Biochemie und Pathobiochemie: Tryptophan-Stoffwechsel

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Allgemeines[Bearbeiten]

Tryptophan ist eine essentielle, proteinogene Aminosäure. Die Seitenkette enthält ein lipophiles aromatisches Indolringsystem. Tryptophan ist der Rohstoff der biogenen Amine Tryptamin, 5-Hydroxytryptamin (Serotonin) und Melatonin. Des weiteren zweigt die Biosynthese von Nikotinsäure (Vitamin B3) vom Tryptophan-Stoffwechsel ab.

Decarboxylierung von Tryptophan zu Tryptamin und Abbau[Bearbeiten]

Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
L-Tryptophan phys.svg L-Tryptophan


CO2

R-Pfeil runter 1-2.svg Pyridoxal- phosphat DOPA-Decarboxylase 4.1.1.28 Ly AADC-Def.
Tryptamin.svg Tryptamin
H2O, O2

H2O2, NH3

R-Pfeil runter 1-3.svg FAD Monoamino-Oxidase (MAO) 1.4.3.4 Ox MAO A: Brunner-S., Antisozialität
Cu, TPQ Diamino-Oxidase (DAO) 1.4.3.6 Ox
Indol-3-acetaldehyd.svg Indol-3-acetaldehyd
H2O, NAD+

NADH/H+

R-Pfeil runter 1-3.svg Aldehyd-Dehydrogenase (NAD+) 1.2.1.3 Ox
Indolacetat.svg Indolacetat

Biosynthese von Serotonin aus L-Tryptophan und Abbau[Bearbeiten]

Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
L-Tryptophan phys.svg L-Tryptophan
Tetrahydrobiopterin, O2

4a-Hydroxytetrahydrobiopterin

R-Pfeil runter 1-3.svg Fe Tryptophan-Hydroxylase (Tryptophan-5-Monooxygenase) 1.14.16.4 Ox
5-Hydroxy-L-tryptophan.svg 5-Hydroxy- L-Tryptophan


CO2

R-Pfeil runter 1-2.svg Pyridoxal- phosphat DOPA-Decarboxylase 4.1.1.28 Ly AADC-Def.
Serotonin2.svg Serotonin (5-Hydroxytryptamin)
H2O, O2

H2O2, NH3

R-Pfeil runter 1-3.svg FAD Monoamino-Oxidase (MAO) 1.4.3.4 Ox MAO A: Brunner-S., Antisozialität
5-Hydroxyindolacetaldehyd.svg 5-Hydroxyindol- acetaldehyd
H2O, NAD+

NADH/H+

R-Pfeil runter 1-3.svg Aldehyd-Dehydrogenase (NAD+) 1.2.1.3 Ox


H2O, O2

H2O2

oder

R-Pfeil runter 1-3.svg

FAD, Mo, Häm oder

Aldehyd-Oxidase

1.2.3.1 Ox
5-Hydroxyindolacetat.svg 5-Hydroxyindolacetat
S-Adenosylmethionin

S-Adenosylhomocystein

R-Pfeil runter 1-3.svg FAD Acetylserotonin- O-Methyltransferase 2.1.1.4 Tr
5-Methoxyindolacetat.svg 5-Methoxyindolacetat

Das biogene Monoamin Serotonin (5-Hydroxytryptamin, 5-HT) spielt im Körper eine wichtige Rolle als Hormon und Neurotransmitter. Die Wirkung entfaltet sich über eine ganze Reihe verschiedener 5-HT-Rezeptor-Subtypen, so dass Serotonin an verschiedenen Orten unterschiedliche Effekte hervorrufen kann. 5-HT-Rezeptoren beeinflussen z.B. die zentrale Informationsverarbeitung, die Thrombozytenaggregation, den Gefäßtonus und die Darmperistaltik. (Näheres dazu siehe in den Büchern der Physiologie.)

