Tryptofaan

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
L-tryptofaan
Structuurformule en molecuulmodel
Structuurformule van L-tryptofaan
Structuurformule van L-tryptofaan
Algemeen
Molecuulformule
     (uitleg)
C11H12N2O2
IUPAC-naam (2S)-2-amino-3-(1H-indol-3-yl)propaanzuur
Andere namen (S)-2-Amino-3-(1H-indol-3-yl)-propaanzuur
Molmassa 204,22518 g/mol
SMILES
Zie voetnoot[1]
InChI
1/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/f/h14H
CAS-nummer 73-22-3
EG-nummer 200-795-6
PubChem 6305
Beschrijving Wit tot lichtgeel poeder
Waarschuwingen en veiligheidsmaatregelen
LD50 (ratten) 16000 mg/kg
Fysische eigenschappen
Aggregatietoestand vast
Smeltpunt 289 °C
Nutritionele eigenschappen
Type nutriënt aminozuur
Essentieel? ja, precursor van serotonine en niacine
Komt voor in eiwitrijk voedsel
Waar mogelijk zijn SI-eenheden gebruikt. Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal  Portaalicoon   Scheikunde

Tryptofaan (Trp, W) is een van de twintig bij de mens voorkomende aminozuren die voor de eiwitsynthese worden gebruikt en hoort bij de categorie essentiële aminozuren. Dit houdt in dat het niet kan worden gesynthetiseerd door het menselijk organisme en derhalve via de voeding moet worden opgenomen. Het lichaam is dus geheel afhankelijk van aanvoer ervan via de voeding.

De algemene formule R-CH(NH2)-COOH waarbij R=-CH2-cyclo(Ph-NH-CH=C).

Tryptofaan is een uitgangsstof bij de biosynthese van veel indoolderivaten zoals de neurotransmitter serotonine en kynurenine. Serotinine speelt een rol in ons lichaam en heeft invloed op stemming, zelfvertrouwen, slaap, emotie, seksuele activiteit en eetlust. Daarnaast wordt tryptofaan in het lichaam gebruikt als een grondstof voor eiwitsynthese.

Geschiedenis[bewerken]

Frederick Gowland Hopkins en Sydney Cole ontdekten tryptofaan in 1901 na het geïsoleerd te hebben uit caseïne-eiwit.[2] De moleculaire structuur ervan werd enige tijd later opgehelderd door Ellinger en Flamand.[3] De eerste synthese van tryptofaan vond plaats in 1949, maar in de jaren '80 van de vorige eeuw werd de chemische synthese van tryptofaan vervangen door fermentatieprocedures die sterk verhoogde opbrengsten gaven.

De ontdekking dat tryptofaan een onmisbaar voedingsbestanddeel is vond plaats in de jaren 50 van de vorige eeuw. In de jaren 70 en 80 van de vorige eeuw werd ontdekt dat tryptofaan slaapbevorderend werkt. In deze periode werd tryptofaan ingezet als een therapeutisch middel om chronische slapeloosheid tegen te gaan.

In de jaren 80 van de vorige eeuw kwamen ook de eerste tryptofaanbevattende voedingssupplementen op de markt. Kort daarna, in 1988 en 1989, was er een uitbraak van eosinofilie-myalgie syndroom (EMS) onder gebruikers van tryptofaansupplementen, waarbij 37 personen overleden en meer dan 1.500 gebruikers van tryptofaan ernstig ziek werden. Na onderzoek is de bron van de uitbraak herleid tot één enkele grondstoffabrikant, de "Showa Denko Company of Japan", en de oorzaak bleek te liggen in een nieuwe manier van tryptofaansynthese met genetisch gemanipuleerde bacteriën.[3] Hierdoor werd de tryptofaangrondstof verontreinigd met een vreemde stof. Als gevolg van de EMS-uitbraak verbood de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) alle over-the-counter verkoop van tryptofaansupplementen, waardoor uitsluitend beperkt gebruik was toegestaan van tryptofaan geproduceerd door producenten in de Verenigde Staten. Ook in diverse andere landen is L-tryptofaan verboden geweest. Sinds 1989 zijn er geen incidenten meer gemeld na het gebruik van tryptofaansupplementen. In de VS is het verbod opgeheven in 2001.[3]

Kenmerken[bewerken]

Tryptofaan is een apolair hydrofoob aminozuur.[4] De aminozuurzijketen van tryptofaan is lipofiel en aromatisch. Daarom is het slecht oplosbaar in water. Zijn iso-elektrisch punt is 5,89, de pKCOOH is 2,4, de pKNH2 9,3 (beiden bij 25 °C).

