HISTYDYNA: CHARAKTERYSTYKA, STRUKTURA, FUNKCJE, ŻYWNOŚĆ - BIOLOGIA - 2026

Histydyna (His, H) jest aminokwasem do syntezy białka. Jest to cząsteczka hydrofilowa, więc jest ogólnie zorientowana na zewnątrz struktur białkowych, gdy znajdują się w ciekłym ośrodku.

Jest uważany za niezbędny aminokwas dla dorastających dzieci, ponieważ go nie produkują. U dorosłych występuje niewielka produkcja histydyny, ale jest ona niewystarczająca do pokrycia dziennego zapotrzebowania, dlatego uważana jest za aminokwas pół-niezbędny.

Struktura chemiczna aminokwasu histydyny (źródło: Borb, za Wikimedia Commons)

Dla zwierząt i ludzi histydyna jest niezbędnym lub przynajmniej pół-niezbędnym aminokwasem, jednak rośliny, grzyby i mikroorganizmy wydajnie wytwarzają histydynę, której potrzebują, i są częścią jej dietetycznego źródła, oprócz białek. Zwierząt.

Histydyna spełnia bardzo ważne funkcje fizjologiczne u człowieka, takie jak: bycie częścią aktywnych centrów wielu enzymów, udział we wzroście, układ odpornościowy i tworzenie mieliny we włóknach nerwowych.

Biosynteza histydyny to złożony proces, który zachodzi głównie w wątrobie i wymaga od 9 do 11 etapów enzymatycznych. Jego degradacja zachodzi w wątrobie i skórze i przechodzi przez tworzenie glutaminianu, a następnie różnymi drogami.

Wiele pokarmów jest bogatych w histydynę, na przykład białka zwierzęce, takie jak mięso i produkty mleczne, a także białka roślinne. Zapewniają one dużą część codziennego zapotrzebowania na histydynę, którego nasz organizm potrzebuje do prawidłowego funkcjonowania.

Niedobór lub nadmiar histydyny spowodowany dziedzicznymi problemami z metabolizmem lub transportem lub nieprawidłowościami w żywieniu są związane z kilkoma ważnymi problemami, które mają wpływ na zdrowie zarówno dzieci, jak i dorosłych. Wystarczające spożycie histydyny pozwala w większości przypadków zachować zdrowy i zdrowy tryb życia.

cechy

Uderzającą cechą histydyny jest to, że można ją przekształcić w histaminę, substancję aktywnie uczestniczącą w wielu reakcjach alergicznych i zapalnych.

U ryb wystawionych na działanie środowiska bez dostatecznego chłodzenia bakterie mogą przekształcić histydynę w histaminę i dlatego po spożyciu powodują zatrucia pokarmowe.

Inną cechą charakterystyczną tego aminokwasu jest to, że jako jeden z nielicznych spośród 22 istniejących aminokwasów jonizuje w fizjologicznym zakresie pH (około 7,4), a zatem może aktywnie uczestniczyć w miejscu katalitycznym wielu enzymów.

W cząsteczce hemoglobiny proksymalna histydyna jest jednym z ligandów grupy hemu. Innymi słowy, ten aminokwas bierze udział w funkcji transportu tlenu przez hemoglobinę i jest niezbędny do syntezy tego białka, a także mioglobiny, znanej również jako „hemoglobina mięśniowa”.

Struktura

Histydyna jest zasadowym polarnym aminokwasem hydrofilowym , zaliczanym do aminokwasów egzogennych, ponieważ nie może być syntetyzowany przez zwierzęta. Jednak, jak wspomniano wcześniej, jest syntetyzowany przez bakterie, grzyby i rośliny.

U dorastających dzieci histydyna jest absolutnie konieczna; osoba dorosła może ją syntetyzować, ale nie jest jasne, czy zaspokaja to dzienne zapotrzebowanie na histydynę, dlatego należy ją przyjmować wraz z dietą.

Podobnie jak wszystkie aminokwasy, histydyna zawiera węgiel α, do którego jest przyłączona grupa aminowa, grupa karboksylowa, atom wodoru i łańcuch boczny.

