Tryptophan ist eine essentielle Aminosäure, die der menschliche Körper nicht selbst herstellen kann und die daher über die Nahrung aufgenommen werden muss. Es spielt eine entscheidende Rolle in verschiedenen Stoffwechselprozessen und hat insbesondere im Nervensystem wichtige Funktionen.
Aufnahme und Transport von Tryptophan
Aufgrund seiner Lipophilie, also seiner guten Löslichkeit in Fetten und Ölen, wird L-Tryptophan für den Transport durch den Körper an das Transportprotein Albumin gebunden. Nachdem es aus dieser Bindung freigesetzt wurde, kann Tryptophan ins Gehirn transportiert werden.
Konkurrenz an der Blut-Hirn-Schranke
An der Blut-Hirn-Schranke konkurriert L-Tryptophan mit fünf anderen Aminosäuren um das gleiche Transportsystem, das den Eintritt ins Zentralnervensystem (ZNS) ermöglicht. Zu diesen konkurrierenden Aminosäuren gehören die verzweigtkettigen Aminosäuren (BCAA) L-Valin, L-Leucin und L-Isoleucin sowie die aromatischen Aminosäuren L-Phenylalanin und L-Tyrosin.
Einfluss der Ernährung
Die Zusammensetzung der Nahrung kann die Aufnahme von Tryptophan ins Gehirn beeinflussen. Nach einer proteinreichen Mahlzeit kann die zusätzliche Aufnahme schnell wirksamer Kohlenhydrate den Insulinspiegel erhöhen. Dies führt dazu, dass die konkurrierenden verzweigtkettigen Aminosäuren vermehrt in die Muskelzellen geschleust werden, wodurch der prozentuale Anteil von Tryptophan im Blut steigt und somit mehr Tryptophan ins Gehirn gelangen kann. Die Kombination von Kohlenhydraten und Eiweißen kann die Aufnahme von L-Tryptophan steigern. Das liegt daran, dass Kohlenhydrate die Insulinausschüttung stimulieren. Bei einer erhöhten Insulinausschüttung nehmen eher die Muskeln des Körpers die verzweigtkettigen Aminosäuren L-Valin, L-Leucin und L-Isoleucin auf. So wird die Konkurrenz an der Blut-Hirn-Schranke reduziert und mehr Tryptophan kann ins Gehirn aufgenommen werden.
Einfluss von Sport
Auch sportliche Betätigung kann die Tryptophanaufnahme beeinflussen. Intensive Ausdauerbelastung führt dazu, dass vermehrt verzweigtkettige Aminosäuren unter dem Einfluss von Insulin in die Muskelzellen aufgenommen werden. Dies führt ebenfalls zu einem Anstieg des prozentualen Anteils von Tryptophan im Blut.
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Tryptophan-Kynurenin-Stoffwechsel
Nur ein geringer Teil des aufgenommenen Tryptophans (etwa 3 %) wird für die Synthese von Serotonin und Melatonin im ZNS verwendet. Der größte Teil des Tryptophans wird für den Proteinaufbau, die Bildung von Vitamin B3 (Niacin) und des Coenzyms NAD benötigt. Hierbei spielt der Tryptophan-Kynurenin-Stoffwechsel eine wichtige Rolle.
Abbauweg von Tryptophan
Der Tryptophanabbau beginnt in der Leber mit der Spaltung des Pyrrolrings. Dieser Schritt wird durch das Enzym Tryptophan-Pyrrolase (bzw. Tryptophan-2,3-Dioxygenase) katalysiert, wodurch N-Formylkynurenin entsteht. Mithilfe der Kynurenin-Formylase wird die nicht-proteinogene aromatische Aminosäure Kynurenin gebildet. Diese wird dann durch die Kynurenin-2-Monooxygenase zu 3-Hydroxykynurenin umgewandelt. Im nächsten Schritt spaltet die Kynureninase L-Alanin ab, wodurch 3-Hydroxy-Anthranilat entsteht. Anschließend katalysiert die 3-Hydroxy-Anthranilat-Dioxygenase die Umwandlung zu Acroleyl-β-Aminofumarat. Nach weiteren Reaktionen wird schließlich Acetyl-CoA gebildet.
Biosynthese von Nicotinsäure (Vitamin B3)
Der Biosyntheseweg für Nicotinsäure (Niacin, Vitamin B3) zweigt nach der Bildung von Acroleyl-β-Aminofumarat ab. Nach der Bildung von Chinolat entsteht die NAD+-Vorstufe Nicotinsäuremononucleotid. Der menschliche Körper bildet aus 60 Milligramm Tryptophan ungefähr ein Milligramm Niacin. Niacin hat eine entscheidende Rolle in der Energieversorgung des Körpers spielt und an einer Vielzahl verschiedenster Stoffwechselvorgänge (Eiweiß-, Fett-, Kohlenhydrat-Stoffwechsel) im Körper beteiligt ist.
Regulation des Tryptophanspiegels
Die Tryptophan-Pyrrolase, die sich in der Leber befindet, reguliert den Tryptophanspiegel im Plasma. Bei einem Überschuss an Tryptophan im Plasma wird das Tryptophan-abbauende Enzym Tryptophan-Pyrrolase aktiviert.
