HISTIDIN: CHARAKTERISTIKA, STRUKTURA, FUNKCE, POTRAVINY - BIOLOGIE - 2025

Histidin (His, H) je aminokyselina používá pro syntézu proteinů. Je to hydrofilní molekula, takže je obecně orientována směrem ven z proteinových struktur, když jsou v kapalném médiu.

Je považována za esenciální aminokyselinu pro rostoucí děti, protože ji neprodukují. U dospělých existuje malá produkce histidinu, ale nestačí uspokojit denní potřeby, proto se považuje za semisenciální aminokyselinu.

Chemická struktura aminokyseliny Histidin (Zdroj: Borb, přes Wikimedia Commons)

U zvířat a člověka je histidin esenciální nebo alespoň poloesenciální aminokyselinou, avšak rostliny, houby a mikroorganismy účinně produkují histidin, který potřebují, a kromě proteinů jsou součástí dietních zdrojů histidinu. zvířata.

Histidin plní u lidí velmi důležité fyziologické funkce, jako například: je součástí aktivních center mnoha enzymů, podílí se na růstu, na imunitním systému a na tvorbě myelinu v nervových vláknech.

Biosyntéza histidinu je komplexní proces, který probíhá hlavně v játrech a vyžaduje 9 až 11 enzymatických kroků. K jeho degradaci dochází v játrech a kůži a prochází tvorbou glutamátu a poté různými cestami.

Mnoho potravin je bohatých na histidin, jako jsou živočišné bílkoviny, jako je maso a mléčné výrobky, stejně jako rostlinné proteiny. Ty poskytují velkou část denních požadavků na histidin, které naše tělo potřebuje, aby správně fungovalo.

Deficit nebo nadbytek histidinu způsobený dědičnými metabolickými nebo transportními problémy nebo nedostatečným příjmem z potravy souvisí s některými důležitými problémy, které ovlivňují zdraví dětí i dospělých. Dostatečný příjem histidinu umožňuje ve většině případů udržovat zdravý a zdravý život.

vlastnosti

Pozoruhodnou vlastností histidinu je to, že může být přeměněn na histamin, látku, která se aktivně podílí na mnoha alergických a zánětlivých reakcích.

U ryb vystavených životnímu prostředí bez dostatečného chlazení může bakterie přeměnit histidin na histamin, a proto při požití způsobují otravu jídlem.

Další charakteristikou této aminokyseliny je to, že je jednou z mála z 22 existujících, která ionizuje ve fyziologickém rozmezí pH (kolem 7,4), a proto se může aktivně účastnit katalytického místa mnoha enzymů.

V molekule hemoglobinu je proximální histidin jedním z ligandů skupiny hem. Jinými slovy, tato aminokyselina se podílí na kyslíkové transportní funkci hemoglobinu a je nezbytná pro syntézu tohoto proteinu, stejně jako pro syntézu myoglobinu, který je také známý jako „svalový hemoglobin“.

Struktura

Histidin je základní polární hydrofilní aminokyselina, zařazená do esenciálních aminokyselin, protože ji nemohou zvířata syntetizovat. Jak je však uvedeno výše, je syntetizován bakteriemi, houbami a rostlinami.

U vyrůstajících dětí je histidin nezbytný; dospělý ji může syntetizovat, ale není jasné, zda to vyhovuje každodenním potřebám histidinu, takže je třeba ho požít spolu se stravou.

Jako všechny aminokyseliny má histidin a-uhlík, ke kterému je připojena aminoskupina, karboxylová skupina, atom vodíku a postranní řetězec.

Postranní řetězec této aminokyseliny je tvořen imidazolovým kruhem, který při fyziologickém pH protonuje a nabírá kladný náboj a nazývá se "imidazolium" zkráceně ImH +.

Spolu s lysinem a argininem tvoří histidin skupinu bazických aminokyselin. Ze tří je histidin nejméně bazický a jeho imidazolový kruh může deprotonovat při pH blízkém 6.

Protože při fyziologickém pH si histidin může vyměňovat protony, má tendenci se účastnit enzymatické katalýzy, která zahrnuje přenos protonů. Také, protože se jedná o polární aminokyselinu, obvykle se nachází na vnějším povrchu proteinů, kde se může hydratovat ve vodném médiu.

Funkce

Jako součást aktivního místa enzymů

Histidin je nezbytný pro syntézu mnoha proteinů, zejména enzymů, jejichž aktivní centra mají tuto aminokyselinu ve své struktuře. Je součástí aktivního centra aldolas u savců, kde funguje jako donor protonů.

Nachází se v aktivním centru karboxypeptidázy A, pankreatickém enzymu, který má aktivní místo tvořené Zn a histidinem. V glykolytickém enzymu fosfoglycerát mutáza jsou v jeho aktivním centru dva histidinové zbytky, které působí jako akceptory nebo donory fosforylových skupin.