Het van der Waals volume is 163, en de tryptofaan hydrofobiteit -0,9. Vrij tryptofaan en proteïne-gebonden tryptofaan eenheden fluoresceren in ultraviolette straling. Bij excitatie met ultraviolet licht met een golflengte van 280 nm, volgt een fluorescentie-emissie tussen 308-350 nm, welke afhankelijk is van de polariteit van de directe omgeving van tryptofaan. Als er in eiwitten tryptofaan eenheden aanwezig zijn, overstijgt de fluorescentie van tryptofaan de fluorescentie van de andere aromatische aminozuren (tyrosine en fenylalanine).

Biosynthese en industriële productie[bewerken]

Bij veel organismen, waaronder de mens, is tryptofaan een essentieel aminozuur. Dit betekent dat het essentieel is voor het menselijk leven, niet kan worden gesynthetiseerd door het organisme en derhalve via de voeding moet worden opgenomen. Planten en micro-organismen kunnen wél L-tryptofaan produceren.

Biosynthese[bewerken]

Biosynthese van tryptofaan

Planten en micro-organismen kunnen L-tryptofaan produceren, onder andere uit shikiminezuur of antranilzuur. De laatste reageert met fosforibosylpyrofosfaat onder afsplitsing van difosfaat. Na ringopening van de ribose-eenheid, gevolgd door decarboxylering en dehydratatie wordt uiteindelijk indool-3-glycerolfosfaat verkregen, wat wordt omgezet in indool. In de laatste stap katalyseert tryptofaansynthase de omzetting van deze laatste verbinding in glyceraldehyde-3-fosfaat met de intermediare stof indool gebonden aan het enzym en met de tussenkomst van serine.

Industriële synthese[bewerken]

De industriële productie van L-tryptofaan is gebaseerd op de fermentatie van L-serine en indool en maakt gebruik van een (wildtype of genetisch gemodificeerde) mutant van stammen als B. amyloliquefaciens, B. subtilis, C. glutamicum of E. coli. De reactie wordt gekatalyseerd door het enzym tryptofaansynthase.

Voorkomen in voedsel[bewerken]

Mensen houden een relatief lage lichaamsvoorraad tryptofaan aan en de tryptofaanconcentratie in het lichaam is het laagst van alle aminozuren. Niettemin zijn slechts relatief kleine hoeveelheden nodig om in de behoefte te voorzien.[3] De aanbevolen dagelijkse inname ligt tussen 250 mg en 425 mg per dag (3,5 tot 6,0 mg per kg lichaamsgewicht per dag).[3]

Tryptofaan komt in de meeste eiwitrijke voeding voor, hoewel het van alle aminozuren die voor eiwitsynthese worden gebruikt het minst vaak voorkomt. De typische dagelijks inname is voor veel volwassenen ongeveer 900 tot 1000 mg [bron?]. Enkele veelvoorkomende voedingsbronnen van tryptofaan zijn haver, bananen, gedroogde pruimen, melk, tonijn, kaas, brood, gevogelte (kip, kalkoen, fazant, kwartel), pinda's en chocolade.[3] Ook sommige zaden, zoals pompoenpitten, sesamzaad, zonnebloempitten, amandelen en linzen zijn relatief rijk aan tryptofaan.

Een glas warme melk voor het slapen gaan is een oeroude remedie tegen slapeloosheid. Het is echter nooit wetenschappelijk bewezen dat het de tryptofaan in de melk is die voor dit effect zorgt[5]. Ook het slaperige gevoel dat mensen ervaren die kalkoen eten -traditioneel op Thanksgiving in de Verenigde Staten- wordt wel aan tryptofaan toegeschreven.

