HISTIDIN: LASTNOSTI, ZGRADBA, FUNKCIJE, HRANA - BIOLOGIJA - 2024

Histidin (his, H) je aminokislina, ki se uporablja za sintezo proteinov. Je hidrofilna molekula, zato je na splošno usmerjena v zunanji del beljakovinskih struktur, kadar so v tekočem mediju.

Šteje se za nujno aminokislino za odraščajoče otroke, saj je ne proizvajajo. Pri odraslih je majhna proizvodnja histidina, vendar je premalo, da bi zagotovili dnevne potrebe za tisto, kar velja za polsencialno aminokislino.

Kemična struktura aminokisline Histidin (Vir: Borb, prek Wikimedia Commons)

Za živali in človeka je histidin bistvena ali vsaj polsencialna aminokislina, vendar rastline, glive in mikroorganizmi učinkovito proizvajajo histidin, ki ga potrebujejo in so poleg beljakovin del prehranskih virov histidina. živali.

Histidin izpolnjuje zelo pomembne fiziološke funkcije pri ljudeh, na primer: je del aktivnih centrov številnih encimov, sodeluje pri rasti, v imunskem sistemu in med drugim tvori mielina v živčnih vlaknih.

Biosinteza histidina je zapleten postopek, ki poteka predvsem v jetrih in zahteva od 9 do 11 encimskih korakov. Njena razgradnja se pojavi v jetrih in koži in gre skozi tvorbo glutamata, nato po različnih poteh.

Številna hrana je bogata s histidinom, na primer živalske beljakovine, kot so meso in mlečni izdelki, pa tudi rastlinske beljakovine. Te zagotavljajo velik del dnevnih potreb po histidinu, ki jih naše telo potrebuje za pravilno delovanje.

Pomanjkanje ali presežek histidina, ki ga povzročajo dedne presnovne ali transportne težave ali prehranska odpoved pri vnosu, so povezane z nekaterimi pomembnimi težavami, ki vplivajo na zdravje pri otrocih in odraslih. Zadosten vnos histidina vam omogoča, da v večini primerov ohranjate zdravo in zdravo življenje.

značilnosti

Presenetljiva značilnost histidina je, da se lahko pretvori v histamin, snov, ki je aktivno vključena v številne alergijske in vnetne reakcije.

V ribah, ki so izpostavljene okolju brez zadostnega hlajenja, lahko bakterije pretvorijo histidin v histamin in zato ob zaužitju povzročijo zastrupitev s hrano.

Druga značilnost te aminokisline je, da je ena od redkih, med 22 obstoječimi, ki ionizira v fiziološkem območju pH (okrog 7,4) in zato lahko aktivno sodeluje na katalitičnem mestu številnih encimov.

V molekuli hemoglobina je proksimalni histidin eden od ligandov hemske skupine. Z drugimi besedami, ta aminokislina sodeluje pri transportu kisika hemoglobina in je bistvenega pomena za sintezo tega beljakovine, pa tudi za delovanje mioglobina, ki je poznan tudi kot "mišični hemoglobin".

Struktura

Histidin je osnovna polarna hidrofilna aminokislina , ki jo uvrščamo med esencialne aminokisline, saj je živali ne morejo sintetizirati. Vendar pa, kot že omenjeno, ga sintetizirajo bakterije, glive in rastline.

Pri rastočih otrocih je histidin nujno potreben; odrasla oseba ga lahko sintetizira, vendar ni jasno, ali to ustreza dnevnim potrebam po histidinu, zato ga je treba zaužiti s prehrano.

Kot vse aminokisline ima tudi histidin α-ogljik, na katerega je vezana amino skupina, karboksilna skupina, atom vodika in stranska veriga.

Stransko verigo te aminokisline tvori imidazolni obroč, ki pri fiziološkem pH protonira in pridobi pozitiven naboj in se imenuje "imidazolij", okrajšano kot ImH +.

Skupaj z lizinom in argininom tvori histidin skupino osnovnih aminokislin. Od treh je histidin najmanj bazičen, njegov imidazolni obroč pa lahko deprotonira pri pH blizu 6.

Ker histidin pri fiziološkem pH lahko izmenjuje protone, se nagiba k sodelovanju v encimski katalizi, ki vključuje prenos protonov. Tudi zato, ker gre za polarno aminokislino, jo običajno najdemo na zunanji površini beljakovin, kjer lahko hidrira v vodnem mediju.

Lastnosti

Kot del aktivnega mesta encimov

Histidin je nujen za sintezo številnih beljakovin, zlasti encimov, katerih aktivni centri imajo to aminokislino v svoji strukturi. Je del aktivnega središča aldolaze pri sesalcih, kjer deluje kot darovalec protona.

Najdemo ga v aktivnem centru karboksipeptidaze A, encima trebušne slinavke, ki ima aktivno mesto, sestavljeno iz Zn in histidina. V glikolitičnem encimu fosfogliceratna mutaza sta v njegovem aktivnem središču dva ostanka histidina, ki delujeta kot sprejemnika ali darovalca fosforilnih skupin.

