Histidin-Stoffwechsel

Histidin ist eine Aminosäure, die aus eiweißhaltigen Milch- und Fleischprodukten stammt. Als eine von 20 Aminosäuren spielt sie eine wichtige Rolle im Körper. Dieser Artikel befasst sich mit dem Histidin-Stoffwechsel und den Folgen für unsere Gesundheit.

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Histidinstruktur

Histidin ist eine Aminosäure, die durch Hydrolyse von Proteinen gewonnen werden kann. Eine reichhaltige Quelle für Histidin ist Hämoglobin, das 8,5 % enthält. Der menschliche Körper ist nicht in der Lage, diese Aminosäure zu synthetisieren, so dass sie über die Nahrung aufgenommen werden muss.

Im physiologischen pH-Bereich des Körpers lässt es sich leicht ionisieren; dies macht Histidin zu einem häufigen Teilnehmer an enzymkatalysierten Reaktionen, da die protonierte Form als allgemeine Säure dienen kann, während die deprotonierte Form als allgemeine Base dienen kann (siehe Abbildung 1).

Außerdem kann das basische Stickstoffatom von Histidin als Elektronenpaardonor fungieren und daher leicht an chemischen Reaktionen teilnehmen, indem es Bindungen mit elektronenarmen Atomen eingeht.

Histidinfunktion

Abgesehen von seinen biochemischen Eigenschaften hat Histidin viele systemische Funktionen im Körper:

• Hilft dem Gedächtnis und der kognitiven Funktion.
• Vorläufer von Histamin, dem lokalen Vermittler von allergischen Reaktionen. Histamin ist vasoaktiv – es vergrößert den Durchmesser der Blutgefäße, um die Durchblutung zu verbessern.
• Entfernt überschüssige Schwermetalle und schützt vor Strahlung.
• Fördert die Verdauung, indem es die Magensaftproduktion im Magen anregt.
• Erhöht die Wirksamkeit von Krebsmedikamenten.

Histidin-Stoffwechsel

Alle Aminosäuren, auch Histidin, können für die Energiegewinnung im Stoffwechsel genutzt werden. Bei diesem Prozess werden Aminosäuren zu CO2 und H2O abgebaut; dies macht typischerweise 10-15 % der von Tieren erzeugten Stoffwechselenergie aus.

Alternativ können sie für die Gluconeogenese verwendet werden. Dies ist der Stoffwechselweg, der Glukose aus Nicht-Kohlenhydratverbindungen erzeugt.

Um dies zu erreichen, werden Aminosäuren abgebaut, wobei durch den Verlust ihrer funktionellen Aminogruppe (NH2) verschiedene Produkte entstehen, die als Alpha-Ketosäuren bezeichnet werden; es gibt insgesamt 7 davon.

Alpha-Ketosäuren sind häufige Zwischenprodukte des Stoffwechsels und können nach dem Punkt kategorisiert werden, an dem sie in den Stoffwechselzyklus eintreten:

• Glukoneogene Alpha-Ketosäuren (insgesamt 5) sind diejenigen, die in den Zitronensäurezyklus eintreten und als Vorläufer der Glukoneogenese fungieren. Die Aminosäuren, aus denen sie hervorgehen, werden nachfolgend als gluconeogen bezeichnet.
• Ketogene Alpha-Ketosäuren (insgesamt 2) sind solche, die in die Produktion von Ketonkörpern, Fettsäuren und Isoprenoiden eingehen. Die Aminosäuren, die diese liefern, werden anschließend als ketogen bezeichnet.

Histidin ist eine glukoneogene Aminosäure. Sie wird durch Umwandlung in Glutamat abgebaut und dann durch Glutamatdehydrogenase zu a-Ketoglutarat oxidiert.

Histidin wird in einem vierstufigen Prozess in Glutamat umgewandelt. Zunächst wird es deaminiert (der Prozess, bei dem die Aminogruppe entfernt wird) und dann hydratisiert.