Pathologie: Vor allem im Dünndarm und in der Lunge können sog. Karzinoide (neuroendokrine Tumoren) auftreten, die gerne Serotonin bilden. Besonders bei metastasierten Karzinoiden treten dann typische Symptome auf wie Flush, Diarrhö und Herzklappenfibrose. Im Urin können dann häufig erhöhte Konzentrationen an 5-Hydroxyindolessigsäure nachgewiesen werden.

Pharmakologie: Zahllose Medikamente und Toxine wirken am 5-HT-System. Dazu gehören z.B. Buspiron (Anxiolytikum), Triptane (Migränetherapeutika), Sarpogrelat (Thrombozytenaggregationshemmer), Setrone (Antiemetika), Mutterkorn-Alkaloide (Ergotismus) und LSD (Halluzinationen) sowie verschiedene Antidepressiva.

Biosynthese von Melatonin aus Serotonin[Bearbeiten]

Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
Serotonin2.svg Serotonin (5-Hydroxytryptamin)
Acetyl-CoA

CoA-SH

R-Pfeil runter 1-3.svg Serotonin-N-Acetyltransferase 2.3.1.87 Tr Delayed sleep phase syndrome (DSPS)
N-Acetylserotonin.svg N-Acetylserotonin
S-Adenosylmethionin

S-Adenosylhomocystein

R-Pfeil runter 1-3.svg Acetylserotonin- O-Methyltransferase 2.1.1.4 Tr
Melatonin2.svg Melatonin (N-Acetyl- 5-methoxytryptamin)
O2, Red. Flavoprotein

H2O, Ox. Flavoprotein

R-Pfeil runter 1-3.svg Häm- Thiolat Unspezifische Monooxygenase (Cytochrom P450) Leber 1.14.14.1 Ox
6-Hydroxymelatonin.svg 6-Hydroxymelatonin


Das Hormon Melatonin findet man in allen Lebewesen. Im Menschen wird es vorwiegend in der Epiphyse (Hirnanhangsdrüse) aus Serotonin gebildet. Durch Einwirkung auf verschiedene Regelkreise reguliert es den Tag-Nacht-Rhythmus. Die pulsatile Sekretion von Melatonin erfolgt hauptsächlich nachts, Tageslicht bremst die Ausschüttung.

Abbau von Tryptophan[Bearbeiten]

Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
L-Tryptophan phys.svg L-Tryptophan
O2


R-Pfeil runter 1-1.svg Häm Tryptophan-2,3-Dioxygenase 1.13.11.11 Ox
Indolamin-2,3-Dioxygenase 1.13.11.52
N-Formyl-L-kynurenin.svg N-Formylkynurenin
H2O

Formiat

R-Pfeil runter 1-3.svg Arylformamidase 3.5.1.9 Hyd
L-Kynurenin.svg L-Kynurenin
O2, NADPH/H+

H2O, NADP+

R-Pfeil runter 1-3.svg FAD Kynurenin-3-Monooxygenase 1.14.13.9 Ox
3-Hydroxy-L-kynurenin.svg 3-Hydroxy-L-Kynurenin
H2O

L-Alanin

R-Pfeil runter 1-3.svg Pyridoxal- phosphat Kynureninase 3.7.1.3 Hyd Xanthuren- acidurie
3-Hydroxyanthranilat.svg 3-Hydroxyanthranilat
O2


R-Pfeil runter 1-1.svg Fe 3-Hydroxyanthranilat-3,4-Dioxygenase 1.13.11.6 Ox
2-Amino-3-carboxymuconatsemialdehyd.svg 2-Amino-3-carboxymuconat- semialdehyd


CO2

R-Pfeil runter 1-2.svg Aminocarboxymuconat- semialdehyd-Decarboxylase 4.1.1.45 Ly
2-Aminomuconatsemialdehyd.svg 2-Aminomuconat-semialdehyd
H2O, NAD+

NADH/H+

R-Pfeil runter 1-3.svg Aminomuconat-semialdehyd-Dehydrogenase 1.2.1.32 Ox
2-Aminomuconat.svg 2-Aminomuconat
H2O, NADH/H+

NH3, NAD+

R-Pfeil runter 1-3.svg Aminocarboxymuconat- semialdehyd-Decarboxylase 1.5.1.- Ly
Alpha-Ketoadipat.svg α-Ketoadipat

Tryptophan wird zu Alanin und α-Ketoadipat degradiert. Letzteres kann wie beim Lysin-Stoffwechsel beschrieben über dehydrierende Decarboxylierung und β-Oxidation zu Acetyl-CoA abgebaut werden.

