Tyrosine (afgekort als Tyr of Y) is een relatief groot, hydrofiel aminozuur met een aromatische zijketen. Als een van de twintig natuurlijk voorkomende α-aminozuren die voor eiwitsynthese worden gebruikt, maakt tyrosine deel uit van vrijwel elk eiwitmolecuul in alle levensvormen. Tyrosine wordt meestal geclassificeerd als een voor mens en dier niet-essentieel aminozuur omdat het lichaam, onder normale omstandigheden, voldoende tyrosine kan vormen uit het wel essentiële aminozuur fenylalanine.
In het lichaam dient tyrosine als uitgangsstof voor de aanmaak van een aantal belangrijke hormonen en neurotransmitters, zoals de schildklierhormonen en dopamine. Ook is het de voornaamste grondstof van het organische pigment melanine, dat verantwoordelijk is voor haar- en huidskleur. Door zijn polaire zijketen speelt tyrosine eveneens een belangrijke rol bij communicatieprocessen in de cel (signaaltransductie).
Vanwege deze rol als voorloper van neurotransmitters is onderzocht of extra inname van tyrosine de hersenfunctie kan beïnvloeden. Tyrosinesuppletie lijkt vooral onder zware omstandigheden, zoals langdurige mentale inspanning, de cognitieve prestaties tijdelijk te kunnen ondersteunen. Voor het gebruik van tyrosine bij klinische aandoeningen zoals depressie, fenylketonurie en de ziekte van Parkinson is onvoldoende bewijs voor een duidelijk therapeutisch effect. Tyrosine wordt als voedingssupplement verkocht en wordt gereguleerd volgens Europese richtlijnen.
Voorkomen
Tyrosine is een proteïnogeen aminozuur: een van de twintig bouwstenen die levende cellen gebruiken om eiwitten te maken. Tijdens de eiwitsynthese worden aminozuren in een genetisch vastgelegde volgorde aan elkaar gekoppeld tot lange polypeptideketens. Deze ketens vouwen zich tot functionele eiwitmoleculen. Tyrosine komt daardoor als bestanddeel voor in veel verschillende eiwitten van levende organismen. De specifieke chemische structuur van de tyrosinezijketen een belangrijke rol bij de stabiliteit en de enzymatische activiteit van het eiwit.
Het woord tyrosine komt van het Griekse woord tyros (τυρός), dat 'kaas' betekent. In 1846 werd tyrosine voor het eerst geïsoleerd door Justus von Liebig uit caseïne, waarin het in relatief grote hoeveelheden voorkomt. Kaas (vooral Hüttenkäse en ricotta), kwark en melk zijn goede bronnen van tyrosine. De kleine witte kristallen die in sommige gerijpte kazen voorkomen, bestaan onder andere uit tyrosine. Ze ontstaan wanneer bij proteolyse tijdens het rijpingsproces aminozuren uit melkeiwitten vrijkomen en tyrosine door zijn geringe oplosbaarheid uitkristalliseert.
Andere voedselbronnen van tyrosine zijn eiwitrijke producten, zoals eieren, rund- en varkensvlees, gevogelte, vis en schaal- en schelpdieren. Ook in eiwitrijk plantaardig voedsel zoals tarwekiemen, havervlokken, amandelen, pecannoten, pompoenpitten, sesamzaad, limabonen, avocado's, kikkererwten, linzen, sojabonen en zonnebloempitten komt tyrosine veel voor.
De volgende voorbeelden geven een overzicht van het tyrosinegehalte in verschillende levensmiddelen. Naast de hoeveelheid tyrosine per 100 gram levensmiddel is het procentuele aandeel van tyrosine in het voedingseiwit aangegeven:USDA's National Nutrient Database for Standard Reference, 23e uitgave
Levensmiddel Totaal proteïne Tyrosine AandeelVarkensvlees, rauw 20,95 g 797 mg 3,8%Kippenborstfilet, rauw 21,23 g 765 mg 3,6%Zalm, rauw 20,42 g 759 mg 3,7%Kippenei 12,56 g 499 mg 4,0%Koemelk, 3,7% vet 3,28 g 158 mg 4,8%Pompoenpitten 30,23 g 1093 mg 3,6%Walnoten 15,23 g 406 mg 2,7%Tarwemeel 10,33 g 312 mg 3,0%Maismeel 6,93 g 282 mg 4,1%Rijst, ongepeld 7,94 g 298 mg 3,8%Sojabonen, gedroogd 36,49 g 1539 mg 4,2%Erwten, gedroogd 24,55 g 711 mg 2,9%
Al deze voedingsmiddelen bevatten vrijwel uitsluitend L-tyrosine dat als eiwitbestanddeel gebonden is, en vrijwel geen vrij L-tyrosine. Gemiddeld bestaat voedingseiwit voor 4% uit tyrosine en voor 4,5 tot 5% uit fenylalanine. Afhankelijk van het aanbod tyrosine in de voeding vindt aanvulling plaats vanuit het aminozuur fenylalanine. Dit is een essentieel aminozuur, en moet dus via de voeding worden verkregen. Naar schatting wordt 67–90% van de fenylalanine in de voeding in tyrosine omgezet. Bij onvoldoende aanvoer van fenylalanine wordt tyrosine essentieel.