Störungen des Tryptophan-Kynurenin-Stoffwechsels
Verschiedene Faktoren können den Tryptophan-Kynurenin-Stoffwechsel beeinträchtigen und zu Störungen führen.
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Vitamin B6-Mangel
Ein Mangel an Vitamin B6 (speziell Pyridoxalphosphat) kann die Aktivität der Kynureninase reduzieren, was zu einer Ansammlung von Kynurenin und 3-Hydroxykynurenin führt. In diesem Fall bilden sich spontan Kynurensäure aus Kynurenin und Xanthurensäure aus 3-Hydroxykynurenin. Die Kynurensäure kann die Glutamat- und Dopaminfreisetzung im synaptischen Spalt hemmen.
Immunreaktionen
Das Enzym Indolamin-2,3-Dioxygenase (IDO) ist ein Isoenzym der Tryptophan-Pyrrolase, das vom peripheren Gewebe exprimiert wird. Entzündungsfördernde Zytokine wie IFN-γ oder TNF-α aktivieren das Isoenzym IDO. Bei einer Immunreaktion wird Tryptophan durch IDO abgebaut, um die Verfügbarkeit für beispielsweise virusinfizierte oder Krebszellen zu verringern. Die Verarmung von Tryptophan hat auf die Zellen einen zytostatischen Effekt (hemmt Zellwachstum). Des Weiteren wirken Metabolite (Zwischenprodukte) wie 3-Hydroxykynurenin zytotoxisch (als Zellgift wirkend). Die Aktivierung des Enzyms IDO ist daher ein Abwehrmechanismus. IDO entzieht der Serotonin-Synthese Tryptophan und bildet Kynurenin-Metabolite.
Stress
Chronischer Stress, der mit einem erhöhten Cortisolspiegel einhergeht, kann das Tryptophan-abbauende Enzym Tryptophan-Pyrrolase aktivieren.
Einfluss von Entzündungen und Stress auf den Serotoninspiegel
Aufgrund von chronischem Stress und entzündungsfördernden Zytokinen kann Tryptophan abgebaut werden, was zu einem verminderten Umsatz von L-Tryptophan zu 5-Hydroxytryptophan (5-HTP) führt. Da Serotonin aus 5-HTP synthetisiert wird, kann dies den Serotoninspiegel im Gehirn senken.
Tryptophan und Serotonin
Tryptophan ist eine Vorstufe des Neurotransmitters Serotonin, der eine wichtige Rolle bei der Regulierung von Stimmung, Schlaf, Appetit und anderen Funktionen spielt. Serotonin zählt zu den Neurotransmittern (Botenstoffen). Ausgehend von den sogenannten Raphekernen, die im Hirnstamm lokalisiert sind, ist Serotonin über diese Nervenbahnen in allen Regionen des Gehirns aktiv. Sie beeinflussen z. B.
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Serotoninsynthese
Serotonin wird in zwei Schritten aus Tryptophan synthetisiert:
- Schritt: Hydroxylierung von Tryptophan zu 5-Hydroxytryptophan (5-HTP).
- Schritt: Decarboxylierung von 5-HTP zum Endprodukt Serotonin.
Bei der Synthese sind die Vitamine B6 und B3 sowie Magnesium beteiligt.
Serotoninwirkung
Die Serotoninwirkung wird über 5-HT-Rezeptoren vermittelt. Serotonin hat mehrere Wirkungen im Körper. Er reguliert:
- den körpereigenen Schlaf-Wach-Rhythmus
- unsere Stimmung und Befindlichkeit
- den Appetit
- das Schmerzempfinden
- die Körpertemperatur
Störungen im Serotoninstoffwechsel werden mit Depression, Angst- und Schlafstörungen in Verbindung gebracht.
Tryptophan und Melatonin
Melatonin, das als "Schlafhormon" bekannt ist, wird im Gehirn aus Tryptophan über die Zwischenstufe Serotonin synthetisiert.
Melatoninsynthese und -wirkung
Melatonin wird nur nachts mit einsetzender Dunkelheit synthetisiert. Das Maximum der Bildung wird zwischen 2:00 und 4:00 Uhr erreicht, danach fällt es wieder ab. Tageslicht, das das Auge erreicht, hemmt die Melatoninsekretion. Dieses gilt insbesondere für das Morgenlicht, das den höchsten Blaulichtanteil hat. Im Laufe des Tages sinkt der Blaulichtanteil kontinuierlich und der Melatoninspiegel baut sich zum Abend hin langsam auf. Melatonin reguliert nämlich den Tag-Nacht-Rhythmus. Konkret wird es nachts gebildet und ausgeschüttet. Licht hemmt die Bildung und Ausschüttung von Melatonin.
Altersabhängigkeit der Melatoninproduktion
Die Konzentration von Melatonin ist altersabhängig. Die höchste Konzentration haben Kleinkinder. Danach sinkt die Melatoninbildung kontinuierlich. Deshalb nimmt die durchschnittliche Schlafdauer im Alter ab und es treten gehäuft Schlafprobleme auf.
