ГИСТИДИН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, ПРОДУКТЫ ПИТАНИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

Гистидин (His, H) представляет собой аминокислоту , используемая для синтеза белка. Это гидрофильная молекула, поэтому она обычно ориентирована снаружи белковых структур, когда они находятся в жидкой среде.

Считается незаменимой аминокислотой для растущих детей, поскольку они не производят ее. У взрослых гистидин вырабатывается незначительно, но его недостаточно для удовлетворения суточных потребностей, поэтому он считается полузаменимой аминокислотой.

Химическая структура аминокислоты гистидина (Источник: Borb, через Wikimedia Commons)

Для животных и человека гистидин является незаменимой или, по крайней мере, полузаменимой аминокислотой, однако растения, грибы и микроорганизмы эффективно производят необходимый им гистидин и являются частью пищевых источников гистидина в дополнение к белкам. животные.

Гистидин выполняет очень важные физиологические функции у человека, такие как: он является частью активных центров многих ферментов, участвует в росте, иммунной системе и образовании миелина в нервных волокнах, среди прочего.

Биосинтез гистидина - сложный процесс, который происходит в основном в печени и требует от 9 до 11 ферментативных стадий. Его разложение происходит в печени и коже и происходит с образованием глутамата, а затем по различным маршрутам.

Многие продукты богаты гистидином, такие как животные белки, такие как мясо и молочные продукты, а также растительные белки. Они обеспечивают большую часть суточной потребности нашего организма в гистидине для правильного функционирования.

Дефицит или избыток гистидина, вызванные наследственными метаболическими или транспортными проблемами, или диетическим недостаточным потреблением, связаны с некоторыми важными проблемами со здоровьем как у детей, так и у взрослых. Достаточное потребление гистидина позволяет в большинстве случаев вести здоровый и здоровый образ жизни.

характеристики

Поразительной особенностью гистидина является то, что он может превращаться в гистамин, вещество, которое активно участвует во многих аллергических и воспалительных реакциях.

У рыб, подвергающихся воздействию окружающей среды без достаточного охлаждения, бактерии могут превращать гистидин в гистамин, и поэтому при попадании в организм они вызывают пищевое отравление.

Еще одна особенность этой аминокислоты заключается в том, что она одна из немногих из 22 существующих аминокислот, которая ионизируется в физиологическом диапазоне pH (около 7,4) и, следовательно, может активно участвовать в каталитическом центре многих ферментов.

В молекуле гемоглобина проксимальный гистидин является одним из лигандов гемовой группы. Другими словами, эта аминокислота участвует в транспортной функции гемоглобина и важна для синтеза этого белка, а также миоглобина, который также известен как «мышечный гемоглобин».

Структура

Гистидин - это основная полярная гидрофильная аминокислота , относящаяся к незаменимым аминокислотам, поскольку она не может быть синтезирована животными. Однако, как уже упоминалось ранее, он синтезируется бактериями, грибами и растениями.

Растущим детям гистидин абсолютно необходим; взрослый может синтезировать его, но неясно, удовлетворяет ли он суточные потребности в гистидине, поэтому его необходимо принимать вместе с пищей.

Как и все аминокислоты, гистидин имеет α-углерод, к которому присоединены аминогруппа, карбоксильная группа, атом водорода и боковая цепь.

Боковая цепь этой аминокислоты образована имидазольным кольцом, которое при физиологическом pH протонирует и приобретает положительный заряд, и называется имидазолием, сокращенно ImH +.

Вместе с лизином и аргинином гистидин образует группу основных аминокислот. Из этих трех гистидин является наименее основным, и его имидазольное кольцо может депротонировать при pH, близком к 6.

Поскольку при физиологическом pH гистидин может обмениваться протонами, он имеет тенденцию участвовать в ферментативном катализе, который включает перенос протонов. Кроме того, поскольку это полярная аминокислота, она обычно находится на внешней поверхности белков, где может гидратироваться в водной среде.

Характеристики

В составе активного центра ферментов

Гистидин необходим для синтеза многих белков, особенно ферментов, активные центры которых имеют эту аминокислоту в своей структуре. Он является частью активного центра альдолаз у млекопитающих, где он действует как донор протонов.

Он находится в активном центре карбоксипептидазы А, фермента поджелудочной железы, активный центр которого состоит из Zn и гистидина. В активном центре гликолитического фермента фосфоглицератмутазы есть два остатка гистидина, которые действуют как акцепторы или доноры фосфорильных групп.

Он также находится в активном центре ферментов, таких как глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа, лактатдегидрогеназа, папаин, химотрипсин, РНКаза А и гистидинаммиаклиаза (гистидаза). Кроме того, это аллостерический ингибитор фермента глутамин синтетазы.