De gezamenlijke dagelijkse behoefte aan tyrosine en fenylalanine is weergegeven in onderstaande tabel. Een gemiddelde voeding levert per dag ongeveer 3,5 gram fenylalanine en 3 gram tyrosine. Dit voorziet meestal ruimschoots in de behoefte.
Schatting van de dagelijkse aminozuurbehoefte Aminozuurbehoefte in mg per kg lichaamsgewicht per dag Zuigelingen 0–6 maanden Peuters circa 2 jaarKinderen 9–13 jaarVolwassenen Fenylalanine plus tyrosine1355438–4138 mg/kg/dag voor meisjes en 41 mg/kg/dag voor jongens van 9–13 jaar.33
Het kunstmatig opwekken van een tekort aan tyrosine (en dus gelijktijdig van fenylalanine) bij mensen of proefdieren leidt tot verminderde activiteit van catecholamines in de hersenen. Dit gaat onder meer gepaard met een verminderde stresstolerantie, verminderde geheugenfunctie en somberheid. Effects on mood of acute phenylalanine/tyrosine depletion in healthy women. Neuropsychopharmacology. 2000;22(1):52–63. .Tyrosine depletion attenuates dopamine function in healthy volunteers. Psychopharmacology (Berl). 154(1) (2001): 105-11. .
Biochemie en synthese Eigenschappen miniatuur|L-tyrosine (links) en D-tyrosine (rechts). Alleen L-tyrosine is fysiologisch actief.
Tyrosine is een reukloze vaste stof die kristallen vormt en die over het algemeen een witachtig uiterlijk heeft. Zoals alle α-aminozuren bevat tyrosine een centraal koolstofatoom dat vier verschillende groepen draagt: een zuurgroep, een aminogroep, een waterstofatoom en een variabele groep, die in het geval van tyrosine een methylfenolgroep is. De algemene formule van tyrosine is R—CH(NH2)—COOH, waarbij
Tyrosine is een belangrijke bouwsteen van eiwitten. In organismen worden aminozuren gecodeerd door drie opeenvolgende basen (een codon) in het messenger RNA. Tyrosine wordt gecodeerd door de codons UAC en UAU.
miniatuur|Grafiek van de absorptie en fluorescentie van tyrosine in fosfaatbuffer, pH 7 Tyrosine wordt vaak geclassificeerd als een hydrofiele verbinding door de aanwezigheid van de polaire hydroxylgroep. Hydrophobic, Hydrophilic, and Charged Amino Acid Networks within Protein, juli 2007, Biophysical Journal, vrije toegang IARC TP53 Database: Amino Acid Properties De aromatische ring in het molecuul is echter hydrofoob waardoor tyrosine zowel een hydrofiel als een hydrofoob karakter heeft, afhankelijk van de locatie binnen een eiwitmolecuul. Tyrosine is matig oplosbaar is in water (479 mg/L). Samen met tryptofaan wordt het vaak beschouwd als een amfifiel molecuul.
Tyrosine vertoont, net als de meeste andere aminozuren, optische isomerie waardoor twee configuraties van het tyrosinemolecuul mogelijk zijn: D (Dextro) en L (Laevo). Alleen de L-vorm is fysiologisch actief. L-Tyrosine heeft een linksdraaiende invloed op gepolariseerd licht, wat wordt aangegeven met (-). Volgens de prioriteitsregels van Cahn, Ingold en Prelog (CIP-regels) is L-(−)-tyrosine ook (S)-(−)-tyrosine.
Tyrosine absorbeert ultraviolet licht. De absorptie van licht (extinctie) hangt onder andere af van de molaire extinctiecoëfficiënt. Deze grootheid is gerelateerd aan de soort stof en de golflengte van het licht. Tyrosine heeft zijn hoogste extinctie bij een golflengte van tussen de 260 en 300 nm. Bij een hoge pH (pKa = 10) staat de hydroxylgroep zijn proton af, waardoor de extinctie van tyrosine naar hogere golflengtes (richting het rood) verschuift.