Łańcuch boczny tego aminokwasu jest utworzony przez pierścień imidazolowy, który w fizjologicznym pH protonuje i uzyskuje ładunek dodatni i nazywany jest „imidazolium” w skrócie ImH +.

Wraz z lizyną i argininą histydyna tworzy grupę aminokwasów zasadowych. Spośród tych trzech histydyna jest najmniej zasadowa, a jej pierścień imidazolowy może deprotonować przy pH bliskim 6.

Ponieważ przy fizjologicznym pH histydyna może wymieniać protony, ma tendencję do uczestniczenia w katalizie enzymatycznej, która obejmuje przenoszenie protonów. Ponieważ jest to aminokwas polarny, zwykle znajduje się na zewnętrznej powierzchni białek, gdzie może uwadniać się w środowisku wodnym.

cechy

Jako część aktywnego miejsca enzymów

Histydyna jest niezbędna do syntezy wielu białek, zwłaszcza enzymów, których aktywne centra mają ten aminokwas w swojej strukturze. Wchodzi w skład aktywnego centrum aldolaz u ssaków, gdzie pełni funkcję dawcy protonów.

Występuje w aktywnym centrum karboksypeptydazy A, enzymu trzustkowego, którego miejsce aktywne składa się z Zn i histydyny. W mutazie fosfoglicerynianowej enzymu glikolitycznego w jego centrum aktywnym znajdują się dwie reszty histydynowe, które działają jako akceptory lub donory grup fosforylowych.

Występuje także w miejscu aktywnym enzymów, takich jak dehydrogenaza gliceraldehydo-3-fosforanu, dehydrogenaza mleczanowa, papaina, chymotrypsyna, RNaza A i liaza amoniakalna histydyny (histydaza). Ponadto jest allosterycznym inhibitorem enzymu syntetazy glutaminy.

Inne funkcje

Aminokwas ten ma ogromne znaczenie dla organizmu, ponieważ jego dekarboksylacja przez dekarboksylazę histydynową wytwarza histaminę, silny środek rozszerzający naczynia krwionośne związany z reakcjami zapalnymi i alergicznymi, obecny w jelicie i ziarnistościach komórek jednojądrzastego układu fagocytarnego.

Histydyna jest wytwarzana przez neurony ośrodkowego układu nerwowego o funkcjach neuromodulacyjnych.

Jest niezbędna do tworzenia osłonek mielinowych włókien nerwowych, dlatego odgrywa ważną rolę w przekazywaniu w nich impulsów elektrycznych.

Wraz z hormonem wzrostu i innymi aminokwasami histydyna wspomaga mechanizmy naprawy tkanek, głównie układu sercowo-naczyniowego.

Niektóre dodatkowe funkcje obejmują:

- Przyczynia się do detoksykacji niektórych metali ciężkich, ponieważ działa jako chelator.

- Chroni przed uszkodzeniami spowodowanymi promieniowaniem.

- Uczestniczy w tworzeniu czerwonych i białych krwinek.

- Jest to konieczne do tworzenia hemoglobiny.

- Pomaga zwalczać niektóre negatywne skutki reumatoidalnego zapalenia stawów, takie jak stan zapalny i brak ruchomości.

- Jest ważnym aminokwasem dla regeneracji, wzrostu i funkcji seksualnych włosów.

Karnozyna, anseryna i homokarnozyna to dipeptydy utworzone z histydyny. Pierwsze dwa znajdują się w mięśniach i pełnią ważne funkcje jako bufory i aktywatory ATPazy miozyny.

Homokarnozyna jest produkowana w mózgu w ilości 100 razy większej niż karnozyna w mięśniach szkieletowych.

Biosynteza

Histydyna otrzymuje swój szkielet węglowy z rybozy 5-fosforanu. U bakterii E. Coli aminokwas ten jest wytwarzany z tego związku w 11 etapach enzymatycznych:

