ХИСТИДИН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, ХРАНИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На хистидин (His; Н) е аминокиселина, използвана за синтеза на протеини. Това е хидрофилна молекула, така че обикновено е ориентирана към външната страна на протеиновите структури, когато те са в течна среда.

Смята се за основна аминокиселина за отглеждане на деца, тъй като те не я произвеждат. При възрастни има малко производство на хистидин, но той е недостатъчен за осигуряване на дневните нужди, поради което се счита за полуесенциална аминокиселина.

Химична структура на аминокиселината Хистидин (Източник: Borb, чрез Wikimedia Commons)

За животните и човека хистидинът е основна или поне полуесенциална аминокиселина, но растенията, гъбичките и микроорганизмите ефикасно произвеждат необходимия им хистидин и са част от хранителните източници на хистидин, в допълнение към протеините. животни.

Хистидинът изпълнява много важни физиологични функции при хората, като: като част от активните центрове на много ензими, участва в растежа, имунната система и образуването на миелин в нервните влакна, наред с други.

Биосинтезата на хистидин е сложен процес, който протича главно в черния дроб и изисква от 9 до 11 ензимни стъпки. Разграждането му става в черния дроб и кожата и преминава през образуването на глутамат, след което следва различни пътища.

Много храни са богати на хистидин, като животински протеини като месо и млечни продукти, както и растителни протеини. Те осигуряват голяма част от дневните потребности от хистидин, от които тялото ни се нуждае, за да функционира правилно.

Дефицитът или излишъкът на хистидин, причинени от наследствени метаболитни или транспортни проблеми или диетична недостатъчност при прием, са свързани с някои важни проблеми, които засягат здравето както при деца, така и при възрастни. Достатъчният прием на хистидин ви позволява да поддържате здравословен и здравословен живот в повечето случаи.

характеристики

Поразителна характеристика на хистидин е, че той може да се превърне в хистамин, вещество, което активно участва в много алергични и възпалителни реакции.

В риба, изложена на околната среда без достатъчно охлаждане, бактериите могат да превърнат хистидин в хистамин и затова при поглъщане те причиняват хранително отравяне.

Друга характеристика на тази аминокиселина е, че тя е една от малкото, сред 22-те съществуващи, която йонизира във физиологичния диапазон на pH (около 7.4) и следователно може активно да участва в каталитичния сайт на много ензими.

В молекулата на хемоглобина проксималният хистидин е един от лигандите на групата на хема. С други думи, тази аминокиселина участва във функцията за транспортиране на кислород на хемоглобина и е от съществено значение за синтеза на този протеин, както и за този на миоглобина, който е известен още като "мускулен хемоглобин".

структура

Хистидинът е основна полярна хидрофилна аминокиселина, класифицирана в основните аминокиселини, тъй като не може да бъде синтезирана от животни. Както обаче беше споменато по-горе, той се синтезира от бактерии, гъби и растения.

При порасналите деца хистидинът е абсолютно необходим; възрастният може да го синтезира, но не е ясно дали това отговаря на дневните нужди от хистидин, така че трябва да се приема с диетата.

Както всички аминокиселини, хистидинът има а-въглерод, към който са прикрепени амино група, карбоксилна група, водороден атом и странична верига.

Страничната верига на тази аминокиселина се образува от имидазолов пръстен, който при физиологично pH се протонира и придобива положителен заряд и се нарича "имидазолий" съкратено като ImH +.

Заедно с лизин и аргинин, хистидинът образува групата на основни аминокиселини. От трите хистидин е най-малко основен и неговият имидазолов пръстен може да се депротонира при рН, близки до 6.

Тъй като при физиологично рН хистидин може да обменя протони, той има тенденция да участва в ензимна катализа, която включва прехвърляне на протони. Освен това, тъй като е полярна аминокиселина, тя обикновено се намира на външната повърхност на протеините, където може да се хидратира във водна среда.

Характеристика

Като част от активния сайт на ензимите

Хистидинът е необходим за синтеза на много протеини, особено на ензими, чиито активни центрове имат тази аминокиселина в структурата си. Той е част от активния център на алдолазите при бозайниците, където функционира като донор на протони.

Той се намира в активния център на карбоксипептидаза А, ензим на панкреаса, който има активно място, съставено от Zn и хистидин. В гликолитичния ензим фосфоглицерат мутаза има два хистидинови остатъка в активния му център, които действат като акцептори или донори на фосфорилни групи.

Той се намира и в активното място на ензими като глицералдехид 3-фосфат дехидрогеназа, лактатдехидрогеназа, папаин, химотрипсин, RNase A и хистидин амонячна лиаза (хистидаза). Освен това, той е алостеричен инхибитор на ензима глутамин синтетаза.

