最特殊的氨基酸——色氨酸

互推小编 2023-11-15

中文名：色氨酸

英文名：Tryptophan，2-Amino-3-(1H-indol-3-yl)propanoic acid

别名：2-氨基-3(β-吲哚)丙酸

化学名：2-Amino-3-(1H-indol-3-yl) propanoic acid

分子式：C11H12N2O2

CAS号：73-22-3

分子量：204.23

外观：白色或微黄色结晶或结晶性粉末

熔点：281 至 282 ℃

水溶性：11.4 g/L at 25 °C,

密度：1.362 g/cm³

keletal formula of L-phenylalanine骨架结构式

ball-and-stick model球棍模型

space-filling model空间结构模型

色氨酸(符号Trp或W)是一种α-氨基酸，用于蛋白质的生物合成。色氨酸含有一个α-氨基、一个α-羧酸基团和一个侧链吲哚，使其成为一个极性分子，并有一个非极性芳香-碳取代基。它是人体必需的，这意味着人体不能合成它，它必须从饮食中获得。色氨酸也是神经递质血清素、激素褪黑素和维生素B3的前体。它由密码子UGG编码。与其它氨基酸一样，色氨酸在生理pH下是两性离子，其氨基被质子化(-NH3+; pKa = 9.39)，羧酸被去质子化(-COO-; pKa = 2.38)。人类和许多动物不能合成色氨酸:它们需要通过饮食获得色氨酸，使其成为一种必需氨基酸。

吲哚

血清素

褪黑素

维生素B3

生物功能

左旋色氨酸代谢为血清素和褪黑素(左)和烟酸(右)。每个化学反应后转化的官能团以红色突出显示。

氨基酸，包括色氨酸，是蛋白质生物合成的基石，而蛋白质是维持生命所必需的。许多动物(包括人类)不能合成色氨酸:它们需要通过饮食获得色氨酸，使其成为一种必需氨基酸。色氨酸是蛋白质中较不常见的氨基酸之一，但它无论何时出现都起着重要的结构或功能作用。例如，色氨酸和酪氨酸残基在细胞膜内“锚定”膜蛋白中发挥特殊作用。色氨酸和其他芳香族氨基酸在糖蛋白相互作用中也很重要。此外，色氨酸作为以下化合物的生化前体:

血清素(一种神经递质)，由色氨酸羟化酶合成。
褪黑激素(一种神经激素)是由血清素通过n -乙酰转移酶和5-羟基吲哚- o -甲基转移酶合成的。
Kynurenine，色氨酸主要(超过95%)被代谢。免疫系统和大脑中的吲哚胺2,3-双加氧酶(IDO)和肝脏中的色氨酸2,3-双加氧酶(TDO)两种酶负责从色氨酸合成kynurenine。色氨酸分解代谢的kynurenine途径在一些疾病中发生改变，包括精神疾病，如精神分裂症、重度抑郁症和双相情感障碍。

Kynurenine

烟酸，也称为维生素B3，由色氨酸经kynurenine和喹啉酸合成。
生长素(一种植物激素)由色氨酸合成。

生长素

果糖吸收障碍会导致肠道对色氨酸的吸收不正常、血液中色氨酸水平降低和抑郁症。

在合成色氨酸的细菌中，细胞内高水平的这种氨基酸会激活一种抑制蛋白，这种蛋白会与色氨酸操纵子结合。该抑制因子与色氨酸操纵子的结合阻止了下游DNA的转录，这些DNA编码参与色氨酸生物合成的酶。因此，高水平的色氨酸通过负反馈回路阻止色氨酸的合成，当细胞的色氨酸水平再次下降时，色氨酸操纵子的转录就会恢复。这允许对细胞内外色氨酸水平的变化做出严格的调节和快速的反应。

人体胃肠道微生物群对色氨酸的代谢

这张图显示了肠道细菌从色氨酸中生物活性化合物(吲哚和某些其他衍生物)的生物合成吲哚由色氨酸由表达色氨酸酶的细菌产生芽孢梭菌代谢色氨酸为吲哚和3-吲哚丙酸(IPA)，是一种高效的神经保护抗氧化剂，清除羟基自由基。IPA与肠细胞中的孕烷X受体(PXR)结合，从而促进黏膜稳态和屏障功能IPA从肠道吸收后分布到大脑，对脑缺血和阿尔茨海默病具有神经保护作用乳酸菌将色氨酸代谢成吲哚-3-醛(I3A)，I3A作用于肠道免疫细胞中的芳基烃受体(AhR)，进而增加白细胞介素-22(IL-22)的产生吲哚本身可触发肠道L细胞分泌胰高血糖素样肽-1(GLP-1)，并作为AhR。的配体吲哚还可以被肝脏代谢成硫酸吲哚醇，高浓度的吲哚醇是一种有毒的化合物，与血管疾病和肾功能不全有关AST-120(活性炭)是一种口服的肠道吸附剂，它吸附吲哚，从而降低血浆中硫酸吲哚的浓度。

医疗用途

抑郁

由于色氨酸会转化为5-羟色氨酸(5-HTP)，然后再转化为神经递质5-羟色胺，有人提出摄入色氨酸或5-HTP可能会通过增加大脑中的5-羟色胺水平来改善抑郁症症状。色氨酸在美国(1989年至2005年被不同程度地禁止)和英国作为膳食补充剂出售，用作抗抑郁剂、抗焦虑剂和助眠剂。在一些欧洲国家，它也是一种治疗重度抑郁症的处方药。有证据表明，血液中的色氨酸水平不太可能通过改变饮食来改变，但食用纯化的色氨酸会增加大脑中的血清素水平，而食用含有色氨酸的食物则不会。

