Triptófano

yo-Triptófano

Fórmula esquelética del L -triptófano
Nombres
Nombre IUPAC
Triptófano
Nombre sistemático de la IUPAC
Ácido (2 S )-2-amino-3-(1 H -indol-3-il)propanoico
Otros nombres
Ácido 2-amino-3-(1 H -indol-3-il)propanoico
Identificadores
  • 73-22-3 controlarY
Modelo 3D ( JSmol )
EBICh
  • CHEBI:16828
Química biológica
  • ChEMBL54976 controlarY
Araña química
  • 6066 controlarY
Banco de medicamentos
  • DB00150 controlarY
Tarjeta informativa de la ECHA100.000.723
  • 717
BARRIL
  • D00020 controlarY
Identificador de centro de PubChem
  • 6305
UNIVERSIDAD
  • 8DUH1N11BX controlarY
  • DTXSID5021419
  • 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 controlarY
    Clave: QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N controlarY
  • c1[nH]c2ccccc2c1C[C@H](N)C(=O)O
  • Zwitterión : c1[nH]c2ccccc2c1C[C@H]([NH3+])C(=O)[O-]
Propiedades
C11H12N2O2​​​​​​​
Masa molar204,229  g·mol −1
Soluble: 0,23 g/L a 0 °C,

11,4 g/L a 25 °C,
17,1 g/L a 50 °C,
27,95 g/L a 75 °C

SolubilidadSoluble en alcohol caliente, hidróxidos alcalinos; insoluble en cloroformo .
Acidez (p K a )2,38 (carboxilo), 9,39 (amino) [2]
-132,0·10 −6 cm3 / mol
Farmacología
N06AX02 ( OMS )
Página de datos complementarios
Triptófano (página de datos)
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa).
Compuesto químico

El triptófano (símbolo Trp o W ) [3] es un α - aminoácido que se utiliza en la biosíntesis de proteínas . El triptófano contiene un grupo α -amino, un grupo de ácido α-carboxílico y una cadena lateral indol , lo que lo convierte en una molécula polar con un sustituyente de carbono beta aromático no polar . El triptófano también es un precursor del neurotransmisor serotonina , la hormona melatonina y la vitamina B 3 (niacina). [4] Está codificado por el codón UGG.

Al igual que otros aminoácidos, el triptófano es un zwitterión a pH fisiológico donde el grupo amino está protonado ( –NH+
3; pK a = 9,39) y el ácido carboxílico se desprotona ( –COO − ; pK a = 2,38). [5]

Los humanos y muchos animales no pueden sintetizar triptófano: necesitan obtenerlo a través de la dieta, lo que lo convierte en un aminoácido esencial .

El triptófano recibe su nombre de las enzimas digestivas tripsina , que se utilizaron en su primer aislamiento a partir de proteínas de caseína . [6] Se le asignó el símbolo de una letra W basándose en que el anillo doble sugiere visualmente la letra voluminosa. [7]

Función

Metabolismo del l -triptófano en serotonina y melatonina (izquierda) y niacina (derecha). Los grupos funcionales transformados después de cada reacción química están resaltados en rojo.

Los aminoácidos, incluido el triptófano, se utilizan como bloques de construcción en la biosíntesis de proteínas , y las proteínas son necesarias para mantener la vida. El triptófano es uno de los aminoácidos menos comunes que se encuentran en las proteínas, pero desempeña importantes papeles estructurales o funcionales siempre que se encuentra. Por ejemplo, los residuos de triptófano y tirosina desempeñan papeles especiales en el "anclaje" de las proteínas de membrana dentro de la membrana celular . El triptófano, junto con otros aminoácidos aromáticos , también es importante en las interacciones entre glicanos y proteínas . Además, el triptófano funciona como precursor bioquímico de los siguientes compuestos :

El trastorno de malabsorción de fructosa provoca una absorción inadecuada de triptófano en el intestino, niveles reducidos de triptófano en la sangre [15] y depresión. [16]

