色氨酸

色氨酸（tryptophan）一词源自希腊语“trypsis”（意为“摩擦”）和“phainein”（意为“显现”），因其最初于1901年由Frederick Gowland Hopkins从酪蛋白中通过胰蛋白酶消化分离而得，故得名。色氨酸的系统命名为2-氨基-3-(1H-吲哚-3-基)丙酸，L-对映体为天然存在形式，旋光度[α]D²⁰ = -30.0°至-32.5°（C=1, H₂O）。在遗传密码中由密码子UGG编码。

色氨酸的侧链含有吲哚环，赋予其疏水性和紫外吸收特性（最大吸收约280 nm，荧光激发峰约295 nm）。纯品为白色或微黄色结晶性粉末，微溶于水（约1.1 g/100 mL at 25°C），易溶于甲酸、稀碱或稀酸，极微溶于乙醇，不溶于氯仿。等电点pI为5.89。其吲哚环易参与氧化反应，在强酸中易降解。色氨酸是唯一一种在侧链含有完整共轭芳香环的蛋白质氨基酸，可利用其特征荧光（发射峰约350 nm）进行定量分析。

化学结构

色氨酸分子由吲哚基团、丙氨酸主链和氨基、羧基组成。其分子式C₁₁H₁₂N₂O₂，分子量204.23 g/mol。L-色氨酸的比旋度在标准条件下为-30.0°至-32.5°。

在植物和微生物中，色氨酸通过莽草酸途径合成。第一步是分支酸在邻氨基苯甲酸合酶催化下生成邻氨基苯甲酸，随后经磷酸核糖基转移、异构化和脱羧等步骤形成吲哚-3-甘油磷酸，最后在色氨酸合酶作用下与丝氨酸缩合生成色氨酸。动物体缺乏该途径，必须从食物中摄取。

色氨酸在体内主要进行犬尿氨酸代谢途径（约95%），以及5-羟色胺和色胺途径。

犬尿氨酸途径

色氨酸经吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO）或色氨酸2,3-双加氧酶（TDO）催化，转化为N-甲酰基犬尿氨酸，再经甲酰胺酶生成犬尿氨酸。犬尿氨酸进一步代谢为3-羟基犬尿氨酸、3-羟基邻氨基苯甲酸，最终生成喹啉酸，再由喹啉酸磷酸核糖基转移酶（QPRT）转化为NAD⁺。该途径产生多种活性代谢物，包括犬尿喹啉酸（神经保护性）、喹啉酸（神经毒性）和烟酸。

5-羟色胺途径

色氨酸羟化酶（TPH，存在TPH1和TPH2两种亚型）催化色氨酸生成5-羟基色氨酸（5-HTP），后者经芳香族L-氨基酸脱羧酶（AADC）脱羧生成5-羟色胺（5-HT）。5-羟色胺在松果体中经乙酰化和甲基化转化为褪黑素。该途径受色氨酸血浆浓度调控，因为TPH的Km值较高（约50~100 μM），处于不饱和状态。

色胺途径

色氨酸经色氨酸脱羧酶直接生成色胺，在植物中可通过氧化脱氨生成吲哚乙醛，进而转化为吲哚乙酸。在哺乳动物中，色胺是内源性单胺类物质，但浓度较低。

色氨酸通过其代谢产物影响多种生理过程：

• 蛋白质合成：作为蛋白质氨基酸参与多肽链延伸。
• 神经递质调节：5-羟色胺调控情绪、食欲、睡眠和认知；褪黑素调节昼夜节律。
• 免疫调控：IDO通过消耗色氨酸抑制T细胞增殖，参与免疫耐受和抗感染。
• 维生素合成：通过犬尿氨酸途径合成烟酸（维生素B3），预防糙皮病。
• 生长素合成：在植物中作为吲哚-3-乙酸（IAA）的前体，影响细胞伸长、向性运动和果实发育。具体途径包括：（1）色氨酸→吲哚丙酮酸→吲哚乙醛→IAA；（2）色氨酸→色胺→吲哚乙醛→IAA。

色氨酸补充剂（通常作为5-HTP前体）用于改善失眠、抑郁和焦虑，但大剂量可能引起血清素综合征。L-色氨酸曾因污染导致嗜酸性粒细胞增多-肌痛综合征（EMS）而被限制。富含色氨酸的食物包括火鸡、鸡肉、牛奶、香蕉、燕麦、大豆、坚果和巧克力。高碳水化合物饮食可促进胰岛素分泌，降低其他大氨基酸的血浆浓度，从而增加色氨酸进入脑部的比例，间接提高5-HT合成。

色氨酸可通过以下方法检测：

• 紫外光谱法：280 nm处吸收（ε = 5590 M⁻¹cm⁻¹）用于蛋白质定量。
• 荧光法：激发295 nm，发射350 nm，灵敏度高。
• 高效液相色谱（HPLC）：结合荧光或质谱检测，用于生物样本分析。
• 纸层析或比旋度测定：药典中用于纯度检验。

色氨酸作为必需氨基酸和多种活性分子的前体，在生物化学、神经科学、免疫学及植物发育等领域具有核心地位。其代谢网络的复杂性反映了色氨酸在维持机体稳态中的关键作用，从蛋白质构建到神经信号调控，再到免疫调节和维生素供应。对色氨酸代谢的深入理解有助于开发针对神经疾病、代谢紊乱和免疫功能障碍的治疗策略。

• Hopkins FG, Cole SW. A contribution to the chemistry of proteids: Part I. A preliminary study of a hitherto undescribed product of tryptic digestion. J Physiol. 1901;27(4-5):418-428.
• Stone TW, Darlington LG. Endogenous kynurenines as targets for drug discovery and development. Nat Rev Drug Discov. 2002;1(8):609-620.
• Bender DA. Biochemistry of tryptophan in health and disease. Mol Aspects Med. 1983;6(2):101-197.
• Mawal MR, Mukherjee AB. The tryptophan operon of Escherichia coli: a model system for gene expression regulation. J Biosci. 1985;7(2):177-186.
• Yamanaka H, et al. Tryptophan metabolism and immune regulation. Curr Opin Immunol. 2020;66:83-89.
• Murch SJ, et al. Tryptophan and indole-3-acetic acid metabolism in plants. J Exp Bot. 2017;68(11):2747-2760.