Прочие функции

Эта аминокислота имеет большое значение для организма, поскольку при ее декарбоксилировании гистидиндекарбоксилазой образуется гистамин, мощный вазодилататор, связанный с воспалительными и аллергическими реакциями, присутствующий в кишечнике и в гранулах клеток мононуклеарной фагоцитарной системы.

Гистидин вырабатывается нейронами центральной нервной системы с нейромодулирующими функциями.

Он необходим для образования миелиновых оболочек нервных волокон, поэтому играет важную роль в передаче в них электрических импульсов.

Наряду с гормоном роста и другими аминокислотами гистидин участвует в механизмах восстановления тканей, в основном в сердечно-сосудистой системе.

Некоторые дополнительные функции включают:

- Способствует детоксикации некоторых тяжелых металлов, поскольку действует как хелатор.

- Защищает от радиационных повреждений.

- Участвует в образовании красных и белых кровяных телец.

- Это необходимо для образования гемоглобина.

- Помогает бороться с некоторыми негативными последствиями ревматоидного артрита, такими как воспаление и отсутствие подвижности.

- Это важная аминокислота для восстановления, роста и сексуальной функции волос.

Карнозин, ансерин и гомокарнозин - это дипептиды, образованные из гистидина. Первые два находятся в мышцах и выполняют важные функции в качестве буферов и активаторов миозиновой АТФазы.

Гомокарнозин вырабатывается в головном мозге в количествах в 100 раз больше, чем карнозин в скелетных мышцах.

Биосинтез

Гистидин получает свой углеродный скелет из рибозо-5-фосфата. У бактерий E. Coli эта аминокислота вырабатывается из этого соединения посредством 11 ферментативных стадий:

1. Первая стадия синтеза состоит из переноса фосфорибозила от АТФ на углерод 1 рибозо-5-фосфата с образованием 5-фосфорибозил-1-пирофосфата (PRPP). Фермент фосфорибозилпирофосфатсинтетаза (PRPP-синтетаза) катализирует эту реакцию.
2. Затем происходит перенос пирофосфатной группы от углерода 1 к N-1 АТФ, и образуется N1- (5'-фосфорибозил) -АТФ. Фермент, катализирующий эту реакцию, - АТФ-фосфорибозилтрансфераза.
3. Под действием фосфорибозил-АТФ-пирофосфатгидроксилазы α, β-пирофосфатная связь АТФ гидролизуется и образуется N1- (5'-фосфорибозил) -АМР.
4. Фермент фосфорибозил-АМФ циклогидроксилаза открывает пуриновое кольцо между N-1 и C-6, и образуется рибонуклеотид N1- (5'-фосфорибозилформимино) -5-аминоимидазол-4-карбоксамид-1-рибонуклеотид.
5. Затем рибофуранозное кольцо, которое происходит от PRPP, открывается и изомеризуется в кетозу, образуя N1- (5'-фосфорибозилформимино) -5-аминоимидазол-4-карбоксамид-1-рибонуклеотид под действием фермента изомеразы.
6. Фермент аминотрансфераза переносит амидогруппу глутамина, который превращается в глутамат, и разрывает формимино-связь, высвобождая 5-аминоимидазолкарбоксамид-1-рибонуклеотид и образуя имидазолглицеринфосфат.
7. Молекула воды удаляется из имидазолглицеринфосфата с помощью имидазолглицеринфосфатдегидратазы, и образуется имидазолацетолфосфат.
8. Аминогруппа передается имидазолацетолфосфату через гистидинолфосфаттрансаминазу, и образуется гистидинолфосфат.
9. Группа сложного эфира фосфорной кислоты гистидинола фосфата гидролизуется с образованием гистидинола. Гистидинолфосфатфосфатаза катализирует эту реакцию.
10. Позже гистидинол окисляется гистидинолдегидрогеназой и образуется гистидин.
11. Сама гистидинолдегидрогеназа окисляет гистидинол и превращает его в гистидин.

Первый фермент пути биосинтеза гистидина ингибируется продуктом пути, то есть гистидин участвует в аллостерическом ингибировании АТФ-фосфорибозилтрансферазы, которая представляет собой основной регуляторный механизм пути.

деградация

Гистидин, пролин, глутамат, аргинин и глутамин - это аминокислоты, которые при разложении образуют α-кетоглутарат. Четыре из них сначала превращаются в глутамат, который путем трансаминирования дает α-кетоглутарат.

Гистидин через гистидиназу теряет α-аминогруппу и превращается в уроканат. Затем уроканаза гидратирует позиции 1 и 4 уроканата, образуя 4-имидазолон-5-пропионат. Затем происходит гидролиз иминогруппы 4-имидазолон-5-пропионата с образованием N-форминоглутамата.