Vom 2-Amino-3-carboxymuconat-semialdehyd zweigt die Nicotinsäure-Biosynthese ab. Niacin ist daher als Vitamin semi-essentiell, da es auch aus Tryptophan gebildet werden kann.

Alternative Abbauwege für L-Kynurenin und 3-Hydroxy-L-Kynurenin[Bearbeiten]

Für L-Kynurenin und 3-Hydroxy-L-Kynurenin gibt es noch zwei alternative Abbauwege, die unter pathologischen Bedingungen eine Rolle spielen:

Subst. Subst. Co. Enzym EC EG Erkr.
L-Kynurenin.svg

L-Kynurenin

R-Pfeil rechts 2-3.svg 3-Hydroxy-L-kynurenin.svg

3-Hydroxy-L-Kynurenin

NADPH/H+, O2 / NADP+, H2O

Kynurenin-3-Mono- oxygenase (FAD) 1.14.13.9

α-Ketoglutarat

Glutamat

R-Pfeil runter 1-3.svg α-Ketoglutarat

Glutamat

R-Pfeil runter 1-3.svg Pyrid- oxal- phosphat Kynurenin- Amino- transferase 2.6.1.7 Tr
4-(2-Aminophenyl)-2,4-dioxobutanoat.svg

4-(2-Aminophenyl)- 2,4-dioxobutanoat

4-(2-Amino-3-hydroxyphenyl)-2,4-dioxobutanoat.svg

4-(2-Amino-3-hydroxyphenyl)- 2,4-dioxobutanoat

R-Pfeil runter.svg R-Pfeil runter.svg
Kynurenat.svg

Kynurenat

Xanthurenat.svg

Xanthurenat

Pathobiochemie: Bei einem Mangel an Pyridoxalphosphat (Vitamin B6) wie auch beim erblichen Kynureninase-Mangel (Xanthurenacidurie) stauen sich L-Kynurenin und 3-Hydroxy-L-Kynurenin an, die dann vermehrt in Kynurenat und Xanthurenat umgewandelt werden und im Urin nachweisbar sind. (Die Kynureninaminotransferase ist zwar auch B6-abhängig, kommt aber im Ggs. zur Kynureninase nicht nur im Zytosol, sondern auch im Mitochondrium vor und soll daher weniger von einem B6-Mangel tangiert werden (?)).

Da Niacin aus Tryptophan gebildet werden kann, treten Niacin-Mangelerkrankungen wie die Pellagra i.d.R. nur bei kombiniertem Protein(Tryptophan)- und Vitaminmangel (Niacin, B6) auf, z.B. bei überwiegender Maisernährung in Entwicklungsländern oder bei Alkoholismus.

Weblinks[Bearbeiten]



Allgemeine Hintergrundfarbe für Substrate Hintergrundfarbe Reaktionspfeile „Schlüsselenzyme“
Energiereiche Phosphate Reduktionsäquivalente CO2 / HCO3 C1-Reste Stickstoff

Abk.: Tr.: Transkriptionelle Regulation, Tl.: Regulation der Translation, Lok.: Regulation über die Enzymlokalisation, Kov.: Regulation durch kovalente Modifikation, All.: Allosterische Regulation, Koop.: Kooperativer Effekt, Co.: Cofaktoren, EC: Enzymklassifikation, EG: Enzymgruppe (Oxidoreductase, Transferase, Hydrolase, Lyase, Isomerase, Ligase), Erkr.: Assoziierte Erkrankungen.



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