1. Pierwszy etap syntezy polega na przeniesieniu fosforybozylu z ATP na węgiel 1 rybozo-5-fosforanu, z wytworzeniem 5-fosforybozylo-1-pirofosforanu (PRPP). Enzym syntetaza fosforybozylopirofosforanu (syntetaza PRPP) katalizuje tę reakcję.
2. Następnie następuje przeniesienie grupy pirofosforanowej z węgla 1 na N-1 ATP i powstaje N1- (5'-fosforybozylo) -ATP. Enzymem katalizującym tę reakcję jest fosforybozylotransferaza ATP.
3. Pod wpływem hydroksylazy fosforybozylo-ATP-pirofosforanowej hydrolizuje wiązanie α, β-pirofosforanowe ATP i tworzy się N1- (5'-fosforybozylo) -AMP.
4. Enzym fosforybozylo-AMP cyklohydroksylaza otwiera pierścień purynowy między N-1 i C-6 i powstaje rybonukleotyd N1- (5'-fosforybozylo-formimino) -5-aminoimidazolo-4-karboksyamido-1-rybonukleotyd.
5. Następnie pierścień rybofuranozy pochodzący z PRPP otwiera się i jest izomeryzowany do ketozy, tworząc N1- (5'-fosforybozylo-formimino) -5-aminoimidazolo-4-karboksyamid-1-rybonukleotyd pod wpływem enzymu izomerazy.
6. Enzym aminotransferaza przenosi grupę amidową z glutaminy, która jest przekształcana do glutaminianu i rozrywa wiązanie formiminowe, uwalniając w ten sposób 5-aminoimidazolo-karboksyamid-1-rybonukleotyd i generując fosforan imidazolo-glicerolu.
7. Cząsteczka wody jest usuwana z fosforanu imidazolo-glicerolu za pomocą dehydratazy fosforanu imidazolo-glicerolu i powstaje fosforan imidazoloacetolu.
8. Grupa aminowa jest przenoszona do fosforanu imidazoloacetolu poprzez transaminazę fosforanu histydynolu i powstaje fosforan histydynolu.
9. Grupa estrów fosforowych fosforanu histydynolu jest hydrolizowana do histydynolu. Fosfataza fosforanu histydynolu katalizuje tę reakcję.
10. Później histydynol jest utleniany przez dehydrogenazę histydynolową i tworzy się histydynolowo.
11. Sama dehydrogenaza histydynolowa utlenia histydyna i przekształca go w histydynę.

Pierwszy enzym szlaku biosyntezy histydyny jest hamowany przez produkt szlaku, to znaczy histydyna uczestniczy w allosterycznym hamowaniu fosforybozylotransferazy ATP, która reprezentuje główny mechanizm regulacyjny szlaku.

Degradacja

Histydyna, prolina, glutaminian, arginina i glutamina to aminokwasy, które po degradacji tworzą α-ketoglutaran. Cztery z nich są najpierw przekształcane w glutaminian, który poprzez transaminację daje początek α-ketoglutaranowi.

Histydyna poprzez histydynazę traci grupę α-aminową i staje się urocanianem. Następnie urocanaza uwadnia pozycje 1 i 4 urocanianu, tworząc 4-imidazolono-5-propionian. Następnie zachodzi hydroliza grupy iminowej 4-imidazolono-5-propionianu, tworząc N-formiminoglutaminian.

Ta ostatnia reakcja obejmuje przeniesienie formylowej z N-formiminoglutaminianu do tetrahydrofolianu, który działa z enzymem transferazy glutaminianowo-formiminowej. Końcowymi produktami tej reakcji są glutaminian i N5-formimino tetrahydrofolian.

Α-ketoglutaran powstaje w wyniku transaminacji glutaminianu. Α-Ketoglutaran jest półproduktem w cyklu Krebsa i może również wchodzić w glukoneogenny szlak tworzenia glukozy.

Grupa aminowa glutaminianu wchodzi w cykl produkcyjny mocznika i jest usuwana z moczem. Wszystkie te reakcje zachodzą w wątrobie, a niektóre w skórze.

Pokarmy bogate w histydynę

Dzienne zapotrzebowanie na histydynę wynosi około 10 do 11 mg na kg masy ciała dziennie. U dorastających dzieci histydyna jest niezbędnym aminokwasem, który musi być dostarczany z pożywieniem.

U innych zwierząt histydyna jest również niezbędnym aminokwasem, a te, które są hodowane w stajniach, muszą otrzymywać histydynę, aby utrzymać normalny poziom hemoglobiny.