Najdemo ga tudi na aktivnem mestu encimov, kot so gliceraldehidna 3-fosfat dehidrogenaza, laktat dehidrogenaza, papain, kimotripsin, RNaza A in histidinska amonijačna liza (histidaza). Poleg tega je alosterni inhibitor encima glutamin sintetaza.

Druge funkcije

Ta aminokislina je za telo velikega pomena, saj njena dekarboksilacija s histidin-dekarboksilazo proizvaja histamin, močan vazodilatator, povezan z vnetnimi in alergijskimi reakcijami, ki je prisoten v črevesju in v granulah celic mononuklearnega fagocitnega sistema.

Histidin proizvajajo nevroni centralnega živčnega sistema z nevromodulatornimi funkcijami.

Potreben je za tvorbo mielinskih ovojnic živčnih vlaken, zato ima pomembno vlogo pri prenosu električnih impulzov v njih.

Skupaj z rastnim hormonom in drugimi aminokislinami histidin prispeva k mehanizmom za obnovo tkiv, predvsem v srčno-žilnem sistemu.

Nekatere dodatne funkcije vključujejo:

- prispeva k razstrupljanju nekaterih težkih kovin, saj deluje kot kelator.

- Ščiti pred škodljivimi žarki.

- Sodeluje pri tvorbi rdečih in belih krvnih celic.

- Potreben je za tvorbo hemoglobina.

- Pomaga v boju proti nekaterim negativnim učinkom revmatoidnega artritisa, kot so vnetja in pomanjkanje gibljivosti.

- Je pomembna aminokislina za obnovo, rast in spolno delovanje.

Karnozin, anserin in homokarnozin so dipeptidi, ki nastanejo iz histidina. Prva dva se nahajata v mišicah in imata pomembne funkcije kot puferji in kot aktivatorji miozinske ATPaze.

Homokarnozin nastaja v možganih v količini 100-krat večji od karnozina v skeletnih mišicah.

Biosinteza

Histidin dobiva ogljikovo okostje iz 5-fosfata riboze. V bakteriji E. Coli se ta aminokislina proizvaja iz te spojine v 11 encimskih korakih:

1. Prvi korak sinteze vključuje prenos fosforibozila iz ATP na ogljik 1 riboze 5-fosfata, pri čemer nastane 5-fosforibozil-1-pirofosfat (PRPP). Encim fosforibozil-pirofosfat sintetaza (sintetaza PRPP) katalizira to reakcijo.
2. Potem pride do prenosa pirofosfatne skupine iz ogljika 1 v N-1 ATP in nastane N1- (5'-fosforibozil) -ATP. Encim, ki katalizira to reakcijo, je ATP fosforibosiltransferaza.
3. Z delovanjem fosforibozil-ATP-pirofosfat hidroksilaze se hidrolizira α, β-pirofosfatna vez ATP in nastane N1- (5'-fosforibozil) -AMP.
4. Encim fosforibozil-AMP ciklo hidroksilaza odpre purinski obroč med N-1 in C-6 in tvori se ribonukleotid N1- (5'-fosforibozil formimino) -5-aminoimidazol-4-karboksamid-1-ribonukleotid.
5. Nato se ribofuranozni obroč, ki prihaja iz PRPP, odpre in ga izomerizira v ketozo in tvori N1- (5'-fosforibosil formimino) -5-aminoimidazol-4-karboksamid-1-ribonukleotid z učinkom encima izomeraze.
6. Encim aminotransferaza prenese amido skupino iz glutamina, ki se pretvori v glutamat, in razbije formimino vez, s tem pa sprosti 5-aminoimidazol-karboksamid-1-ribonukleotid in ustvari imidazol glicerol fosfat.
7. Molekula vode se odstrani iz imidazol glicerol fosfata s pomočjo imidazol glicerol fosfat dehidratataze in tvori se imidazol acetol fosfat.
8. Aminokiselina se preko histidinol fosfat transaminaze prenese v imidazol acetol fosfat in tvori se histidinol fosfat.
9. Fosforna estrska skupina histidinol fosfata hidrolizira, da tvori histidinol. Histidinol fosfat fosfataza katalizira to reakcijo.
10. Kasneje se histidinol oksidira s histidinol dehidrogenazo in tvori histidinalno.
11. Histidinol dehidrogenaza sama oksidira histidin in ga pretvori v histidin.

Prvi encim biosintetične poti histidina zavira produkt poti, to je, da histidin sodeluje v alosterni inhibiciji ATP fosforibosiltransferaze, ki predstavlja glavni regulativni mehanizem poti.

Degradacija

Histidin, prolin, glutamat, arginin in glutamin so aminokisline, ki se razgradijo in tvorijo α-ketoglutarat. Štirje od njih se najprej pretvorijo v glutamat, kar s transaminacijo povzroči α-ketoglutarat.

Histidin s pomočjo histidinaze izgubi α-amino skupino in postane urokanat. Nato urokanaza hidrira položaje 1 in 4 urokanata in tvori 4-imidazolon-5-propionat. Nato pride do hidrolize imino skupine 4-imidazolon-5-propionata, ki tvori N-formiminoglutamat.