2001年发表了一篇关于5-HTP和色氨酸对抑郁症影响的Cochrane综述。由于数据有限，作者只纳入了高严密性的研究，并将5-HTP和色氨酸都纳入了他们的综述。在1966年至2000年发表的108项关于5-羟色胺酸和色氨酸对抑郁症的研究中，只有两项符合作者的纳入质量标准，总共64名研究参与者。在纳入的两项研究中，这些物质比安慰剂更有效，但作者指出，”证据的质量不够，不能作为结论性证据”，并指出，”因为存在被证明有效和安全的替代抗抑郁药物，目前5-HTP和色氨酸的临床用途有限”。使用色氨酸作为除标准治疗情绪和焦虑障碍之外的辅助治疗没有科学证据支持。

失眠

美国睡眠医学学会2017年临床实践指南建议，由于疗效不佳，不使用色氨酸治疗失眠。

副作用

补充色氨酸的潜在副作用包括恶心、腹泻、嗜睡、头昏、头痛、口干、视力模糊、镇静、兴奋和眼球震颤(无意识的眼球运动)。

相互作用

色氨酸作为膳食补充剂(如片剂)与 MAOI或SSRI类抗抑郁药或其他强血清素能药物联合使用时，有可能引起5 -羟色胺综合症。由于色氨酸补充还没有在临床环境中进行彻底的研究，它与其他药物的相互作用还不清楚。综合症

分离

1901年，弗雷德里克·霍普金斯首次报道了色氨酸的分离。Hopkins从水解酪蛋白中回收色氨酸，从600 g粗酪蛋白中回收4-8 g色氨酸。

作为一种必需氨基酸，色氨酸不是由人类和其他动物的简单物质合成的，所以它需要以含有色氨酸的蛋白质的形式存在于饮食中。植物和微生物通常用莽草酸或邻氨基苯甲酸合成色氨酸:邻氨基苯甲酸与磷核糖基焦磷酸(PRPP)缩合，生成副产物焦磷酸。核糖部分的环被打开并进行还原脱羧，产生吲哚-3-甘油磷酸;这反过来又转化为吲哚。最后一步，色氨酸合成酶催化吲哚和氨基酸丝氨酸生成色氨酸。

色氨酸的工业生产也是生物合成的，以丝氨酸和吲哚的发酵为基础，使用野生型或转基因细菌，如解淀粉杆菌、枯草杆菌、谷氨酰胺杆菌或大肠杆菌。这些菌株携带的突变阻止芳香族氨基酸的再摄取或多重/过表达色氨酸操纵子。这种转化是由色氨酸合成酶催化的。

社会与文化

昭和电工污染丑闻

1989年，美国爆发了一场大规模的嗜酸性粒细胞-肌痛综合症(EMS)，疾控中心报告了1500多例病例，至少37人死亡。初步调查显示，此次疫情与摄入色氨酸有关，美国食品和药物管理局(FDA)于1989年召回了色氨酸补充剂，并于1990年禁止了大部分公开销售，其它国家也纷纷效仿。

随后的研究表明，EMS与一家大型日本制造商昭和电工(Showa Denko)供应的特定批次的L-色氨酸有关。最后清楚的是，最近几批昭和电工的L-色氨酸被微量杂质污染，随后被认为是1989年EMS爆发的原因。然而，其他证据表明色氨酸本身可能是EMS的潜在主要促成因素也有人声称前体达到了足够的浓度，可以形成一种有毒的二聚体

FDA在2001年2月放宽了对色氨酸销售和营销的限制，但直到2005年，仍继续限制非豁免用途的色氨酸的进口。

Showa Denko工厂使用基因工程细菌生产被污染的几批L-色氨酸，后来发现这些色氨酸导致嗜酸性粒细胞增多-肌痛综合征的爆发，这一事实被认为是需要"密切监测生物技术衍生产品的化学纯度"的证据。反过来，那些呼吁纯度监测的人被批评为反转基因活动人士，他们忽视了可能的非转基因污染原因，威胁了生物技术的发展。

火鸡肉与嗜睡假说

在美国，一个普遍的说法是，大量食用火鸡肉会导致嗜睡，因为火鸡中含有大量的色氨酸。然而，火鸡中的色氨酸含量与其他肉类中的含量相当。饭后嗜睡可能是由与火鸡一起吃的其他食物引起的，特别是碳水化合物。摄入富含碳水化合物的食物会触发胰岛素的释放。胰岛素反过来刺激大中性支链氨基酸(BCAA)进入肌肉，而不是色氨酸，从而增加了血液中色氨酸与BCAA的比例。由此增加的色氨酸比例减少了大的中性氨基酸转运体(它同时运输BCAA和芳香族氨基酸)的竞争，导致更多的色氨酸通过血脑屏障进入脑脊液(CSF)。

一旦进入脑脊液，色氨酸在中线核通过正常的酶途径转化为血清素。由此产生的血清素进一步被松果体代谢为褪黑素。因此，这些数据表明，“盛宴诱发的嗜睡”——或餐后嗜睡——可能是富含碳水化合物的大餐的结果，这间接增加了大脑中褪黑激素的产生，从而促进了睡眠。

研究

在1912年Felix Ehrlich证明，酵母菌代谢的天然氨基酸本质上通过分离二氧化碳和取代氨基与羟基组。通过这个反应，色氨酸产生色醇。当以纯化的形式口服时，色氨酸会影响大脑5 -羟色胺的合成，并用于修改5 -羟色胺的水平以供研究。低脑血清素水平是由给药缺乏色氨酸的蛋白质引起的，这种技术称为急性色氨酸耗尽。使用这种方法的研究评估了血清素对情绪和社会行为的影响，发现血清素降低了攻击性，增加了亲和性。