Histidine Metabolism

Histidiini on aminohappo, joka on peräisin proteiinipitoisista maito- ja lihatuotteista. Yhtenä 20 aminohaposta sillä on tärkeä tehtävä elimistössä. Tässä artikkelissa tarkastellaan histidiinin aineenvaihduntaa ja sen vaikutuksia terveyteemme.

Image Credit: Raimundo79 /

Histidiinin rakenne

Histidiini on aminohappo, jota saadaan proteiinien hydrolyysistä. Runsas histidiinin lähde on hemoglobiini, joka sisältää 8,5 %. Ihmiskeho ei pysty syntetisoimaan tätä aminohappoa, joten se on saatava ravinnon kautta.

Se ionisoituu helposti elimistön fysiologisella pH-alueella; tämä tekee histidiinistä usein osallistujan entsyymikatalysoiduissa reaktioissa, sillä protonoitu muoto voi toimia yleisenä happona, kun taas deprotonoitu muoto voi toimia yleisenä emäksenä (ks. kuva 1).

Lisäksi histidiinin emäksinen typpiatomi voi toimia elektroniparin luovuttajana ja siten osallistua helposti kemiallisiin reaktioihin muodostamalla sidoksia elektronipulassa olevien atomien kanssa.

Histidiinin toiminta

Biokemiallisten ominaisuuksiensa lisäksi histidiinillä on monia systeemisiä tehtäviä elimistössä:

• Tukee muistia ja kognitiivisia toimintoja.
• Histamiinin, allergisten reaktioiden paikallisen välittäjäaineen esiaste. Histamiini on vasoaktiivinen – se kasvattaa verisuonten halkaisijaa parantaakseen verenkiertoa.
• Poistaa ylimääräisiä raskasmetalleja ja suojaa säteilyltä.
• Tukee ruoansulatusta stimuloimalla mahanesteen tuotantoa vatsassa.
• Lisää syöpälääkkeiden tehoa.

Histidiiniaineenvaihdunta

Kaikki aminohapot, mukaan lukien histidiini, voidaan hyödyntää aineenvaihdunnan energiantuotannossa. Tässä prosessissa aminohapot hajoavat CO2:ksi ja H2O:ksi; tämä muodostaa tyypillisesti 10-15 % eläinten tuottamasta metabolisesta energiasta.

Vaihtoehtoisesti niitä voidaan käyttää glukoneogeneesiin. Tämä on aineenvaihduntareitti, joka tuottaa glukoosia muista kuin hiilihydraattiyhdisteistä.

Tässä tarkoituksessa aminohapot hajoavat, jolloin niiden funktionaalisen aminoryhmän (NH2) häviäminen tuottaa erilaisia tuotteita, joita kutsutaan alfa-ketohapoiksi; näitä on yhteensä seitsemän.

Alfa-ketohapot ovat yleisiä aineenvaihdunnan välituotteita, ja ne voidaan luokitella sen mukaan, missä vaiheessa ne astuvat aineenvaihduntakiertoon:

• Glukoneogeeniset alfa-ketohapot (yhteensä 5) ovat niitä, jotka syöttävät sitruunahappokiertoon ja toimivat glukoneogeneesin esiasteina. Näitä tuottavia aminohappoja kutsutaan myöhemmin glukoneogeenisiksi.
• Ketogeeniset alfa-ketohapot (yhteensä 2) ovat niitä, jotka syöttävät ketoaineita, rasvahappoja ja isoprenoidien tuotantoa. Näitä tuottavia aminohappoja kutsutaan myöhemmin ketogeenisiksi.

Histidiini on glukoneogeeninen aminohappo. Se hajoaa muuttumalla glutamaatiksi ja hapettuu sitten a-ketoglutaraatiksi glutamaattidehydrogenaasin avulla.

Histidiini muuttuu glutamaatiksi nelivaiheisessa prosessissa. Se deaminoituu ensin (prosessi, jossa aminoryhmä poistetaan) ja sen jälkeen hydratoidaan.