Последняя реакция включает перенос формила из N-форминоглутамата в тетрагидрофолат, который работает с ферментом глутаматформимино-трансферазой. Конечными продуктами этой реакции являются глутамат и N5-формимино-тетрагидрофолат.

Α-кетоглутарат образуется при переаминировании глутамата. -Кетоглутарат является промежуточным звеном в цикле Кребса и также может вступать в глюконеогенный путь образования глюкозы.

Аминогруппа глутамата входит в цикл производства мочевины и выводится с мочой. Все эти реакции происходят в печени, а некоторые из них - на коже.

Продукты, богатые гистидином

Суточная потребность в гистидине составляет примерно от 10 до 11 мг на кг массы тела в день. У растущих детей гистидин является незаменимой аминокислотой, которая должна поступать с пищей.

У других животных гистидин также является незаменимой аминокислотой, и те, кого выращивают в стойлах, должны получать гистидин для поддержания нормального уровня гемоглобина.

Продукты, богатые гистидином, включают:

- Говядина, баранина, свинина, курица и индейка. Он также содержится в такой рыбе, как тунец (даже консервированный), лосось, форель, окунь и морской окунь, а также в некоторых моллюсках.

- Молоко и его производные, особенно в зрелых сырах, таких как пармезан, грюйер, швейцарский сыр и гауда. В кремах, сыворотке, йогурте и сметане.

- Соевые бобы и сухофрукты, такие как грецкие орехи и семена. В подсолнечнике, тыкве, арбузе, кунжуте, миндале, фисташках, арахисовом масле и семенах чиа.

- Яйца и фасоль или белая фасоль.

- Цельнозерновые, такие как киноа, пшеница, коричневый рис и т. Д.

Преимущества его приема

Существует ряд патологических состояний, при которых гистидин может быть полезен в качестве дополнения к лечению.

Среди этих патологий можно назвать ревматоидный артрит, артериальную гипертензию (так как описано гипотензивное действие гистидина), при инфекциях, фригидность и половую импотенцию, отравление тяжелыми металлами, токсический синовит, неврит, рвоту при беременности, сердечно-сосудистые заболевания. а также слуха, язв и анемии.

В коже при разложении потребленного гистидина образуется урокановая кислота, которая способна защищать кожу, поглощая ультрафиолетовые лучи.

Избыточное потребление гистидина здоровыми людьми не вызывает серьезных изменений, так как он быстро разлагается. Тем не менее, использование пищевых добавок с гистидином должно быть ограничено у пациентов с серьезными проблемами печени и / или почек.

Расстройства дефицита

Дефицит гистидина связан с изменениями иммунного ответа из-за снижения выработки гистамина и белых кровяных телец, накопления свободных радикалов и пороков развития или карликовости у плода.

Сообщалось также о проблемах с костями, глухоте и анемии, связанных с дефицитом гистидина.

Болезнь Хартнупа - это наследственное заболевание, которое влияет на транспорт гистидина и триптофана через слизистую тонкого кишечника и почек, вызывая дефицит обеих аминокислот.

Наиболее значимыми клиническими проявлениями являются появление чешуйчатых и красных высыпаний на коже после пребывания на солнце, нарушения движений различной степени и некоторые симптомы психических заболеваний.

Гистидинемия - аутосомно-рецессивное заболевание, характеризующееся дефицитом фермента гистидазы, который вызывает повышение уровня гистидина в крови и моче.

Как следствие, эти пациенты не могут разлагать гистидин до урокановой кислоты в печени и коже. Это заболевание сопровождается умеренной умственной отсталостью, дефектами речи и слуховой памяти без глухоты.

Ограничение приема гистидина в качестве лечения неэффективно для улучшения клинических показателей и сопряжено с риском возникновения нарушений роста у детей, страдающих этим заболеванием.

Ссылки

1. Мэтьюз, К., ван Холде, К., и Ахерн, К. (2000). Биохимия (3-е изд.). Сан-Франциско, Калифорния: Пирсон.
2. Мюррей, Р., Бендер, Д., Ботам, К., Кеннелли, П., Родуэлл, В., и Вейл, П. (2009). Иллюстрированная биохимия Харпера (28-е изд.). McGraw-Hill Medical.
3. Нельсон, Д. Л., и Кокс, М. М. (2009). Принципы биохимии Ленингера. Omega Editions (5-е изд.). doi.org
4. Пенчарз П., Фарри Л. и Папагеоргиу А. (1983). Влияние грудного молока и смесей с низким содержанием белка на скорость оборота общего белка в организме и выведение 3-метилгистидина с мочой у недоношенных детей. Клиническая наука, 64, 611–616.
5. Сонг, BC, Джу, Н., Альдини, Г., и Йеум, К. (2014). Биологические функции гистидин-дипептидов и метаболический синдром. Исследования и практика питания, 8 (1), 3–10.