Biochemie und Pathobiochemie: Tryptophan-Stoffwechsel
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
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Pyridoxal- phosphat | DOPA-Decarboxylase | 4.1.1.28 | Ly | AADC-Def. | ||||
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| H2O, O2
H2O2, NH3 |
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FAD | Monoamino-Oxidase (MAO) | 1.4.3.4 | Ox | MAO A: Brunner-S., Antisozialität | ||||
| Cu, TPQ | Diamino-Oxidase (DAO) | 1.4.3.6 | Ox | |||||||
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| H2O, NAD+ |
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Aldehyd-Dehydrogenase (NAD+) | 1.2.1.3 | Ox | ||||||
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Biosynthese von Serotonin aus L-Tryptophan und Abbau
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| Tetrahydrobiopterin, O2 |
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Fe | Tryptophan-Hydroxylase (Tryptophan-5-Monooxygenase) | 1.14.16.4 | Ox | |||||
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Pyridoxal- phosphat | DOPA-Decarboxylase | 4.1.1.28 | Ly | AADC-Def. | ||||
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| H2O, O2
H2O2, NH3 |
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FAD | Monoamino-Oxidase (MAO) | 1.4.3.4 | Ox | MAO A: Brunner-S., Antisozialität | ||||
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| H2O, NAD+ |
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Aldehyd-Dehydrogenase (NAD+) | 1.2.1.3 | Ox | ||||||
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H2O2 |
oder
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FAD, Mo, Häm | oder
Aldehyd-Oxidase |
1.2.3.1 | Ox | |||||
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| S-Adenosylmethionin |
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FAD | Acetylserotonin- O-Methyltransferase | 2.1.1.4 | Tr | |||||
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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
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| Acetyl-CoA |
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Serotonin-N-Acetyltransferase | 2.3.1.87 | Tr | Delayed sleep phase syndrome (DSPS) | |||||
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| S-Adenosylmethionin |
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Acetylserotonin- O-Methyltransferase | 2.1.1.4 | Tr | ||||||
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| O2, Red. Flavoprotein
H2O, Ox. Flavoprotein |
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Häm- Thiolat | Unspezifische Monooxygenase (Cytochrom P450) Leber | 1.14.14.1 | Ox | |||||
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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
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| O2
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Häm | Tryptophan-2,3-Dioxygenase | 1.13.11.11 | Ox | |||||
| Indolamin-2,3-Dioxygenase | 1.13.11.52 | |||||||||
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| H2O |
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Arylformamidase | 3.5.1.9 | Hyd | ||||||
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| O2, NADPH/H+
H2O, NADP+ |
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FAD | Kynurenin-3-Monooxygenase | 1.14.13.9 | Ox | |||||
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| H2O |
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Pyridoxal- phosphat | Kynureninase | 3.7.1.3 | Hyd | Xanthuren- acidurie | ||||
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| O2
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Fe | 3-Hydroxyanthranilat-3,4-Dioxygenase | 1.13.11.6 | Ox | |||||
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Aminocarboxymuconat- semialdehyd-Decarboxylase | 4.1.1.45 | Ly | ||||||
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| H2O, NAD+ |
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Aminomuconat-semialdehyd-Dehydrogenase | 1.2.1.32 | Ox | ||||||
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| H2O, NADH/H+ |
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Aminocarboxymuconat- semialdehyd-Decarboxylase | 1.5.1.- | Ly | ||||||
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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. | |
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L-Kynurenin |
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3-Hydroxy-L-Kynurenin |
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| α-Ketoglutarat |
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α-Ketoglutarat |
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Pyrid- oxal- phosphat | Kynurenin- Amino- transferase | 2.6.1.7 | Tr | ||||
-2,4-dioxobutanoat.svg)
4-(2-Aminophenyl)- 2,4-dioxobutanoat |
-2,4-dioxobutanoat.svg)
4-(2-Amino-3-hydroxyphenyl)- 2,4-dioxobutanoat |
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Kynurenat |
Xanthurenat |
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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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