Tryptofaan in voedsel
Voedsel Eiwit
[g / 100 g voedsel]
Tryptofaan
[g / 100 g voedsel]
Tryptofaan / Eiwit [%]
sojabonen
36,49
0,59
1,62
parmezaanse kaas
37,90
0,56
1,47
sesamzaad
17,00
0,37
2,17
cheddar kaas
24,90
0,32
1,29
zonnebloempitten
17,20
0,30
1,74
varkensvlees
19,27
0,25
1,27
kalkoen
21,89
0,24
1,11
kip
20,85
0,24
1,14
rundvlees
20,13
0,23
1,12
zalm
19,84
0,22
1,12
lamsbout
18,33
0,21
1,17
baars
18,62
0,21
1,12
ei
12,58
0,17
1,33
witte bloem
10,33
0,13
1,23
melk
3,22
0,08
2,34
witte rijst
7,13
0,08
1,16
aardappel
2,14
0,02
0,84
banaan
1,03
0,009
0,87

Gebruik als voedingssupplement[bewerken]

L-Tryptofaan (de variant welke in de natuur voorkomt) is ook als aanvulling verkrijgbaar bij sommige drogisterijen, apotheken en zelfs smartshops. Het kan slaapbevorderend, angstdempend en als antidepressivum werken. Ook heeft het een positieve invloed op de ontwikkeling van de spieren, bij bijvoorbeeld bodybuilders. L-tryptofaan werkt nauw samen met vitamine B6 oftewel pyridoxine. In de meeste tryptofaansupplementen is vitamine B6 toegevoegd.

Sommige medicatie, vooral anti-depressiva die de beschikbaarheid van serotonine vergroten (zoals SSRI's en MAO-remmers), mag niet tegelijk met L-tryptofaan genomen worden.

Het kan ook neveneffecten hebben (bijwerkingen). Wazig zien, duizeligheid, vermoeidheid en een licht psychisch onwel zijn -men voelt zich heel vreemd en wazig- kunnen voorkomen.

Deficiëntie[bewerken]

Diabetische ketoacidose blijkt de plasma tryptofaan niveaus te kunnen uitputten. Tryptofaandeficiëntie veroorzaakt cataract bij ratten. Een tekort aan het aminozuur stopt de chromatineafbraak in de secundaire lensvezels van ratten.[6]

Functies[bewerken]

Het aminozuur tryptofaan is de voorloper van verscheidene belangrijke producten zoals serotonine, melatonine, vitamine B3, indolazijnzuur, pigmenten in insectenogen en een aantal alkaloïden.

Tryptofaansuppletie kan mogelijke een herstellende rol spelen bij leeftijdgerelateerde circadiaanse veranderingen.