Danach wird die pentamere Ringstruktur des Histidins, Imidazol genannt, gespalten, um eine Verbindung namens N-Formiminoglutamat zu bilden.

Die Formiminogruppe wird dann auf Tetrahydrofolat (THF) übertragen, wobei die a-Ketosäure Glutamat und Formiminotetrahydrofolat entstehen. Dies wird durch das Enzym Glutamat-Formiminotransferase-Cyclodeaminase (FTCD) katalysiert. Diese Schritte sind in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2. Ein vereinfachtes Schema, das den Abbau von Histidin zu a-Ketoglutarat zeigt. Man beachte, dass Histidin desaminiert wird (Verlust von NH4), dann wird es hydratisiert (Zugabe von H2O in zwei aufeinanderfolgenden Schritten), und sein Imidazolring wird gespalten, um Formiminoglutamat zu bilden. Die Formiminogruppe wird dann auf THF übertragen, um Glutamat und N5-Formiminotetrahydrofolat durch FTCD zu erzeugen.

THF ist in den Zellen wichtig, da es als Träger von Ein-Kohlenstoff-Verbindungen (C1) fungiert. Viele zelluläre Reaktionen beinhalten die Addition einer C1-Einheit an einen Stoffwechselvorläufer.

Biotin und S-Adenosylmethionin sind ebenfalls C1-Träger. THF ist jedoch vielseitiger, da es den Kohlenstoff in verschiedenen Oxidationsstufen übertragen kann – eine Eigenschaft, die ihm eine breite Verwendung in biochemischen Prozessen ermöglicht.

Die Histidin-Biosynthese beinhaltet ein Zwischenprodukt der Nukleotid-Biosynthese

Histidin ist eine der 9 essentiellen Aminosäuren. Essentielle Aminosäuren sind solche, die nicht vom Organismus selbst oder de novo synthetisiert werden können; ihre Synthesewege gibt es nur in Mikroorganismen und Pflanzen. In diesen Arten wird Histidin aus dem Zucker Ribose und dem Nukleotid Adenosintriphosphat synthetisiert. Dieser Vorgang wird als Biosynthese bezeichnet.

Fünf der sechs C-Atome des Histidins stammen aus 5-Phosphoribosyl-alpha-pyrophosphat (PRPP), einem Phosphor-Zucker-Zwischenprodukt, das auch an der Biosynthese von Purin- und Pyrimidin-Nukleotiden beteiligt ist. Das sechste Kohlenstoffatom des Histidins stammt aus ATP; die restlichen Atome im ATP werden als weiteres Zwischenprodukt in der Purinbiosynthese eliminiert.

Durch Kondensation von ATP und PRPP entsteht Phosphoribosyl-ATP. Die Beobachtung dieser Verbindung in der Histidinbiosynthese hat weitreichende Auswirkungen. Sie unterstützt die Vorstellung, dass das frühe Leben ursprünglich auf RNA und nicht auf DNA basierte.

Histidin spielt eine wichtige Rolle in Enzymen, wo es als Nukleophil oder als allgemeine Säure oder Base fungiert. Auch RNA besitzt diese ähnlichen Eigenschaften, was darauf hindeutet, dass Histidin auch in RNA-Enzymen eine Rolle spielt.

Die Histidin-Biosynthesewege könnten folglich die Überbleibsel des Übergangs im Laufe der Evolution zu effizienteren, DNA-kodierten, proteinbasierten Lebensformen sein!

Der Histidin-Stoffwechsel ist ziemlich komplex; er befindet sich an der Schnittstelle vieler biosynthetischer und metabolischer Reaktionen in der Zelle. Es hat tiefgreifende Auswirkungen auf die menschliche Physiologie – von der Kognition bis zu allergischen Reaktionen. Als essentielle Aminosäure ist es wichtig, dass der Mensch Histidin mit der Nahrung zu sich nimmt.

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