En las bacterias que sintetizan triptófano, los altos niveles celulares de este aminoácido activan una proteína represora , que se une al operón trp . [17] La ​​unión de este represor al operón triptófano impide la transcripción del ADN que codifica las enzimas implicadas en la biosíntesis del triptófano. Por lo tanto, los altos niveles de triptófano impiden la síntesis de triptófano a través de un ciclo de retroalimentación negativa , y cuando los niveles de triptófano de la célula vuelven a bajar, se reanuda la transcripción del operón trp . Esto permite respuestas rápidas y estrictamente reguladas a los cambios en los niveles internos y externos de triptófano de la célula.

Metabolismo del triptófano por la microbiota gastrointestinal humana (
)
Triptófano
Triptofanasa : bacterias
que expresan
Células inmunes intestinales

Homeostasis de la mucosa:
↓ TNF-α
↑ ARNm codificadores de proteínas de unión
Neuroprotector :
↓ Activación de células gliales y astrocitos
↓ Niveles de 4-hidroxi-2-nonenal
↓ Daño al ADN
– Antioxidante
– Inhibe la formación de fibrillas de β-amiloide
Mantiene la reactividad de la mucosa:
↑ Producción de IL-22
La imagen de arriba contiene enlaces en los que se puede hacer clic.
Este diagrama muestra la biosíntesis de compuestos bioactivos ( indol y ciertos otros derivados) a partir del triptófano por bacterias en el intestino. [18] El indol es producido a partir del triptófano por bacterias que expresan triptofanasa . [18] Clostridium sporogenes metaboliza el triptófano en indol y posteriormente en ácido 3-indolpropiónico (IPA), [19] un antioxidante neuroprotector muy potente que elimina los radicales hidroxilo . [18] [20] [21] El IPA se une al receptor X de pregnano (PXR) en las células intestinales, facilitando así la homeostasis de la mucosa y la función de barrera . [18] Tras la absorción en el intestino y la distribución al cerebro, el IPA confiere un efecto neuroprotector contra la isquemia cerebral y la enfermedad de Alzheimer . [18] Las especies de Lactobacillaceae ( Lactobacillus s.l. ) metabolizan el triptófano en indol-3-aldehído (I3A) que actúa sobre el receptor de hidrocarburos arílicos (AhR) en las células inmunes intestinales, aumentando a su vez la producción de interleucina-22 (IL-22). [18] El indol en sí mismo desencadena la secreción del péptido similar al glucagón-1 (GLP-1) en las células L intestinales y actúa como un ligando para AhR. [18] El indol también puede ser metabolizado por el hígado en sulfato de indoxilo , un compuesto que es tóxico en altas concentraciones y está asociado con enfermedad vascular y disfunción renal . [18] El AST-120 ( carbón activado ), un sorbente intestinal que se toma por vía oral , adsorbe el indol, lo que a su vez disminuye la concentración de sulfato de indoxilo en el plasma sanguíneo. [18]

En 2002, el Instituto de Medicina de Estados Unidos estableció una ingesta diaria recomendada (IDR) de 5 mg/kg de peso corporal/día de triptófano para adultos de 19 años o más. [22]

Fuentes dietéticas

El triptófano está presente en la mayoría de los alimentos a base de proteínas o proteínas dietéticas. Es particularmente abundante en el chocolate , la avena , los dátiles secos , la leche , el yogur , el requesón , la carne roja , los huevos , el pescado , las aves , el sésamo , los garbanzos , las almendras , las semillas de girasol , las semillas de calabaza , las semillas de cáñamo , el trigo sarraceno , la espirulina y los cacahuetes . Contrariamente a la creencia popular [23] [24] de que el pavo cocido contiene una gran cantidad de triptófano, el contenido de triptófano en el pavo es típico de las aves de corral. [25]