De kynurenine stofwisselingsroute in het centrale zenuwstelsel
  • Eiwitsynthese - De voornaamste rol van tryptofaan in het menselijk lichaam is als een bestanddeel van eiwitten. Omdat van alle aminozuren tryptofaan in relatief lage concentraties in de voeding voorkomt, is relatief minder beschikbaar en wordt er van uitgegaan dat tryptofaan een snelheidsbepalende rol speelt tijdens de eiwitsynthese.[3] Net als bij alle andere aminozuren wordt uitsluitend de L-isomeer gebruikt in de eiwitsynthese. Alleen deze L-isomeer kan ook de bloed-hersenbarrière passeren.
  • Kynureninesynthese - Na eiwitsynthese, is de tweede meestvoorkomende stofwisselingsroute van tryptofaan de synthese van kynurenine. Bij afbraak van tryptofaan wordt ongeveer 90% van de afgebroken tryptofaan in kynurenine omgezet. Kynurenine is de voorloper van kynureninezuur en chinolinezuur, welke de neurotransmitterstofwisseling kunnen beïnvloeden. Kynureninezuur is een glutamaat receptor antagonist, terwijl chinolinezuur een NMDA receptor agonist is. Kynurenine is ook betrokken bij een ultraviolet (UV) filter dat het netvlies van het oog beschermt tegen UV-stralen. De doeltreffendheid van deze bescherming neemt af met de leeftijd, wat bijdraagt tot de normale leeftijdsgerelateerde veranderingen in kleuring en fluorescentie van de ooglens, wat invloed heeft op de oogfunctie en in sommige individuen een rol kan spelen bij de vorming van cataract.[3]
Stofwisseling van L - tryptofaan in serotonine en melatonine (links) en niacine (rechts). Getransformeerde functionele groepen na elke chemische reactie zijn in rood aangegeven.
  • Synthese van serotonine - Tryptofaan is de enige precursor van serotonine. Hoewel slechts 3% van de tryptofaan wordt gebruikt voor serotoninesynthese door het lichaam, is serotoninesynthese een van de belangrijkste stofwisselingswegen van tryptofaan en een onderwerp van intensief onderzoek. Er wordt geschat dat slechts 1% van de tryptofaan wordt gebruikt voor serotoninesynthese in de hersenen. Geschat wordt dat bij zoogdieren 95% van serotonine gevonden wordt in het maag-darmstelsel. Maar ondanks de relatief lage concentratie van serotonine in de hersenen vergeleken met die in de rest van het lichaam, heeft serotonine grote impact als een neurotransmitter en neuromodulator en is het betrokken bij talrijke psychiatrische aandoeningen en psychologische processen.[3]
    Eerst wordt in de hersenen tryptofaan omgezet in 5-hydroxytryptofaan via het tryptofaanhydroxylase-enzym (de snelheidsbeperkende stap in de serotoninesynthese). Daarna wordt 5-hydroxytryptofaan omgezet in serotonine door het enzym aromatisch-L-aminozuur-decarboxylase. Het is de activiteit van tryptofaanhydroxylase die afhankelijk is van de beschikbaarheid van tryptofaan in de hersenen. Omdat tryptofaanhydroxylase meestal 50% verzadigd is met tryptofaan, kan een toename of afname van de beschikbaarheid van tryptofaan in de hersenen de serotoninesynthese in de hersenen verhogen of verlagen. Serotonine zelf kan, in tegenstelling tot tryptofaan, de bloed-hersenbarrière niet passeren. Tryptofaanhydroxylase is ook afhankelijk van zuurstof en tetrahydrobiopterine als cofactoren die de enzymatische activiteit reguleren.[3]
  • Synthese van melatonine - Melatonine is een hormoon dat uit serotonine wordt geproduceerd in de tryptofaan/serotonine stofwisselingsroute. Het regelt circadiane ritmes en beïnvloedt de voortplanting en het immuunsysteem, evenals spijsvertering processen en de motiliteit van de maag.[3]
  • Tryptaminesynthese - Daarnaast is tryptamine een van tryptofaan afgeleide biologisch actieve verbinding. De directe decarboxylering van tryptofaan leidt tot de synthese van kleine hoeveelheden tryptamine (dat wil zeggen in de concentratierange ng/g), wat een belangrijke neuromodulator is van serotonine. Studies met dieren hebben aangetoond dat tryptamine fungeert als een regulator voor de balans tussen exciterende en remmende functies van serotonine, en in andere gevallen fungeert tryptamine als een neurotransmitter met specifieke receptoren, onafhankelijk van serotonine.[3]
  • Synthese van NAD/NADP - Tryptofaan speelt een rol als een substraat voor de synthese van co-enzymen NAD (nicotinamideadeninedinucleotide) en NAD-fosfaat (NADP). NAD en NADP zijn co-enzymen die essentieel zijn voor elektronoverdrachtreacties (d.w.z. redoxreacties) in alle levende cellen. Deze co-enzymen worden gesynthetiseerd uit geconsumeerde tryptofaan via de kynurenine stofwisselingsroute of uit niacine (vitamine B3).[3]
  • Synthese van vitamine B3 - Tryptofaan kan fungeren als een substraat voor de synthese van nicotinezuur (vitamine B3) in de lever via de hierboven genoemde kynurenine/chinolinezuurroute. Er zijn echter negen omzettingsstappen nodig en deze omzetting gebeurt weinig efficiënt. Er is ongeveer 60 mg tryptofaan nodig om een enkele milligram nicotinezuur te maken. De aanbevolen dagelijkse hoeveelheid van nicotinezuur is 17 mg per dag. De inname van vitamine B3 uit de voeding is meestal dusdanig hoog, dat er weinig behoefte is aan extra synthese vanuit tryptofaan.[3]

Absorptie[bewerken]

Na consumptie via de voeding, wordt tryptofaan uit voedingseiwit vrijgemaakt en gemakkelijk geabsorbeerd via de capillairen in de darmwand. Het wordt naar de lever getransporteerd via de poortader.

