Metabolismus histidinu

Histidin je aminokyselina pocházející z bílkovinných mléčných a masných výrobků. Jako jedna z 20 aminokyselin plní v organismu důležitou úlohu. Tento článek se zabývá metabolismem histidinu a jeho důsledky pro naše zdraví.

Obrázek: Raimundo79 /

Struktura histidinu

Histidin je aminokyselina, kterou lze získat hydrolýzou bílkovin. Hojným zdrojem histidinu je hemoglobin, který ho obsahuje 8,5 %. Lidské tělo není schopno tuto aminokyselinu syntetizovat, proto musí být získávána potravou.

Snadno se ionizuje ve fyziologickém rozmezí pH v těle; díky tomu je histidin častým účastníkem reakcí katalyzovaných enzymy, protože protonovaná forma může sloužit jako obecná kyselina, zatímco deprotonovaná forma může sloužit jako obecná báze (viz obrázek 1).

Bazický atom dusíku histidinu může navíc fungovat jako donor elektronových párů, a proto se snadno účastní chemických reakcí prostřednictvím tvorby vazeb s atomy chudými na elektrony.

Funkce histidinu

Kromě biochemických vlastností má histidin v těle mnoho systémových funkcí:

• Pomáhá paměti a kognitivním funkcím.
• Prekurzor histaminu, lokálního mediátoru alergických reakcí. Histamin je vazoaktivní – zvětšuje průměr cév a zlepšuje tak průtok krve.
• Odstraňuje přebytečné těžké kovy a chrání před zářením.
• Pomáhá trávení tím, že stimuluje tvorbu žaludečních šťáv v žaludku.
• Zvyšuje účinnost léků proti rakovině.

Metabolismus histidinu

Všechny aminokyseliny včetně histidinu mohou být využity pro účely výroby metabolické energie. Při tomto procesu se aminokyseliny rozkládají na CO2 a H2O; to obvykle představuje 10-15 % metabolické energie vytvářené živočichy.

Alternativně je lze využít pro glukoneogenezi. Jedná se o metabolickou dráhu, při níž vzniká glukóza z nesacharidových sloučenin.

Aminokyseliny za tímto účelem podléhají degradaci, při níž ztrátou jejich funkční aminoskupiny (NH2) vznikají různé produkty nazývané alfa-ketokyseliny; těch je celkem 7.

Alfa-ketokyseliny jsou běžné metabolické meziprodukty a lze je rozdělit podle místa, kde vstupují do metabolického cyklu:

• Glukoneogenní alfa-ketokyseliny (celkem 5) jsou ty, které vstupují do cyklu kyseliny citronové a fungují jako prekurzory glukoneogeneze. Aminokyseliny, které je poskytují, se následně označují jako glukoneogenní.
• Ketogenní alfa-ketokyseliny (celkem 2) jsou ty, které se zapojují do tvorby ketolátek, mastných kyselin a izoprenoidů. Aminokyseliny, které je poskytují, se následně označují jako ketogenní.

Histidin je glukoneogenní aminokyselina. Je degradován přeměnou na glutamát a následně oxidován na a-ketoglutarát pomocí glutamátdehydrogenázy.

Histidin se přeměňuje na glutamát ve čtyřstupňovém procesu. Nejprve je deaminován (proces, při kterém je odstraněna aminoskupina) a poté hydratován.

Poté je pentamerická kruhová struktura histidinu, nazývaná imidazol, rozštěpena za vzniku sloučeniny zvané N-formiminoglutamát.

Formiminová skupina je poté přenesena na tetrahydrofolát (THF), čímž vzniká a-ketokyselina glutamát a formiminotetrahydrofolát. To je katalyzováno enzymem glutamátformiminotransferázou cyklodeaminázou (FTCD). Tyto kroky jsou znázorněny na obrázku 2.

Obrázek 2. Zjednodušené schéma znázorňující rozklad histidinu na a-ketoglutarát. Všimněte si, že histidin je deaminován (ztráta NH4), poté je hydratován (přidání H2O ve 2 po sobě následujících krocích) a jeho imidazolový kruh je rozštěpen za vzniku formiminoglutamátu. Formimino skupina se pak přenese na THF, čímž vznikne glutamát a N5-formiminotetrahydrofolát pomocí FTCD.

THF je v buňkách důležitý, protože funguje jako přenašeč jednouhlíkatých (C1) sloučenin. Mnoho buněčných reakcí zahrnuje přidání jednotky C1 k metabolickému prekurzoru.

Biotin a S-adenosylmethionin jsou také přenašeči C1. THF je však univerzálnější, protože může přenášet uhlík v různých oxidačních stavech – tato vlastnost mu umožňuje široké využití v biochemických procesech.

Biosyntéza histidinu zahrnuje meziprodukt v biosyntéze nukleotidů

Histidin je jednou z 9 základních aminokyselin. Esenciální aminokyseliny jsou takové, které si organismus nemůže syntetizovat sám nebo de novo; jejich syntetické cesty jsou přítomny pouze u mikroorganismů a rostlin. U těchto druhů je histidin syntetizován z cukru ribózy a nukleotidu adenosintrifosfátu. Proces, při kterém k tomu dochází, se nazývá biosyntéza.

Pět ze šesti atomů C histidinu pochází z 5-fosforibosyl-alfa-pyrofosfátu (PRPP), meziproduktu fosfo-cukru, který se rovněž podílí na biosyntéze purinových a pyrimidinových nukleotidů. Šestý atom uhlíku histidinu pochází z ATP; zbývající atomy v ATP jsou vyloučeny jako další meziprodukt při biosyntéze purinů.

Kondenzací ATP a PRPP vzniká fosforibosyl-ATP. Pozorování této sloučeniny v biosyntéze histidinu má dalekosáhlé důsledky. Podporuje názor, že raný život byl původně založen spíše na RNA než na DNA.

Histidin hraje důležitou roli v enzymech, kde funguje jako nukleofil nebo obecná kyselina či báze. Tyto podobné vlastnosti má i RNA, což naznačuje, že histidin hraje roli i v enzymech RNA.

Biosyntetické dráhy histidinu tedy mohou být pozůstatkem přechodu v průběhu evoluce k účinnějším životním formám založeným na DNA a bílkovinách!

Metabolismus histidinu je poměrně složitý; je na rozhraní mnoha biosyntetických a metabolických reakcí v buňce. Má hluboký vliv na lidskou fyziologii – od poznávání až po alergické reakce. Jako esenciální aminokyselina je důležité, aby člověk získával histidin ze stravy.

Další četba

• Všechen obsah biochemie
• Úvod do enzymové kinetiky
• Chirality v biochemii
• Izomery L a D
• Suzuki-Miyaura Cross-.Coupling Reaction

Citace

Podrobněji o ní viz níže.