Contenido de triptófano (Trp) en diversos alimentos [25] [26]
AlimentoTriptófano
[g/100 g de alimento]		Proteína
[g/100 g de alimento]		Triptófano/proteína
[%]
Clara de huevo , seca1.0081.101.23
Espirulina , seca0,9257,471.62
Bacalao del Atlántico seco0,7062,821.11
Soja cruda0,5936,491.62
Queso, parmesano0,5637,901.47
Semillas de chía , secas0,4416,502.64
Semilla de sésamo0,3717.002.17
Semilla de cáñamo , descascarada0,3731,561.17
Queso, cheddar0,3224,901.29
Semilla de girasol0,3017.201,74
Chuleta de cerdo0,2519.271.27
Pavo0,2421,891.11
Pollo0,2420,851.14
Carne de res0,2320.131.12
Avena0,2316,891.39
Salmón0,2219,841.12
Cordero, chuleta0,2118.331.17
Perca del Atlántico0,2118.621.12
Garbanzos crudos0,1919.300,96
Huevo0,1712.581.33
Harina de trigo, blanca0,1310.331.23
Chocolate para hornear , sin azúcar0,1312,901.23
Leche0,083.222.34
Arroz blanco de grano medio cocido0,032.381.18
Quinua cruda0,1714.121.20
Quinua cocida0,054.401.10
Patatas, rojizas0,022.140,84
Tamarindo0,022.800,64
Banana0,011.030,87

Uso médico

Depresión

Debido a que el triptófano se convierte en 5-hidroxitriptófano (5-HTP), que luego se convierte en el neurotransmisor serotonina, se ha propuesto que el consumo de triptófano o 5-HTP puede mejorar los síntomas de la depresión al aumentar el nivel de serotonina en el cerebro. El triptófano se vende sin receta en los Estados Unidos (después de haber sido prohibido en diversos grados entre 1989 y 2005) y el Reino Unido como un suplemento dietético para su uso como antidepresivo , ansiolítico y ayuda para dormir . También se comercializa como medicamento de venta con receta en algunos países europeos para el tratamiento de la depresión mayor . Existe evidencia de que es poco probable que los niveles de triptófano en sangre se alteren al cambiar la dieta, [27] [28] pero el consumo de triptófano purificado aumenta el nivel de serotonina en el cerebro, mientras que comer alimentos que contienen triptófano no lo hace. [29]

En 2001 se publicó una revisión Cochrane sobre el efecto del 5-HTP y el triptófano en la depresión. Los autores incluyeron sólo estudios de alto rigor e incluyeron tanto el 5-HTP como el triptófano en su revisión debido a la escasez de datos sobre ambos. De 108 estudios sobre el 5-HTP y el triptófano en la depresión publicados entre 1966 y 2000, sólo dos cumplieron los estándares de calidad de los autores para su inclusión, con un total de 64 participantes en el estudio. Las sustancias fueron más eficaces que el placebo en los dos estudios incluidos, pero los autores afirman que "la evidencia no fue de calidad suficiente para ser concluyente" y señalan que "debido a que existen antidepresivos alternativos que han demostrado ser eficaces y seguros, la utilidad clínica del 5-HTP y el triptófano es limitada en la actualidad". [30] El uso del triptófano como terapia complementaria además del tratamiento estándar para los trastornos del estado de ánimo y la ansiedad no está respaldado por la evidencia científica. [30] [31]

Insomnio

Las pautas de práctica clínica de 2017 de la Academia Estadounidense de Medicina del Sueño recomendaron no utilizar triptófano en el tratamiento del insomnio debido a su baja eficacia. [32]

Efectos secundarios

Los posibles efectos secundarios de la suplementación con triptófano incluyen náuseas , diarrea , somnolencia , mareos , dolor de cabeza , boca seca , visión borrosa , sedación , euforia y nistagmo (movimientos oculares involuntarios). [33] [34]