De absorptie en het gebruik van tryptofaan zijn kwetsbaar voor zowel primaire aangeboren genetische afwijkingen als secundaire darmstoornissen. Daarnaast zijn er verschillende erfelijke auto-immuunziekten van de darm die invloed hebben op de absorptie, zoals coeliakie en de ziekte van Crohn. Deze aandoeningen worden meestal pas bij volwassenheid herkend.

Bij de ziekte van Hartnup is er sprake van verminderde terugresorptie van tryptofaan in de nieren evenals een verstoorde opname (malabsorptie) van tryptofaan in de darm. De neurologische verschijnselen ervan worden deels veroorzaakt door afbraakproducten van tryptofaan in de darm. Dit speelt ook een rol bij het blauwe luier syndroom. Bacteriële afbraak van tryptofaan in de darm leidt dan tot overmatige productie van indolen. Deze indolen worden in de lever omgezet in indicaan, wat wateroplosbaar is en vervolgens wordt uitgescheiden in de urine. Bij blootstelling aan de lucht oxideert deze verbinding, waarbij een eigenaardige indigoblauwe verkleuring van de urine ontstaat. Symptomen omvatten doorgaans spijsverteringstoornissen, koorts en visuele problemen.

Farmacokinetiek[bewerken]

Eenmaal verbruikt is tryptofaan verdeeld over het menselijk lichaam in de bloedsomloop. In tegenstelling tot de andere 19 voor eiwitsynthese gebruikte aminozuren, is naar schatting 75% tot 85% van de circulerende tryptofaan gebonden aan albumine (sommige schattingen gaan zelfs tot 95%). Het is vooral de niet-gebonden, vrije tryptofaan die voor transport over de bloed-hersenbarrière (BHB) beschikbaar is. Omdat tryptofaan een hogere affiniteit heeft voor het transporteiwit dat het over de bloed-hersenbarrière kan transporteren (BHB-transporteiwit) dan voor albumine, zal (aan albumine gebonden) tryptofaan dat zich in de nabijheid van de bloed-hersenbarrière bevindt, waarschijnlijk dissociëren van het albumine om te worden opgenomen in de hersenen. Door dit verschil in affiniteit hebben sommige onderzoekers geconcludeerd dat tot 75% van de albumine-gebonden tryptofaan beschikbaar is voor transport over de bloed-hersenbarrière. In de bloedbaan concurreert tryptofaan met andere grote neutrale aminozuren (zoals histidine, isoleucine, leucine, methionine, fenylalanine, threonine, tyrosine en valine) voor het BHB-transporteiwit. Aangezien het BHB-transporteiwit bijna verzadigd is bij normale plasmaconcentraties van aminozuren, is het erg vatbaar voor competitieve remming. Wegens de concurrentie tussen de grote neutrale aminozuren om het transporteiwit, wordt de biologische beschikbaarheid van tryptofaan over de bloed-hersenbarrière het beste uitgedrukt door de verhouding van tryptofaan tot de som van de concurrerende aminozuren. Daarom heeft een verandering van deze verhouding een aanzienlijke invloed op de concentraties tryptofaan die in de hersenen beschikbaar is voor serotoninesynthese. Het innemen van een cocktail van grote neutrale aminozuren, zonder tryptofaan, is de snelste manier om een tryptofaantekort te veroorzaken en wordt regelmatig in wetenschappelijk onderzoek voor dat doel ingezet.
Ook andere invloeden, zoals stress, insulineresistentie, een tekort aan magnesium of vitamine B6 evenals toenemende leeftijd hebben invloed op de snelheid van serotoninesynthese. Niettemin zijn schommelingen in de verhouding tussen tryptofaan en concurrerende aminozuren, evenals de veranderende beschikbaarheid van tryptofaan in de voeding de twee factoren die dit proces het sterkst beïnvloeden.[3]

