中文名：色氨酸

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

別 名：2-氨基-3(β-吲哚)丙酸

化學(xué)名：2-Amino-3-(1H-indol-3-yl) propanoic acid

分子式：C11H12N2O2

CAS號(hào)：73-22-3

分子量：204.23

外 觀：白色或微黃色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末

熔 點(diǎn)：281 至 282 ℃

水溶性：11.4 g/L at 25 °C,

密 度：1.362 g/cm3

keletal formula of L-phenylalanine骨架結(jié)構(gòu)式

ball-and-stick model球棍模型

space-filling model空間結(jié)構(gòu)模型

色氨酸(符號(hào)Trp或W)是一種α-氨基酸，用于蛋白質(zhì)的生物合成。色氨酸含有一個(gè)α-氨基、一個(gè)α-羧酸基團(tuán)和一個(gè)側(cè)鏈吲哚，使其成為一個(gè)極性分子，并有一個(gè)非極性芳香-碳取代基。它是人體必需的，這意味著人體不能合成它，它必須從飲食中獲得。色氨酸也是神經(jīng)遞質(zhì)血清素、激素褪黑素和維生素B3的前體。它由密碼子UGG編碼。與其它氨基酸一樣，色氨酸在生理pH下是兩性離子，其氨基被質(zhì)子化(-NH3+; pKa = 9.39)，羧酸被去質(zhì)子化(-COO-; pKa = 2.38)。人類和許多動(dòng)物不能合成色氨酸:它們需要通過(guò)飲食獲得色氨酸，使其成為一種必需氨基酸。

吲哚

血清素

褪黑素

維生素B3

生物功能

左旋色氨酸代謝為血清素和褪黑素(左)和煙酸(右)。每個(gè)化學(xué)反應(yīng)后轉(zhuǎn)化的官能團(tuán)以紅色突出顯示。

氨基酸，包括色氨酸，是蛋白質(zhì)生物合成的基石，而蛋白質(zhì)是維持生命所必需的。許多動(dòng)物(包括人類)不能合成色氨酸:它們需要通過(guò)飲食獲得色氨酸，使其成為一種必需氨基酸。色氨酸是蛋白質(zhì)中較不常見(jiàn)的氨基酸之一，但它無(wú)論何時(shí)出現(xiàn)都起著重要的結(jié)構(gòu)或功能作用。例如，色氨酸和酪氨酸殘基在細(xì)胞膜內(nèi)“錨定”膜蛋白中發(fā)揮特殊作用。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，色氨酸作為以下化合物的生化前體:

• 血清素(一種神經(jīng)遞質(zhì))，由色氨酸羥化酶合成。

• 褪黑激素(一種神經(jīng)激素)是由血清素通過(guò)n -乙酰轉(zhuǎn)移酶和5-羥基吲哚- o -甲基轉(zhuǎn)移酶合成的。

• Kynurenine，色氨酸主要(超過(guò)95%)被代謝。免疫系統(tǒng)和大腦中的吲哚胺2,3-雙加氧酶(IDO)和肝臟中的色氨酸2,3-雙加氧酶(TDO)兩種酶負(fù)責(zé)從色氨酸合成kynurenine。色氨酸分解代謝的kynurenine途徑在一些疾病中發(fā)生改變，包括精神疾病，如精神分裂癥、重度抑郁癥和雙相情感障礙。

Kynurenine

• 煙酸，也稱為維生素B3，由色氨酸經(jīng)kynurenine和喹啉酸合成。

• 生長(zhǎng)素(一種植物激素)由色氨酸合成。

生長(zhǎng)素

果糖吸收障礙會(huì)導(dǎo)致腸道對(duì)色氨酸的吸收不正常、血液中色氨酸水平降低和抑郁癥。

在合成色氨酸的細(xì)菌中，細(xì)胞內(nèi)高水平的這種氨基酸會(huì)激活一種抑制蛋白，這種蛋白會(huì)與色氨酸操縱子結(jié)合。該抑制因子與色氨酸操縱子的結(jié)合阻止了下游DNA的轉(zhuǎn)錄，這些DNA編碼參與色氨酸生物合成的酶。因此，高水平的色氨酸通過(guò)負(fù)反饋回路阻止色氨酸的合成，當(dāng)細(xì)胞的色氨酸水平再次下降時(shí)，色氨酸操縱子的轉(zhuǎn)錄就會(huì)恢復(fù)。這允許對(duì)細(xì)胞內(nèi)外色氨酸水平的變化做出嚴(yán)格的調(diào)節(jié)和快速的反應(yīng)。