Interacciones

El triptófano tomado como suplemento dietético (por ejemplo, en forma de comprimidos) tiene el potencial de causar síndrome serotoninérgico cuando se combina con antidepresivos de la clase IMAO o ISRS u otros fármacos fuertemente serotoninérgicos. [34] Debido a que la suplementación con triptófano no se ha estudiado exhaustivamente en un entorno clínico, sus interacciones con otros fármacos no son bien conocidas. [30]

Aislamiento

El aislamiento del triptófano fue informado por primera vez por Frederick Hopkins en 1901. [35] Hopkins recuperó triptófano de la caseína hidrolizada , recuperando entre 4 y 8 g de triptófano de 600 g de caseína cruda. [36]

Biosíntesis y producción industrial

Como aminoácido esencial, el triptófano no se sintetiza a partir de sustancias más simples en humanos y otros animales, por lo que debe estar presente en la dieta en forma de proteínas que contengan triptófano. Las plantas y los microorganismos comúnmente sintetizan triptófano a partir de ácido shikímico o antranilato : [37] el antranilato se condensa con fosforribosilpirofosfato (PRPP), generando pirofosfato como subproducto. El anillo de la fracción ribosa se abre y se somete a descarboxilación reductora , produciendo fosfato de indol-3-glicerol; este, a su vez, se transforma en indol . En el último paso, la triptófano sintasa cataliza la formación de triptófano a partir de indol y el aminoácido serina .

La producción industrial de triptófano también es biosintética y se basa en la fermentación de serina e indol utilizando bacterias de tipo salvaje o genéticamente modificadas como B. amyloliquefaciens , B. subtilis , C. glutamicum o E. coli . Estas cepas son portadoras de mutaciones que impiden la recaptación de aminoácidos aromáticos o de operones trp múltiples/sobreexpresados . La conversión es catalizada por la enzima triptófano sintasa . [38] [39] [40]

Sociedad y cultura

Escándalo de contaminación de Showa Denko

En 1989, en Estados Unidos se produjo un gran brote de síndrome de eosinofilia-mialgia (EMS), con más de 1.500 casos notificados a los CDC y al menos 37 muertes. [41] Después de que una investigación preliminar revelara que el brote estaba relacionado con la ingesta de triptófano, la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA) retiró del mercado los suplementos de triptófano en 1989 y prohibió la mayoría de las ventas al público en 1990, [42] [43] [44] y otros países siguieron su ejemplo. [45] [46]

Estudios posteriores sugirieron que el EMS estaba vinculado a lotes específicos de L -triptófano suministrados por un único gran fabricante japonés, Showa Denko . [42] [47] [48] [49] Finalmente se hizo evidente que lotes recientes de L -triptófano de Showa Denko estaban contaminados por impurezas traza, que posteriormente se creyó que eran responsables del brote de EMS de 1989. [42] [50] [51] Sin embargo, otra evidencia sugiere que el triptófano en sí mismo puede ser un factor contribuyente potencialmente importante en el EMS. [52] También hay afirmaciones de que un precursor alcanzó concentraciones suficientes para formar un dímero tóxico . [53]

La FDA flexibilizó sus restricciones a las ventas y comercialización de triptófano en febrero de 2001, [42] pero continuó limitando la importación de triptófano no destinado a un uso exento hasta 2005. [54]

El hecho de que la planta de Showa Denko haya utilizado bacterias genéticamente modificadas para producir los lotes contaminados de L -triptófano que más tarde se descubrió que habían causado el brote del síndrome de eosinofilia-mialgia ha sido citado como prueba de la necesidad de "vigilar de cerca la pureza química de los productos derivados de la biotecnología". [55] Quienes piden que se vigile la pureza han sido, a su vez, criticados como activistas anti- OGM que pasan por alto posibles causas no relacionadas con los OGM de contaminación y amenazan el desarrollo de la biotecnología. [56]