Tot op zekere hoogte kan de beschikbaarheid van tryptofaan voor de hersenen worden vergroot door inname van koolhydraten en worden verminderd door inname van eiwitten. Koolhydraatinname heeft geen invloed op de niveaus van tryptofaan in de bloedbaan, maar kan wel de concentraties van concurrerende aminozuren doen afnemen door activatie van insuline, wat de relatieve beschikbaarheid van tryptofaan voor transport naar de hersenen toe vergroot. Eiwit bevat juist relatief lage concentraties van tryptofaan en de inname van een eiwitmaaltijd verhoogt de concentratie van concurrerende aminozuren ten opzichte van tryptofaan. Het resultaat is een groter concurrentievoordeel van concurrerende aminozuren ten opzichte van tryptofaan voor transport over de bloed-hersenbarrière. Via de consumptie van van koolhydraten of eiwitten kan de beschikbaarheid van tryptofaan voor de synthese van serotonine worden gewijzigd. Slechts kleine hoeveelheden eiwit (vanaf circa 4%) in een koolhydraatmaaltijd kunnen een toename van het concurrentievoordeel van tryptofaan voorkomen. Het is echter onwaarschijnlijk dat de veranderingen in de relatieve beschikbaarheid van tryptofaan via manipulatie van de proteïne of koolhydraatinname, substantieel genoeg zijn om een aanzienlijke invloed te hebben op het gedrag van een gezond individu.[3]

Naast deze voedingsfactoren die de beschikbaarheid van tryptofaan voor de synthese van serotonine beïnvloeden, is ook van alcoholgebruik aangetoond dat het de verhouding tussen tryptofaan en concurrerende aminozuren doet afnemen. De daling is circa 10% na ongeveer 30 minuten en 20%-25% ongeveer anderhalf tot twee uur na inname. Dit suggereert dat de serotoninesynthese is verminderd onder deze omstandigheden. Waar een gemiddeld persoon dit niveau van serotoninedepletie waarschijnlijk kan verdragen zonder dat dit invloed heeft op het gedrag, kan bij kwetsbare individuen een grotere negatieve werking (bijvoorbeeld 50 % of meer) optreden. Deze kwetsbaarheid is mogelijk te wijten aan een vooraf bestaande verminderde serotoninefunctie die verder zouden kunnen worden aangetast door de verminderde serotoninesynthese na alcoholgebruik.[3]

Een mogelijk teveel aan tryptofaan wordt omgezet in xanthureenzuur, dat vervolgens door de nieren kan worden uitgescheiden.


Bronnen, noten en/of referenties
  1. SMILES (symbolische structuurweergave) =
    C1=CC=C2C(=C1)C(=CN2)C[C@@H](C(=O)O)N
  2. (en) Gowland Hopkins F, Cole SW A contribution to the chemistry of proteids: Part I. A preliminary study of a hitherto undescribed product of tryptic digestion. The Journal of Physiology. Blackwell Publishing; 1901 Dec 23;27(4-5):418. PMID 16992614. PubMed Central: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1540554/
  3. a b c d e f g h i j k l m n o p q r (en) Richard DM, Dawes MA, Mathias CW, Acheson A, Hill-Kapturczak N, Dougherty DM Tryptophan: Basic Metabolic Functions, Behavioral Research and Therapeutic Indications. IJTR. 2009 Mar 23;2:45–60. PMID 20651948. Gratis volledige artikel: http://www.la-press.com/l--tryptophan-basic-metabolic-functions-behavioral-research-and-therap-article-a1367-abstract. Dit is een open access artikel, beschikbaar onder de licentie Creative Commons Naamsvermelding (CC-BY; versie 3.0).
  4. Apolair aminozuur
  5. Scienceline » Is it true that warm milk can make me sleepy?
  6. (en) Paredes SD, Barriga C, Reiter RJ, Rodríguez AB Assessment of the Potential Role of Tryptophan as the Precursor of Serotonin and Melatonin for the Aged Sleep-wake Cycle and Immune Function: Streptopelia Risoria as a Model. IJTR. 2009;2:23–36. PMID 22084580. Gratis volledige artikel: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3195230/. Dit is een open access artikel, beschikbaar onder de licentie Creative Commons Naamsvermelding (CC-BY; versie 3.0).