人體胃腸道微生物群對(duì)色氨酸的代謝

這張圖顯示了腸道細(xì)菌從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達(dá)色氨酸酶的細(xì)菌產(chǎn)生芽孢梭菌代謝色氨酸為吲哚和3-吲哚丙酸(IPA)，是一種高效的神經(jīng)保護(hù)抗氧化劑，清除羥基自由基。IPA與腸細(xì)胞中的孕烷X受體(PXR)結(jié)合，從而促進(jìn)黏膜穩(wěn)態(tài)和屏障功能IPA從腸道吸收后分布到大腦，對(duì)腦缺血和阿爾茨海默病具有神經(jīng)保護(hù)作用乳酸菌將色氨酸代謝成吲哚-3-醛(I3A)，I3A作用于腸道免疫細(xì)胞中的芳基烴受體(AhR)，進(jìn)而增加白細(xì)胞介素-22(IL-22)的產(chǎn)生吲哚本身可觸發(fā)腸道L細(xì)胞分泌胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)，并作為AhR。的配體吲哚還可以被肝臟代謝成硫酸吲哚醇，高濃度的吲哚醇是一種有毒的化合物，與血管疾病和腎功能不全有關(guān)AST-120(活性炭)是一種口服的腸道吸附劑，它吸附吲哚，從而降低血漿中硫酸吲哚的濃度。

醫(yī)療用途

抑郁

由于色氨酸會(huì)轉(zhuǎn)化為5-羥色氨酸(5-HTP)，然后再轉(zhuǎn)化為神經(jīng)遞質(zhì)5-羥色胺，有人提出攝入色氨酸或5-HTP可能會(huì)通過(guò)增加大腦中的5-羥色胺水平來(lái)改善抑郁癥癥狀。色氨酸在美國(guó)(1989年至2005年被不同程度地禁止)和英國(guó)作為膳食補(bǔ)充劑出售，用作抗抑郁劑、抗焦慮劑和助眠劑。在一些歐洲國(guó)家，它也是一種治療重度抑郁癥的處方藥。有證據(jù)表明，血液中的色氨酸水平不太可能通過(guò)改變飲食來(lái)改變，但食用純化的色氨酸會(huì)增加大腦中的血清素水平，而食用含有色氨酸的食物則不會(huì)。

2001年發(fā)表了一篇關(guān)于5-HTP和色氨酸對(duì)抑郁癥影響的Cochrane綜述。由于數(shù)據(jù)有限，作者只納入了高嚴(yán)密性的研究，并將5-HTP和色氨酸都納入了他們的綜述。在1966年至2000年發(fā)表的108項(xiàng)關(guān)于5-羥色胺酸和色氨酸對(duì)抑郁癥的研究中，只有兩項(xiàng)符合作者的納入質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，總共64名研究參與者。在納入的兩項(xiàng)研究中，這些物質(zhì)比安慰劑更有效，但作者指出，”證據(jù)的質(zhì)量不夠，不能作為結(jié)論性證據(jù)”，并指出，”因?yàn)榇嬖诒蛔C明有效和安全的替代抗抑郁藥物，目前5-HTP和色氨酸的臨床用途有限”。使用色氨酸作為除標(biāo)準(zhǔn)治療情緒和焦慮障礙之外的輔助治療沒(méi)有科學(xué)證據(jù)支持。

失眠

美國(guó)睡眠醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)2017年臨床實(shí)踐指南建議，由于療效不佳，不使用色氨酸治療失眠。

副作用

補(bǔ)充色氨酸的潛在副作用包括惡心、腹瀉、嗜睡、頭昏、頭痛、口干、視力模糊、鎮(zhèn)靜、興奮和眼球震顫(無(wú)意識(shí)的眼球運(yùn)動(dòng))。

相互作用

色氨酸作為膳食補(bǔ)充劑(如片劑)與 MAOI或SSRI類抗抑郁藥或其他強(qiáng)血清素能藥物聯(lián)合使用時(shí)，有可能引起5 -羥色胺綜合癥。由于色氨酸補(bǔ)充還沒(méi)有在臨床環(huán)境中進(jìn)行徹底的研究，它與其他藥物的相互作用還不清楚。綜合癥

分離

1901年，弗雷德里克·霍普金斯首次報(bào)道了色氨酸的分離。Hopkins從水解酪蛋白中回收色氨酸，從600 g粗酪蛋白中回收4-8 g色氨酸。

作為一種必需氨基酸，色氨酸不是由人類和其他動(dòng)物的簡(jiǎn)單物質(zhì)合成的，所以它需要以含有色氨酸的蛋白質(zhì)的形式存在于飲食中。植物和微生物通常用莽草酸或鄰氨基苯甲酸合成色氨酸:鄰氨基苯甲酸與磷核糖基焦磷酸(PRPP)縮合，生成副產(chǎn)物焦磷酸。核糖部分的環(huán)被打開(kāi)并進(jìn)行還原脫羧，產(chǎn)生吲哚-3-甘油磷酸;這反過(guò)來(lái)又轉(zhuǎn)化為吲哚。最后一步，色氨酸合成酶催化吲哚和氨基酸絲氨酸生成色氨酸。