Hipótesis sobre la carne de pavo y la somnolencia

Una afirmación común en los EE. UU. y el Reino Unido [57] es que el consumo excesivo de carne de pavo , como se ve durante el Día de Acción de Gracias y Navidad , produce somnolencia , debido a los altos niveles de triptófano que contiene el pavo. [24] Sin embargo, la cantidad de triptófano en el pavo es comparable con la de otras carnes. [23] [25] La somnolencia después de comer puede ser causada por otros alimentos consumidos con el pavo, particularmente carbohidratos . [58] La ingestión de una comida rica en carbohidratos desencadena la liberación de insulina . [59] [60] [61] [62] La insulina, a su vez, estimula la absorción de grandes aminoácidos de cadena ramificada neutrales (AACR), pero no de triptófano, en el músculo, lo que aumenta la proporción de triptófano a AACR en el torrente sanguíneo. La mayor proporción de triptófano resultante reduce la competencia en el gran transportador de aminoácidos neutros (que transporta tanto aminoácidos de cadena ramificada como aminoácidos aromáticos), lo que resulta en una mayor absorción de triptófano a través de la barrera hematoencefálica hacia el líquido cefalorraquídeo (LCR). [62] [63] [64] Una vez en el LCR, el triptófano se convierte en serotonina en los núcleos del rafe por la vía enzimática normal. [60] [65] La serotonina resultante se metaboliza aún más en la hormona melatonina , que es un mediador importante del ritmo circadiano [66] , por la glándula pineal . [10] Por lo tanto, estos datos sugieren que la "somnolencia inducida por el festín" -o somnolencia posprandial- puede ser el resultado de una comida pesada rica en carbohidratos, que indirectamente aumenta la producción de melatonina en el cerebro y, por lo tanto, promueve el sueño. [59] [60] [61] [65]

Investigación

Metabolismo de aminoácidos en levaduras

En 1912, Felix Ehrlich demostró que la levadura metaboliza los aminoácidos naturales esencialmente mediante la separación del dióxido de carbono y la sustitución del grupo amino por un grupo hidroxilo . Mediante esta reacción , el triptófano da lugar al triptófano . [67]

Precursor de la serotonina

El triptófano afecta la síntesis de serotonina en el cerebro cuando se administra por vía oral en forma purificada y se utiliza para modificar los niveles de serotonina para la investigación. [29] El bajo nivel de serotonina en el cerebro se induce mediante la administración de proteína pobre en triptófano en una técnica llamada depleción aguda de triptófano . [68] Los estudios que utilizan este método han evaluado el efecto de la serotonina en el estado de ánimo y el comportamiento social, encontrando que la serotonina reduce la agresión y aumenta la amabilidad. [69]

Efectos psicodélicos

El triptófano produce la respuesta de espasmo de cabeza (HTR) en roedores cuando se administra en dosis suficientemente altas. [70] La HTR es inducida por psicodélicos serotoninérgicos como la dietilamida del ácido lisérgico (LSD) y la psilocibina y es un indicador conductual de los efectos psicodélicos. [71] [72] El triptófano se convierte en la amina traza triptamina y la triptamina es N - metilada por la indoletilamina N -metiltransferasa (INMT) en N -metiltriptamina (NMT) y N , N -dimetiltriptamina ( N , N -DMT), que son psicodélicos serotoninérgicos conocidos. [70] [73] [74] [75] [76] [77]

Fluorescencia

El triptófano es una sonda fluorescente intrínseca importante (aminoácido) que se puede utilizar para estimar la naturaleza del microambiente que rodea al residuo de triptófano. La mayoría de las emisiones de fluorescencia intrínseca de una proteína plegada se deben a la excitación de los residuos de triptófano.

Véase también

Referencias

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    Tabla 2: Metabolitos microbianos: su síntesis, mecanismos de acción y efectos sobre la salud y la enfermedad
    Figura 1: Mecanismos moleculares de acción del indol y sus metabolitos sobre la fisiología del huésped y la enfermedad
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