Také se nachází v aktivním místě enzymů, jako je glyceraldehyd 3-fosfát dehydrogenáza, laktát dehydrogenáza, papain, chymotrypsin, RNáza A a histidin amonia lyáza (histidáza). Dále je to alosterický inhibitor enzymu glutamin syntetázy.

Další funkce

Tato aminokyselina je pro tělo velmi důležitá, protože její dekarboxylace histidinkarboxylázou produkuje histamin, silný vazodilatátor související se zánětlivými a alergickými reakcemi, přítomný ve střevě a v granulích buněk mononukleárního fagocytárního systému.

Histidin je produkován neurony centrálního nervového systému s neuromodulačními funkcemi.

Je nezbytný pro tvorbu myelinových pochev nervových vláken, takže hraje důležitou roli při přenosu elektrických impulsů v nich.

Spolu s růstovým hormonem a dalšími aminokyselinami přispívá histidin k mechanismům tkáňové opravy, zejména v kardiovaskulárním systému.

Mezi další funkce patří:

- Přispívá k detoxikaci některých těžkých kovů, protože působí jako chelátor.

- Chrání před radiačním poškozením.

- Podílí se na tvorbě červených a bílých krvinek.

- Je nezbytné pro tvorbu hemoglobinu.

- Pomáhá v boji proti některým negativním účinkům revmatoidní artritidy, jako je zánět a nedostatečná pohyblivost.

- Je to důležitá aminokyselina pro regeneraci vlasů, růst a sexuální funkce.

Karnosin, anserin a homokarnosin jsou dipeptidy vytvořené z histidinu. První dva se nacházejí ve svalech a mají důležité funkce jako pufry a aktivátory myosinové ATPázy.

Homokarnosin je produkován v mozku v množství 100krát větším než karnosin v kosterním svalu.

Biosyntéza

Histidin získává svou kostru uhlíku z 5-fosfátu ribózy. U bakterií E. Coli je tato aminokyselina produkována z této sloučeniny 11 enzymatickými kroky:

1. První krok syntézy spočívá v přenosu fosforibosylu z ATP na uhlík 1 ribosy 5-fosfátu za vzniku 5-fosforibosyl-l-pyrofosfátu (PRPP). Enzym fosforyfosylpyrofosfát syntetáza (PRPP syntetáza) katalyzuje tuto reakci.
2. Poté dochází k přenosu pyrofosfátové skupiny z uhlíku 1 na N-1 ATP a produkuje se N1- (5'-fosforibosyl) -ATP. Enzym, který katalyzuje tuto reakci, je ATP fosforibosyltransferáza.
3. Působením hydroxylázy fosforibosyl-ATP-pyrofosfátu se hydrolyzuje a, P-pyrofosfátová vazba ATP a vytvoří se N1- (5'-fosforibosyl) -AMP.
4. Enzym fosforibosyl-AMP cyklohydroxyláza otevírá purinový kruh mezi N-1 a C-6 a vytváří se ribonukleotid N1- (5'-fosforibosylformimino) -5-aminoimidazol-4-karboxamid-1-ribonukleotid.
5. Poté se ribofuranosový kruh, který pochází z PRPP, otevře a isomerizuje na ketózu, čímž se vytvoří účinek N1- (5'-fosforibosylformimino) -5-aminoimidazol-4-karboxamid-1-ribonukleotidu účinkem enzymu izomerázy.
6. Enzym aminotransferáza přenáší amidoskupinu z glutaminu, který je přeměněn na glutamát, a rozkládá formimino vazbu, čímž uvolňuje 5-aminoimidazol-karboxamid-1-ribonukleotid a vytváří imidazol glycerol fosfát.
7. Jedna molekula vody se odstraní z imidazol glycerol fosfátu pomocí imidazol glycerol fosfát dehydratázy a vytvoří se imidazol acetol fosfát.
8. Aminoskupina se přenáší na imidazol acetol fosfát prostřednictvím histidinol fosfát transaminázy a vytvoří se histidinol fosfát.
9. Skupina esterů kyseliny fosforečné histidinolfosfátu se hydrolyzuje za vzniku histidinolu. Histidinol fosfát fosfatáza katalyzuje tuto reakci.
10. Později se histidinol oxiduje histidinoldehydrogenázou a vytvoří se histidinál.
11. Samotná histidinoldehydrogenáza oxiduje histidinal a převádí jej na histidin.

První enzym biosyntetické dráhy histidinu je inhibován produktem dráhy, tj. Histidin se podílí na alosterické inhibici ATP fosforibosyltransferázy, která představuje hlavní regulační mechanismus dráhy.

Degradace

Histidin, prolin, glutamát, arginin a glutamin jsou aminokyseliny, které při degradaci nakonec tvoří a-ketoglutarát. Čtyři z nich jsou nejprve přeměněny na glutamát, který díky kontaminaci vede k a-ketoglutarátu.

Histidin prostřednictvím histidinázy ztrácí a-aminoskupinu, aby se stal urokanátem. Poté urokanáza hydratuje pozice 1 a 4 urokanátu, čímž se vytvoří 4-imidazolon-5-propionát. Následně dochází k hydrolýze iminoskupiny 4-imidazolon-5-propionátu za vzniku N-formiminoglutamátu.