Други функции

Тази аминокиселина е от голямо значение за организма, тъй като нейното декарбоксилиране чрез хистидин декарбоксилаза произвежда хистамин, мощен вазодилататор, свързан с възпалителни и алергични реакции, присъстващ в червата и в гранулите на клетките на моноядрената фагоцитна система.

Хистидин се произвежда от неврони на централната нервна система с невромодулиращи функции.

Той е необходим за образуването на миелиновите обвивки на нервните влакна, така че той играе важна роля за предаването на електрически импулси в тях.

Наред с хормона на растежа и други аминокиселини, хистидинът допринася за механизмите за възстановяване на тъканите, главно в сърдечно-съдовата система.

Някои допълнителни функции включват:

- Допринася за детоксикацията на някои тежки метали, тъй като действа като хелатор.

- Предпазва от радиационни щети.

- Участва в образуването на червени и бели кръвни клетки.

- Необходим е за образуването на хемоглобин.

- Помага за борба с някои негативни ефекти от ревматоиден артрит като възпаление и липса на подвижност.

- Тя е важна аминокиселина за регенерация, растеж и сексуална функция на косата.

Карнозин, ансерин и хомокарнозин са дипептиди, образувани от хистидин. Първите две се намират в мускулите и имат важни функции като буфери и като активатори на миозинова АТФаза.

Хомокарнозинът се произвежда в мозъка в количества 100 пъти по-големи от карнозин в скелетната мускулатура.

Биосинтеза

Хистидин получава въглеродния си скелет от рибоза 5-фосфат. В бактериите E. Coli тази аминокиселина се произвежда от това съединение чрез 11 ензимни стъпки:

1. Първият етап от синтеза се състои в прехвърлянето на фосфорибозил от АТФ до въглерод 1 на рибоза 5-фосфат, като се генерира 5-фосфорибозил-1-пирофосфат (PRPP). Ензимът фосфорибозил-пирофосфат синтетаза (PRPP синтетаза) катализира тази реакция.
2. Тогава става прехвърлянето на пирофосфатната група от въглерод 1 към N-1 на АТФ и се получава N1- (5'-фосфорибозил) -ATP. Ензимът, който катализира тази реакция, е ATP фосфорибозилтрансфераза.
3. Чрез действието на фосфорибозил-АТФ-пирофосфат хидроксилаза, α, β-пирофосфатната връзка на АТФ се хидролизира и се образува N1- (5'-фосфорибозил) -AMP.
4. Ензимът фосфорибозил-AMP цикло хидроксилаза отваря пуриновия пръстен между N-1 и С-6 и се образува рибонуклеотид N1- (5'-фосфорибозил формамино) -5-аминоимидазол-4-карбоксамид-1-рибонуклеотид.
5. След това рибофуранозният пръстен, който идва от PRPP, се отваря и се изомеризира до кетоза, образувайки N1- (5'-фосфорибозил формимино) -5-аминоимидазол-4-карбоксамид-1-рибонуклеотид чрез ефекта на ензима изомераза.
6. Ензимът аминотрансфераза прехвърля амидо групата от глутамин, който се превръща в глутамат и разрушава формамино връзката, като по този начин освобождава 5-аминоимидазол-карбоксамид-1-рибонуклеотид и генерира имидазол глицерол фосфат.
7. Водна молекула се отстранява от имидазол-глицерол фосфата с помощта на имидазол-глицерол фосфат дехидратазата и се образува имидазол-ацетолфосфат.
8. Аминогрупата се прехвърля в имидазол ацетолфосфат чрез хистидинол фосфат трансаминаза и се образува хистидинолфосфат.
9. Фосфорната естерна група на хистидинол фосфата се хидролизира до образуване на хистидинол. Хистидинолфосфат фосфатазата катализира тази реакция.
10. По-късно хистидинолът се окислява от хистидинол дехидрогеназа и се образува хистидинолно.
11. Самата хистидинол дехидрогеназа окислява хистидинал и го превръща в хистидин.

Първият ензим от биосинтетичния път на хистидин се инхибира от продукта на пътя, тоест хистидинът участва в алостеричното инхибиране на АТФ фосфорибозилтрансферазата, която представлява основния регулаторен механизъм на пътя.

Деградация

Хистидин, пролин, глутамат, аргинин и глутамин са аминокиселини, които, когато се разграждат, в крайна сметка образуват α-кетоглутарат. Четири от тях първо се превръщат в глутамат, който чрез трансаминация поражда α-кетоглутарат.

Хистидин чрез хистидиназа губи α-амино групата, за да се превърне в уроканат. След това, уроканаза хидратира позиции 1 и 4 на уроканат, образувайки 4-имидазолон-5-пропионат. Впоследствие настъпва хидролизата на имино групата на 4-имидазолон-5-пропионат, образувайки N-формаминоглутамат.