Tryptophanmangel
Ein Tryptophan-Mangel kann verschiedene Symptome verursachen, darunter Schlafprobleme, Stimmungsschwankungen, innere Unruhe, Leistungsabfall und Antriebslosigkeit. Bei länger dauerndem Mangel wird der Körper anfälliger für Entzündungen und Durchfälle. Dies liegt daran, dass Tryptophan einen wichtigen Beitrag für ein funktionierendes Immunsystem leistet. Ein Tryptophan-Mangel kann über einen Niacin-Mangel auch zur Erkrankung Pellagra führen.
Tryptophanquellen und empfohlene Tagesdosis
Tryptophan ist in vielen Lebensmitteln enthalten, insbesondere in eiweißreichen Lebensmitteln wie Hartkäse, Erdnüssen, Sojabohnen, dunkler Schokolade, Hühnerfleisch, Eiern und Haferflocken. Die empfohlene Tagesdosis für Erwachsene liegt bei etwa 3,5 bis 6 mg L-Tryptophan pro Kilogramm Körpergewicht.
Tryptophan als Nahrungsergänzungsmittel
Tryptophan ist als Arzneimittel bei Schlafstörungen indiziert zur Förderung der Schlafbereitschaft und Erleichterung des Einschlafens. Tryptophan ist eine essenzielle Aminosäure und dient bei Schlafstörungen als Prodrug des biogenen Amins Serotonin, daein Mangel an neuronalem Serotonin, vor allem in den Raphe-Kernen, für chronische Schlafstörungen mitverantwortlich gemacht wird. Um diesem Mangel entgegenzuwirken, wird Tryptophan als Vorstufe von Serotonin substituiert, da Serotonin selbst die Blut-Hirn-Schranke nicht passieren kann.
Dosierung und Einnahme
Bei in Deutschland zugelassenen Tryptophan-Medikamenten zur Behandlung von Schlafstörungen beträgt die Dosierung in der Regel ein Gramm L-Tryptophan täglich. Die Einnahme erfolgt abends etwa eine halbe Stunde vor dem Schlafengehen. Bei Bedarf lässt sich die Dosis auf zwei Gramm Tryptophan steigern. Weiter erhöht werden sollte sie aber nicht.
Gegenanzeigen
Tryptophan darf man im Allgemeinen nicht anwenden bei:
- Überempfindlichkeit (Allergie) gegenüber dem Wirkstoff oder anderen Bestandteilen des Medikaments oder Nahrungsergänzungsmittels
- schweren Leber-, Herz- oder Nierenerkrankungen
- Karzinoid-Syndrom (Beschwerden, die durch eine spezielle Tumorart ausgelöst werden)
- akuter Alkohol- oder Medikamentenvergiftung
- gleichzeitiger Einnahme von Monoaminooxidase-Hemmern (MAO-Hemmern) gegen Depressionen
- gleichzeitiger Einnahme von Selektiven-Serotonin-Wiederaufnahme-Inhibitoren (SSRI) gegen Depressionen
- gleichzeitiger Einnahme von Phenothiazinen (Mittel gegen Psychosen) und Benzodiazepinen (Schlaf- und Beruhigungsmittel)
- gleichzeitiger Einnahme von Dextrometorphan (freiverkäuflicher Hustenstiller)
- Kindern und Jugendlichen unter 18 Jahren (fehlende Daten)
Wechselwirkungen
Tryptophan kann die Wirkung von trizyklischen Antidepressiva (wie Amitriptylin) und Lithiumsalzen (z.B. bei bipolarer Störung, Depression) verstärken. Dasselbe gilt für Wirkstoffe, die im Blutplasma zum größten Teil an Proteine binden, wie zum Beispiel das Herzmittel Digitoxin. Umgekehrt wird der Effekt von L-Dopa (Mittel bei Parkinson) womöglich abgeschwächt, wenn man gleichzeitig Tryptophan einnimmt. Dieses konkurriert nämlich mit L-Dopa um die Aufnahme ins Gehirn. Carbamazepin verstärkt den Effekt von Tryptophan, Phenytoin schwächt ihn ab. Beide Wirkstoffe werden zur Behandlung von Epilepsie eingesetzt.
Serotonin-Syndrom
Ein Überschuss an Serotonin kann das potenziell tödliche Serotonin-Syndrom auslösen. Typisch dafür ist die Kombination von drei Symptomen:
- Fieber
- neuromuskuläre Symptome (Zittern, Muskelzuckungen, Muskelstarre etc.)
- psychische Symptome (Bewusstseinsstörung, Verwirrtheit, Desorientierung etc.)
Das Serotonin-Syndrom kann durch verschiedene Arzneistoffen verursacht werden, die den zentralen Serotoninstoffwechsel beeinflussen. Besonders in kombinierter Anwendung erhöhen sie das Risiko für diesen gefährlichen Effekt. Zu diesen Wirkstoffen zählen neben L-Tryptophan zum Beispiel Johanniskraut (pflanzlicher Stimmungsaufheller), Paroxetin, Clomipramin, MAO-Hemmer sowie andere Mittel gegen Depressionen.
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