Pokarmy bogate w histydynę obejmują:

- Wołowina, jagnięcina, wieprzowina, kurczak i indyk. Występuje również w rybach, takich jak tuńczyk (nawet w puszkach), łosoś, pstrąg, lucjan i okoń morski, a także w niektórych skorupiakach.

- Mleko i jego pochodne, zwłaszcza w serach dojrzewających, takich jak m.in. parmezan, gruyère, ser szwajcarski i gouda. W kremach, serwatce, jogurcie i śmietanie.

- Soja i suszone owoce, takie jak orzechy włoskie i nasiona. W słoneczniku, dyni, arbuzie, sezamie, migdałach, pistacjach, maśle orzechowym i nasionach chia.

- Jajka i fasola lub biała fasola.

- produkty pełnoziarniste, takie jak komosa ryżowa, pszenica, ryż brązowy itp.

Korzyści z jego spożycia

Istnieje wiele stanów patologicznych, w których histydyna może być przydatna jako dodatek do leczenia.

Wśród tych patologii można wymienić reumatoidalne zapalenie stawów, nadciśnienie tętnicze (odkąd opisano hipotensyjne działanie histydyny), w infekcjach, oziębłość i impotencję seksualną, zatrucie metalami ciężkimi, toksyczne zapalenie błony maziowej, zapalenie nerwu, wymioty ciążowe, zaburzenia sercowo-naczyniowe oraz słuchu, wrzodów i anemii.

W skórze w wyniku degradacji spożytej histydyny powstaje kwas urocanowy, który jest w stanie chronić skórę poprzez pochłanianie promieni ultrafioletowych.

Nadmierne spożycie histydyny przez osoby zdrowe nie powoduje większych zmian, ponieważ jest szybko rozkładana. Należy jednak ograniczyć stosowanie suplementów diety zawierających histydynę u pacjentów z poważnymi zaburzeniami czynności wątroby i / lub nerek.

Zaburzenia niedoboru

Niedobór histydyny jest związany ze zmianami odpowiedzi immunologicznej z powodu zmniejszonej produkcji histaminy i białych krwinek, gromadzenia się wolnych rodników oraz wad rozwojowych lub karłowatości u płodów.

Zgłaszano również problemy z kośćmi, głuchotę i anemię związane z niedoborem histydyny.

Choroba Hartnupa jest chorobą dziedziczną, która wpływa na transport histydyny i tryptofanu przez błonę śluzową jelita cienkiego i nerki, powodując niedobór obu aminokwasów.

Najistotniejsze objawy kliniczne to pojawienie się łuszczących się i czerwonych zmian na skórze po ekspozycji na słońce, różnego stopnia upośledzenie ruchu oraz niektóre objawy chorób psychicznych.

Histydynemia jest chorobą autosomalną recesywną charakteryzującą się niedoborem enzymu histydazy, który powoduje podwyższenie poziomu histydyny we krwi i moczu.

W konsekwencji pacjenci ci nie mogą degradować histydyny do kwasu urocanowego w wątrobie i skórze. Chorobie tej towarzyszy umiarkowane upośledzenie umysłowe, wady mowy i pamięci słuchowej bez głuchoty.

Ograniczenie przyjmowania histydyny jako leczenia nie było skuteczne w generowaniu poprawy klinicznej i niesie ryzyko wywołania zaburzeń wzrostu u dzieci dotkniętych tą chorobą.

Bibliografia

1. Mathews, C., van Holde, K. i Ahern, K. (2000). Biochemistry (3rd ed.). San Francisco, Kalifornia: Pearson.
2. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (wyd. 28). McGraw-Hill Medical.
3. Nelson, DL i Cox, MM (2009). Zasady Lehningera biochemii. Omega Editions (wyd. 5). doi.org
4. Pencharz, P., Farri, L. i Papageorgiou, A. (1983). Wpływ mleka kobiecego i preparatów niskobiałkowych na wskaźniki całkowitego obrotu białkami organizmu i wydalania z moczem 3-metylohistydyny wcześniaków. Clinical Science, 64, 611–616.
5. Song, BC, Joo, N., Aldini, G. i Yeum, K. (2014). Funkcje biologiczne dipeptydów histydynowych i zespołu metabolicznego. Badania i praktyka żywieniowa, 8 (1), 3–10.