Последната реакция включва прехвърляне на формил от N-формаминоглутамат в тетрахидрофолат, който работи с ензима глутамат формамин трансфераза. Крайните продукти на тази реакция са глутамат и N5-формимино тетрахидрофолат.

Α-кетоглутарат се образува чрез трансаминиране на глутамат. Α-Кетоглутаратът е междинен продукт в цикъла на Кребс и може също да влезе в глюконеогенния път за образуване на глюкоза.

Амино групата на глутамат навлиза в цикъла на производство на урея, за да се елиминира с урината. Всички тези реакции се проявяват в черния дроб, а някои от тях и в кожата.

Храни, богати на хистидин

Дневните нужди на хистидин са приблизително 10 до 11 mg на kg телесно тегло на ден. При растящите деца хистидинът е основна аминокиселина, която трябва да се набавя чрез диетата.

При други животни хистидинът също е основна аминокиселина и тези, които се отглеждат в конюшни, трябва да получават хистидин, за да поддържат нормалните си нива на хемоглобин.

Храни, богати на хистидин, включват:

- говеждо, агнешко, свинско, пилешко и пуешко. Среща се и в риба като риба тон (дори консервирана), сьомга, пъстърва, хамбар и лаврак, както и някои миди.

- Млякото и неговите производни, особено в зрели сирена като пармезан, Gruyère, швейцарско сирене и gouda. В кремове, суроватка, кисело мляко и заквасена сметана.

- соя и сушени плодове като орехи и семена. В слънчоглед, тиква, диня, сусам, бадем, шам-фъстък, фъстъчено масло и семена от чиа.

- Яйца и боб или бял боб.

- Пълнозърнести храни като киноа, пшеница, кафяв ориз и др.

Ползи от приема му

Съществуват редица патологични състояния, при които хистидинът може да бъде полезен като допълнение към лечението.

Сред тези патологии можем да назовем ревматоиден артрит, артериална хипертония (тъй като е описан хипотензивен ефект на хистидин), при инфекции, фригидност и сексуална импотентност, отравяне с тежки метали, токсичен синовит, неврит, повръщане на бременност, сърдечно-съдови нарушения и на слуха, язви и анемия.

В кожата при разграждането на консумирания хистидин се получава уроканова киселина, която е в състояние да защити кожата, като абсорбира ултравиолетовите лъчи.

Излишната консумация на хистидин от здрави индивиди не води до големи промени, тъй като той бързо се разгражда. Въпреки това, употребата на хистидин хранителни добавки трябва да бъде ограничена при пациенти с тежки чернодробни и / или бъбречни проблеми.

Нарушения на дефицита

Дефицитът на хистидин е свързан с промени в имунния отговор поради намаленото производство на хистамин и бели кръвни клетки, натрупването на свободни радикали и малформациите или джуджето при плода.

Съобщава се също за проблеми с костите, глухота и анемия, свързани с дефицит на хистидин.

Заболяването на Хартнуп е наследствено състояние, което засяга транспортирането на хистидин и триптофан през лигавицата на тънките черва и бъбреците, причинявайки дефицит на двете аминокиселини.

Най-подходящите клинични прояви са появата на люспести и червени лезии по кожата след излагане на слънце, различни степени на разстройство на движението и някои симптоми на психиатрични заболявания.

Хистидинемия е автозомно рецесивно заболяване, характеризиращо се с дефицит на ензима хистидаза, което причинява повишени нива на хистидин в кръвта и урината.

В резултат на това тези пациенти не могат да разграждат хистидин до уроканова киселина в черния дроб и кожата. Това заболяване е придружено с умерена умствена изостаналост, дефекти в речевата и слухова памет без глухота.

Ограничаването на приема на хистидин като лечение не е ефективно за генериране на клинично подобрение и носи риск от генериране на разстройства на растежа при деца, засегнати от това заболяване.

Препратки

1. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Биохимия (3-то издание). Сан Франциско, Калифорния: Пиърсън.
2. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Илюстрирана биохимия на Harper (28 изд.). McGraw-Hill Medical.
3. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Принципи на биохимията на Ленингер. Омега издания (5-то издание). doi.org
4. Pencharz, P., Farri, L., & Papageorgiou, A. (1983). Ефектите на човешкото мляко и ниско-белтъчните формули върху скоростта на общия обмен на протеини в тялото и 3-метилхистидин с урина при недоносени деца. Clinical Science, 64, 611–616.
5. Song, BC, Joo, N., Aldini, G., & Yeum, K. (2014). Биологични функции на хистидин-дипептиди и метаболитен синдром. Изследвания и практики в областта на храненето, 8 (1), 3–10.