Biosynthese in planten en micro-organismen miniatuur|Biosynthese van tyrosine in planten, vanuit shikiminezuur
Planten en de meeste micro-organismen synthetiseren L-tyrosine via prefenaat, een tussenproduct van de shikiminezuurroute. Deze stofwisselingsroute is een belangrijke route voor de synthese van aminozuren, co-enzym Q10, tocoferolen, naftochinonen (inclusief de vitamines uit de K-groep), alkaloïden en heterocyclische natuurstoffen. Daarbij wordt uit koolhydraatprecursors shikimaat gevormd en via een reeks enzymatische reacties in chorismaat omgezet. Daarna katalyseert chorismaatmutase de omzetting van chorismaat in prefenaat op het vertakkingspunt bij de biosynthese van aromatische aminozuren zoals tyrosine en fenylalanine. Prefenaat wordt oxidatief gedecarboxyleerd om p-hydroxyfenylpyruvaat te vormen. Hierbij wordt de hydroxylgroep behouden. Vervolgens wordt dit molecuul getransamineerd met behulp van glutamaat als stikstofbron om uiteindelijk tyrosine en α-ketoglutaraat te vormen.
Biosynthese in dieren en in de mens miniatuur|Biosynthese van tyrosine in dieren en bij de mens, uit fenylalanine
In tegenstelling tot veel andere niet-essentiële aminozuren, die het lichaam zelf kan opbouwen uit basisstoffen zoals glucose, kan tyrosine uitsluitend gesynthetiseerd worden uit het essentiële aminozuur fenylalanine dat uit de voeding afkomstig is. Fenylalanine en tyrosine zijn sterk overeenkomende aminozuren, met als belangrijkste verschil dat tyrosine een hydroxylgroep aan de aromatische ring bevat (op de para-positie). Daardoor is de zijketen van tyrosine minder hydrofoob dan bij fenylalanine het geval is (dat geen hydroxylgroep aan de aromatische ring heeft).
Bij de aanmaak van tyrosine uit fenylalanine wordt een hydroxylgroep aan de fenylring van L-fenylalanine toegevoegd op de para-positie. De omzetting vindt plaats in de lever, nieren en hersenen en onder normale omstandigheden is de productie toereikend. Het enzym dat de reactie katalyseert is fenylalaninehydroxylase. Dit enzym maakt deel uit van de grotere groep enzymen die een hydroxylgroep koppelen aan substraten: de mono-oxygenasen. In de reactie treedt biopterine op als cofactor. De reactie is niet omkeerbaar; synthese van fenylalanine uit tyrosine is niet mogelijk.
Bij prematuur geboren kinderen en bij mensen met leverziekten verloopt deze (enzymatische) omzetting moeizaam. - Recommended Dietary Allowances: 10th Edition, The National Academies Press Washington, , 302 pages (1989). Bij mensen met de stofwisselingsziekte fenylketonurie (PKU) is het enzym fenylalaninehydroxylase helemaal niet actief. In deze omstandigheden kan tyrosine een essentieel aminozuur worden.
Er zijn drie isomeren van tyrosine. Het gebruikelijke para-isomeer dat in het lichaam gebruikt kan worden ontstaat door enzymatische oxidatie. In omstandigheden van oxidatieve stress kan vorming van tyrosine uit fenylalanine ook plaatsvinden door niet-enzymatische oxidatie als gevolg van hydroxylradicalen. Daarbij ontstaan de zeldzame isomeren meta-tyrosine en ortho-tyrosine. In onderstaand overzicht zijn de structuurformules van deze isomeren weergegeven met hun systematische namen.
600px|Drie isomeren van tyrosine, gevormd door enzymatische oxidatie of hydroxylering
Het feit dat tyrosine een voorloper is van catecholamines, melanine en thyroxine heeft invloed op de synthese. De tyrosine-productie wordt gereguleerd door de vraag naar deze moleculen. Vrij L-tyrosine wordt niet in grote hoeveelheden in het lichaam gevonden omdat het snel wordt omgezet. Foliumzuur, koper en vitamine C zijn belangrijke cofactor-voedingsstoffen voor deze omzettingen.
Industriële productie Aminozuren kunnen industrieel worden geproduceerd door eiwitbronnen te denatureren en te hydrolyseren. De hydrolyse vindt plaats met behulp van proteolytische enzymen of sterke zuren, zoals zoutzuur. De verkregen aminozuren, di-, tri- en oligopeptiden kunnen worden gescheiden door middel van centrifugatie, ultrafiltratie en ionenuitwisselingschromatografie.