Druhá reakce zahrnuje přenos formyl z N-formiminoglutamátu na tetrahydrofolát, který pracuje s enzymem glutamát formimino transferáza. Konečnými produkty této reakce jsou glutamát a N5-formimino tetrahydrofolát.

Α-ketoglutarát je tvořen transaminací glutamátu. Α-Ketoglutarát je meziprodukt v Krebsově cyklu a může také vstoupit do glukoneogenní dráhy pro tvorbu glukózy.

Aminoskupina glutamátu vstupuje do produkčního cyklu močoviny a vylučuje se močí. Všechny tyto reakce se objevují v játrech a některé z nich v kůži.

Potraviny bohaté na histidin

Denní potřeba histidinu je přibližně 10 až 11 mg na kg tělesné hmotnosti denně. U rostoucích dětí je histidin nezbytnou aminokyselinou, která musí být dodávána prostřednictvím stravy.

U jiných zvířat je histidin také esenciální aminokyselinou a zvířata, která jsou chována ve stájích, musí dostat histidin, aby si udrželi normální hladinu hemoglobinu.

Potraviny bohaté na histidin zahrnují:

- Hovězí, jehněčí, vepřové, kuřecí a krůtí maso. To je také nalezené v rybách takový jako tuňák (dokonce konzervovaný), losos, pstruh, kanic, a mořský okoun, stejně jako některé měkkýši.

- Mléko a jeho deriváty, zejména v zrajících sýrech, jako jsou parmezán, Gruyère, švýcarský sýr a gouda. V krémech, syrovátce, jogurtu a kyselé smetaně.

- Sójové boby a sušené ovoce, jako jsou ořechy a semena. Ve slunečnicovém, dýňovém, melounovém, sezamovém, mandlovém, pistáciovém, arašídovém másle a chia semenech.

- Vejce a fazole nebo bílé fazole.

- Celá zrna, jako je quinoa, pšenice, hnědá rýže atd.

Výhody jeho příjmu

Existuje řada patologických stavů, ve kterých může být histidin použit jako doplněk k léčbě.

Mezi tyto patologie patří revmatoidní artritida, arteriální hypertenze (protože byl popsán hypotenzní účinek histidinu), u infekcí, frigidita a sexuální impotence, otrava těžkými kovy, toxická synovitida, neuritida, zvracení těhotenství, kardiovaskulární poruchy a sluchu, vředů a anémie.

V kůži degradace spotřebovaného histidinu produkuje kyselinu urokanovou, která je schopna chránit pokožku absorbováním ultrafialových paprsků.

Nadměrná konzumace histidinu zdravými jedinci nezpůsobuje významné změny, protože je rychle degradována. Používání doplňků stravy s histidinem by však mělo být omezeno u pacientů se závažnými problémy s játry a ledvinami.

Poruchy nedostatku

Deficit histidinu souvisí se změnami imunitní odpovědi v důsledku snížené produkce histaminu a bílých krvinek, hromadění volných radikálů a malformací nebo trpaslíků u plodů.

Byly také hlášeny kosti, hluchota a anémie spojené s deficitem histidinu.

Hartnupova choroba je dědičný stav, který ovlivňuje transport histidinu a tryptofanu přes sliznici tenkého střeva a ledvin, což způsobuje deficit obou aminokyselin.

Nejdůležitější klinické projevy jsou výskyt šupinatých a červených lézí na kůži po vystavení slunci, různé stupně poškození pohybu a některé příznaky psychiatrických chorob.

Histidinemie je autozomálně recesivní onemocnění charakterizované nedostatkem enzymu histidázy, který způsobuje zvýšené hladiny histidinu v krvi a moči.

V důsledku toho tito pacienti nemohou degradovat histidin na kyselinu urokanovou v játrech a kůži. Toto onemocnění je doprovázeno mírnou mentální retardací, poruchami řeči a sluchovou pamětí bez hluchoty.

Omezení příjmu histidinu jako léčba nebylo účinné při vyvolávání klinického zlepšení a přináší riziko vzniku poruch růstu u dětí postižených tímto onemocněním.

Reference

1. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochemistry (3. vydání). San Francisco, Kalifornie: Pearson.
2. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V. a Weil, P. (2009). Harperova ilustrovaná biochemie (28. vydání). McGraw-Hill Medical.
3. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerovy principy biochemie. Vydání Omega (5. vydání). doi.org
4. Pencharz, P., Farri, L., & Papageorgiou, A. (1983). Účinky mateřského mléka a nízkoproteinových přípravků na rychlost celkového obratu tělesných bílkovin a vylučování 3-methylhistidinů močí u předčasně narozených dětí. Clinical Science, 64, 611 - 616.
5. Song, BC, Joo, N., Aldini, G., & Yeum, K. (2014). Biologické funkce histidin-dipeptidů a metabolického syndromu. Výživa a výzkum výživy, 8 (1), 3–10.