Tämän jälkeen histidiinin pentameerinen rengasrakenne, jota kutsutaan imidatsoliksi, pilkkoutuu muodostaen yhdisteen nimeltä N-formiminoglutamaatti.

Formiminoryhmä siirretään sen jälkeen tetrahydrofolaattiin (THF) muodostaen a-ketohappo glutamaatti ja formiminotetrahydrofolaatti. Tätä katalysoi entsyymi glutamaattiformiminotransferaasi-syklodeaminaasi (FTCD). Nämä vaiheet on esitetty kuvassa 2.

Kuva 2. Yksinkertaistettu kaavio, joka kuvaa histidiinin hajoamista a-ketoglutaraatiksi. Huomaa, että histidiini deaminoituu (NH4:n häviäminen), sitten se hydratoidaan (H2O:n lisääminen kahdessa peräkkäisessä vaiheessa) ja sen imidatsolirengas pilkotaan formiminoglutamaatiksi. Formiminoryhmä siirretään sitten THF:ään, jolloin saadaan glutamaattia ja N5-formiminotetrahydrofolaattia FTCD:llä.

THF on tärkeä soluissa, koska se toimii yhden hiilen (C1) yhdisteiden kuljettajana. Moniin solureaktioihin liittyy C1-yksikön liittäminen metaboliseen esiasteeseen.

Biotiini ja S-adenosyylimetioniini ovat myös C1-kantajia. THF on kuitenkin monipuolisempi, koska se voi siirtää hiiltä eri hapetusasteissa – ominaisuus, jonka ansiosta sitä voidaan käyttää laajalti biokemiallisissa prosesseissa.

Histidiinin biosynteesi sisältää välituotteen nukleotidien biosynteesissä

Histidiini on yksi yhdeksästä välttämättömästä aminohaposta. Välttämättömiä aminohappoja ovat ne, joita organismi ei voi syntetisoida itse tai de novo; niiden synteesireittejä on vain mikro-organismeissa ja kasveissa. Näissä lajeissa histidiini syntetisoidaan sokerista riboosi ja nukleotidista adenosiinitrifosfaatti. Prosessia, jossa tämä tapahtuu, kutsutaan biosynteesiksi.

Histidiinin kuudesta C-atomista viisi on peräisin 5-fosforibosyyli-alfa-pyrofosfaatista (PRPP), fosfosokerin välituotteesta, joka on mukana myös puriini- ja pyrimidiininukleotidien biosynteesissä. Histidiinin 6. hiiliatomi on peräisin ATP:stä; ATP:n loput atomit eliminoidaan toisena välituotteena puriinin biosynteesissä.

ATP:n ja PRPP:n kondensaatiosta saadaan fosforibosyyli-ATP. Tämän yhdisteen havaitsemisella histidiinin biosynteesissä on kauaskantoisia vaikutuksia. Se tukee käsitystä siitä, että varhainen elämä perustui alun perin RNA:han eikä DNA:han.

Histidiinillä on tärkeä rooli entsyymeissä, joissa se toimii nukleofiilinä tai yleisenä happona tai emäksinä. RNA:lla on myös näitä samankaltaisia ominaisuuksia, mikä viittaa siihen, että histidiinillä on rooli myös RNA:n entsyymeissä.

Histidiinin biosynteettiset reitit voivat siis olla jäänteitä siirtymästä evoluution aikana tehokkaampiin, DNA:han koodattuihin, proteiinipohjaisiin eliömuotoihin!

Histidiiniaineenvaihdunta on sangen monimutkaista; se on monien solussa tapahtuvien biosynteettisten ja aineenvaihdunnallisten reaktioiden rajapinnassa. Sillä on syvällisiä vaikutuksia ihmisen fysiologiaan – kognitiosta allergisiin reaktioihin. Koska histidiini on välttämätön aminohappo, on tärkeää, että ihmiset saavat sitä ravinnostaan.

Lisälukemista

• Kaikki biokemian sisällöt
• Johdatus entsyymien kinetiikkaan
• Kiraliteetti biokemiassa
• L- ja D-isomeerit
• Suzuki-Miyaura-riste-Coupling Reaction

Sitaatit