Slednja reakcija vključuje prenos formila iz N-formiminoglutamata v tetrahidrofolat, ki deluje z encimom glutamat formimin transferazo. Končni produkti te reakcije so glutamat in N5-formimino tetrahidrofolat.

Trans-ketoglutarat nastane s transaminacijo glutamata. Α-Ketoglutarat je vmesni del Krebsovega cikla in lahko vstopi tudi v glukoneogeno pot za tvorbo glukoze.

Amino skupina glutamata vstopi v proizvodni cikel sečnine, da se izloči z urinom. Vse te reakcije se pojavljajo v jetrih, nekatere pa tudi v koži.

Histidina bogata hrana

Dnevne potrebe po histidinu so približno 10 do 11 mg na kg telesne teže na dan. Pri rastočih otrocih je histidin esencialna aminokislina, ki jo moramo vnesti s prehrano.

Pri drugih živalih je histidin tudi esencialna aminokislina, tiste, ki se gojijo v hlevu, pa morajo prejeti histidin, da ohranijo normalno raven hemoglobina.

Živila, bogata s histidinom, vključujejo:

- govedina, jagnjetina, svinjina, piščanec in puran. Najdemo ga tudi v ribah, kot so tuna (celo v pločevinkah), lososu, postrvi, snapper in brancin, pa tudi nekaterih školjkah.

- Mleko in njegovi derivati, zlasti v zrelih sirih, kot so parmezan, Gruyère, švicarski sir in gouda. V kremah, sirotki, jogurtu in kisli smetani.

- Soja in suho sadje, kot so orehi in semena. V sončničnih, bučnih, lubenicah, sezamovih, mandeljnih, pistacijah, arašidovem maslu in chia semenih.

- Jajca in fižol ali beli fižol.

- polnozrnata žita, kot so kvinoja, pšenica, rjavi riž itd.

Prednosti njegovega vnosa

Obstajajo številna patološka stanja, pri katerih je histidin lahko koristen kot dodatek k zdravljenju.

Med temi patologijami lahko imenujemo revmatoidni artritis, arterijsko hipertenzijo (odkar je opisan hipotenziven učinek histidina), pri okužbah, frigidnosti in spolni impotenci, zastrupitvi s težkimi kovinami, toksičnem sinovitisu, nevritisu, bruhanju nosečnosti, kardiovaskularnih motnjah sluha, razjed in anemije.

V koži zaradi razgradnje zaužitega histidina nastane urokananska kislina, ki je sposobna zaščititi kožo z absorpcijo ultravijoličnih žarkov.

Prekomerna poraba histidina pri zdravih posameznikih ne povzroči večjih sprememb, saj se hitro razgradi. Vendar pa je treba uporabo histidinskih prehranskih dopolnil omejiti pri bolnikih s hudimi težavami z jetri in / ali ledvicami.

Motnje pomanjkanja

Pomanjkanje histidina je povezano s spremembami imunskega odziva zaradi zmanjšane proizvodnje histamina in belih krvnih celic, kopičenja prostih radikalov ter nepravilnosti ali pritlikavosti plodov.

Opisane so tudi težave s kostmi, gluhost in slabokrvnost, povezane s pomanjkanjem histidina.

Hartnupova bolezen je dedno stanje, ki vpliva na transport histidina in triptofana skozi sluznico tankega črevesa in ledvic, kar povzroča pomanjkanje obeh aminokislin.

Najpomembnejši klinični manifestacije so pojav luskastih in rdečih lezij na koži po izpostavljenosti soncu, različne stopnje motnje gibanja in nekateri simptomi psihiatričnih bolezni.

Histidinemija je avtosomno recesivna bolezen, za katero je značilno pomanjkanje encima histidaze, ki povzroči povečano raven histidina v krvi in ​​urinu.

Posledično ti bolniki ne morejo razgraditi histidina do urokanične kisline v jetrih in koži. To bolezen spremlja zmerna duševna zaostalost, okvare govornega in slušnega spomina brez gluhosti.

Omejitev vnosa histidina kot zdravljenja ni učinkovito privedla do kliničnega izboljšanja in prinaša tveganje za nastanek motenj rasti pri otrocih, ki jih je prizadela ta bolezen.

Reference

1. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokemija (3. izd.). San Francisco, Kalifornija: Pearson.
2. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harperjeva ilustrirana biokemija (28. izd.). McGraw-Hill Medical.
3. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerjeva načela biokemije. Izdaje Omega (5. izd.). doi.org
4. Pencharz, P., Farri, L., & Papageorgiou, A. (1983). Vpliv materinega mleka in beljakovin z beljakovinami na hitrost celotnega prometa beljakovin v telesu in izločanje nedonošenčkov z urinom 3-metilhistidina. Clinical Science, 64, 611–616.
5. Song, BC, Joo, N., Aldini, G., & Yeum, K. (2014). Biološke funkcije histidin-dipeptidov in metabolični sindrom. Prehranske raziskave in prakse, 8 (1), 3–10.