كبيرة ومتنوعة من العمليات الكيميائية الحيوية التي يشارك فيها NAD..

بالإضافة إلى التأثيرات المعروفة على الحالة المزاجية ، يشارك السيروتونين (المشتق من التربتوفان) في العديد من الوظائف المعرفية المتعلقة بالتعلم والذاكرة ، والتي ترتبط أيضًا بالتريبتوفان.

هناك بيانات توضح العلاقة بين الحالة المزاجية والسيروتونين ومحور الجهاز الهضمي والدماغ كنظام للتأثيرات ثنائية الاتجاه بين المراكز العاطفية والمعرفية في الدماغ والوظيفة المحيطية للجهاز الهضمي.

كان استخدامه كمكمل غذائي لعلاج بعض الاضطرابات ، خاصة تلك المتعلقة بالجهاز العصبي المركزي ، مثيرًا للجدل إلى حد كبير لأن نقله التنافسي مع الأحماض الأمينية المحايدة الأكثر وفرة يجعل من الصعب تحقيق زيادات كبيرة ومستدامة في التربتوفان بعد تناوله عن طريق الفم.

على الرغم من هذه الخلافات ، فقد تم افتراض استخدامه كعامل مساعد في:

- علاج الآلام

- اضطرابات النوم

- علاج الاكتئاب

- علاج الهوس

- قلة الشهية

اضطرابات النقص

يرتبط القضاء على التربتوفان المركزي أو نقصه بالاكتئاب وفشل الانتباه وضعف الذاكرة واضطرابات النوم والقلق.

في مرضى الاكتئاب والانتحار ، تم العثور على تغييرات في تركيز التربتوفان في الدم وفي السائل النخاعي. أيضا ، بعض المرضى الذين يعانون من فقدان الشهية العصبي يظهرون مستويات منخفضة من التربتوفان في المصل

يعاني بعض مرضى البولي يوريك الذين يفقدون فيتامين ب 6 والزنك من الرهاب والقلق بشكل متكرر ويتحسنون مع المكملات الغذائية الغنية بالتريبتوفان

تتميز المتلازمة السرطاوية بوجود أورام معوية دقيقة تسبب الإسهال وأمراض الأوعية الدموية وتضيق القصبات وترتبط بنقص النياسين والتربتوفان

البلاجرا هي حالة مرضية يصاحبها الإسهال والخرف والتهاب الجلد ويمكن أن تسبب الوفاة ، ويتم علاجها أيضًا بمكملات النياسين والتربتوفان.

يرتبط مرض هارتنوب ، من بين بعض الأشياء ، بخلل في استقلاب العديد من الأحماض الأمينية ، بما في ذلك التربتوفان.

في حالة وجود نقص في إنزيم tryptophan-2،3-monooxygenase ، فإن هذا مرض وراثي متنحي يتميز بالتخلف العقلي واضطرابات الجلد الشبيهة بالبلاجرا.

المراجع

1. هالفورسن ، ك. ، وهالفورسن ، س. (1963). مرض هارتنوب. طب الأطفال ، 31 (1) ، 29-38.
2. Hood، SD، Bell، CJ، Argyropoulos، SV، & Nutt، DJ (2016). لا داعي للذعر. دليل لاستنفاد التربتوفان مع استفزاز اضطراب القلق النوعي. مجلة علم الادوية النفسية، 30 (11) ، 1137-1140.
3. جينكينز ، TA ، Nguyen ، JC ، Polglaze ، KE ، & Bertrand ، PP (2016). تأثير التربتوفان والسيروتونين على المزاج والإدراك مع دور محتمل لمحور القناة الهضمية. العناصر الغذائية، 8 (1) ، 56.
4. كاي ، WH ، Barbarich ، NC ، Putnam ، K. ، Gendall ، KA ، Fernstrom ، J. ، Fernstrom ، M. ،… & Kishore ، A. (2003). آثار مزيل القلق من استنفاد التربتوفان الحاد في فقدان الشهية العصبي. المجلة الدولية لاضطرابات الأكل ، 33 (3) ، 257-267.
5. موراي ، آر كيه ، جرانر ، دي كيه ، مايز ، بي ، ورودويل ، ف. الكيمياء الحيوية المصورة هاربر. 28 (ص 588). نيويورك: ماكجرو هيل.
6. نيلسون ، DL ، Lehninger ، AL ، & Cox ، MM (2008). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية. ماكميلان.