色氨酸的工業(yè)生產(chǎn)也是生物合成的，以絲氨酸和吲哚的發(fā)酵為基礎(chǔ)，使用野生型或轉(zhuǎn)基因細(xì)菌，如解淀粉桿菌、枯草桿菌、谷氨酰胺桿菌或大腸桿菌。這些菌株攜帶的突變阻止芳香族氨基酸的再攝取或多重/過(guò)表達(dá)色氨酸操縱子。這種轉(zhuǎn)化是由色氨酸合成酶催化的。

社會(huì)與文化

昭和電工污染丑聞

1989年，美國(guó)爆發(fā)了一場(chǎng)大規(guī)模的嗜酸性粒細(xì)胞-肌痛綜合癥(EMS)，疾控中心報(bào)告了1500多例病例，至少37人死亡。初步調(diào)查顯示，此次疫情與攝入色氨酸有關(guān)，美國(guó)食品和藥物管理局(FDA)于1989年召回了色氨酸補(bǔ)充劑，并于1990年禁止了大部分公開(kāi)銷售，其它國(guó)家也紛紛效仿。

隨后的研究表明，EMS與一家大型日本制造商昭和電工(Showa Denko)供應(yīng)的特定批次的L-色氨酸有關(guān)。最后清楚的是，最近幾批昭和電工的L-色氨酸被微量雜質(zhì)污染，隨后被認(rèn)為是1989年EMS爆發(fā)的原因。然而，其他證據(jù)表明色氨酸本身可能是EMS的潛在主要促成因素也有人聲稱前體達(dá)到了足夠的濃度，可以形成一種有毒的二聚體

FDA在2001年2月放寬了對(duì)色氨酸銷售和營(yíng)銷的限制，但直到2005年，仍繼續(xù)限制非豁免用途的色氨酸的進(jìn)口。

Showa Denko工廠使用基因工程細(xì)菌生產(chǎn)被污染的幾批L-色氨酸，后來(lái)發(fā)現(xiàn)這些色氨酸導(dǎo)致嗜酸性粒細(xì)胞增多-肌痛綜合征的爆發(fā)，這一事實(shí)被認(rèn)為是需要'密切監(jiān)測(cè)生物技術(shù)衍生產(chǎn)品的化學(xué)純度'的證據(jù)。反過(guò)來(lái)，那些呼吁純度監(jiān)測(cè)的人被批評(píng)為反轉(zhuǎn)基因活動(dòng)人士，他們忽視了可能的非轉(zhuǎn)基因污染原因，威脅了生物技術(shù)的發(fā)展。

火雞肉與嗜睡假說(shuō)

在美國(guó)，一個(gè)普遍的說(shuō)法是，大量食用火雞肉會(huì)導(dǎo)致嗜睡，因?yàn)榛痣u中含有大量的色氨酸。然而，火雞中的色氨酸含量與其他肉類中的含量相當(dāng)。飯后嗜睡可能是由與火雞一起吃的其他食物引起的，特別是碳水化合物。攝入富含碳水化合物的食物會(huì)觸發(fā)胰島素的釋放。胰島素反過(guò)來(lái)刺激大中性支鏈氨基酸(BCAA)進(jìn)入肌肉，而不是色氨酸，從而增加了血液中色氨酸與BCAA的比例。由此增加的色氨酸比例減少了大的中性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體(它同時(shí)運(yùn)輸BCAA和芳香族氨基酸)的競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致更多的色氨酸通過(guò)血腦屏障進(jìn)入腦脊液(CSF)。

一旦進(jìn)入腦脊液，色氨酸在中線核通過(guò)正常的酶途徑轉(zhuǎn)化為血清素。由此產(chǎn)生的血清素進(jìn)一步被松果體代謝為褪黑素。因此，這些數(shù)據(jù)表明，“盛宴誘發(fā)的嗜睡”——或餐后嗜睡——可能是富含碳水化合物的大餐的結(jié)果，這間接增加了大腦中褪黑激素的產(chǎn)生，從而促進(jìn)了睡眠。

研究

在1912年Felix Ehrlich證明，酵母菌代謝的天然氨基酸本質(zhì)上通過(guò)分離二氧化碳和取代氨基與羥基組。通過(guò)這個(gè)反應(yīng)，色氨酸產(chǎn)生色醇。當(dāng)以純化的形式口服時(shí)，色氨酸會(huì)影響大腦5 -羥色胺的合成，并用于修改5 -羥色胺的水平以供研究。低腦血清素水平是由給藥缺乏色氨酸的蛋白質(zhì)引起的，這種技術(shù)稱為急性色氨酸耗盡。使用這種方法的研究評(píng)估了血清素對(duì)情緒和社會(huì)行為的影響，發(fā)現(xiàn)血清素降低了攻擊性，增加了親和性。

熒光

色氨酸是一種重要的內(nèi)在熒光探針(氨基酸)，可用于估計(jì)色氨酸殘基周圍微環(huán)境的性質(zhì)。折疊蛋白的大多數(shù)內(nèi)在熒光發(fā)射是由于色氨酸殘基的激發(fā)。