A hisztidin anyagcseréje

A szervezet fiziológiás pH-tartományában könnyen ionizálódik; ez teszi a hisztidint az enzimkatalizált reakciók gyakori résztvevőjévé, mivel a protonált forma általános savként, míg a deprotonált forma általános bázisként szolgálhat (lásd az 1. ábrát).

A hisztidin bázikus nitrogénatomja továbbá elektronpár-donorként működhet, és ezért könnyen részt vehet kémiai reakciókban, elektronszegény atomokkal való kötések kialakításán keresztül.

Hisztidin funkció

A biokémiai tulajdonságain kívül a hisztidin számos szisztémás funkcióval rendelkezik a szervezetben:

• Segíti a memóriát és a kognitív funkciókat.
• A hisztamin előanyaga, az allergiás reakciók helyi közvetítője. A hisztamin vazoaktív – növeli az erek átmérőjét a véráramlás javítása érdekében.
• Eltávolítja a felesleges nehézfémeket és véd a sugárzástól.
• Segíti az emésztést a gyomorban a gyomornedv termelésének serkentésével.
• Növeli a rákgyógyszerek hatékonyságát.

Hisztidin anyagcsere

Minden aminosav, beleértve a hisztidint is, hasznosítható az anyagcsere energiatermelése céljából. Ebben a folyamatban az aminosavak CO2-ra és H2O-ra bomlanak le; ez jellemzően az állatok által termelt metabolikus energia 10-15%-át teszi ki.

Alternatívaként glükoneogenezisre is felhasználhatók. Ez az az anyagcsereút, amely nem szénhidrátvegyületekből glükózt állít elő.

Ezért az aminosavak lebomláson mennek keresztül, amelynek során a funkcionális aminocsoportjuk (NH2) elvesztésével különböző termékek keletkeznek, amelyeket alfa-ketosavaknak neveznek; ezekből összesen 7 létezik.

Az alfa-ketoesavak gyakori metabolikus köztes termékek, és aszerint lehet őket kategorizálni, hogy hol lépnek be az anyagcsere-ciklusba:

• A glükoneogén alfa-ketoesavak (összesen 5) azok, amelyek a citromsavciklusba táplálkoznak, és a glükoneogenezis prekurzoraként működnek. Az ezeket előállító aminosavakat a későbbiekben glükoneogénnek nevezzük.
• A ketogén alfa-ketosavak (összesen 2) azok, amelyek a ketontestek, zsírsavak és izoprenoidok termelését táplálják. Az ezeket előállító aminosavakat a későbbiekben ketogénnek nevezzük.

A hisztidin glükoneogén aminosav. Glutamáttá alakítással bomlik le, majd a glutamát-dehidrogenáz által a-ketoglutaráttá oxidálódik.

A hisztidin egy 4 lépcsős folyamat során alakul át glutamáttá. Először deaminálódik (ez az a folyamat, amelynek során az aminocsoportot eltávolítják), majd hidratálódik.

Ezt követően a hisztidin pentamer gyűrűszerkezete, az imidazol, hasad, és egy N-formiminoglutamát nevű vegyület keletkezik.

A formimino-csoport ezután átkerül a tetrahidrofolátra (THF), az a-ketosav glutamát és formiminotetrahidrofolát keletkezik. Ezt a glutamát-formiminotranszferáz ciklodeamináz (FTCD) enzim katalizálja. Ezeket a lépéseket a 2. ábra szemlélteti.

2. ábra. A hisztidin a-ketoglutaráttá történő lebontását ábrázoló egyszerűsített séma. Vegyük észre, hogy a hisztidin deaminálódik (NH4 elvesztése), majd hidratálódik (H2O hozzáadása 2 egymást követő lépésben), és imidazolgyűrűje formiminoglutamáttá hasad. A formimino-csoport ezután THF-re kerül, hogy FTCD-vel glutamát és N5-formiminotetrahidrofolát keletkezzen.

A THF fontos a sejtekben, mivel az egy szénatomos (C1) vegyületek szállítójaként működik. Számos sejtreakcióban egy C1-egység hozzáadása történik egy metabolikus prekurzorhoz.

A biotin és az S-adenozilmetionin szintén C1-hordozók. A THF azonban sokoldalúbb, mivel képes a szenet különböző oxidációs állapotokban átvinni – ez a tulajdonsága lehetővé teszi, hogy széles körben használják a biokémiai folyamatokban.

A hisztidin bioszintézis a nukleotid bioszintézis egyik köztes terméke

A hisztidin a 9 esszenciális aminosav egyike. Az esszenciális aminosavak azok, amelyeket a szervezet nem képes szintetizálni, vagy de novo; szintetikus útjaik csak a mikroorganizmusokban és a növényekben vannak jelen. Ezekben a fajokban a hisztidin a ribóz cukorból és a nukleotid adenozin-trifoszfátból szintetizálódik. A folyamatot, amelynek során ez történik, bioszintézisnek nevezzük.

A hisztidin 6 C atomjából öt az 5-foszforibozil-alfa-pirofoszfátból (PRPP) származik, amely egy foszfocukor intermedier, amely a purin- és pirimidin-nukleotidok bioszintézisében is részt vesz. A hisztidin 6. szénatomja az ATP-ből származik; az ATP fennmaradó atomjai a purin bioszintézis másik köztes termékeként eliminálódnak.

Az ATP és a PRPP kondenzációjából foszforibozil-ATP keletkezik. Ennek a vegyületnek a hisztidin bioszintézisben való megfigyelése messzemenő következményekkel jár. Támogatja azt az elképzelést, hogy a korai élet eredetileg RNS-, és nem DNS-alapú volt.

A hisztidin fontos szerepet játszik az enzimekben, ahol nukleofilként vagy általános savként vagy bázisként funkcionál. Az RNS is rendelkezik ezekkel a hasonló tulajdonságokkal, ami arra utal, hogy a hisztidin az RNS enzimekben is szerepet játszik.

A hisztidin bioszintetikus útvonalak tehát az evolúció során a hatékonyabb, DNS-kódolt, fehérje alapú életformák felé való átmenet maradványai lehetnek!

A hisztidin anyagcsere meglehetősen összetett; a sejtben számos bioszintetikus és metabolikus reakció kapcsolódási pontján áll. Alapvető hatással van az emberi fiziológiára – a megismeréstől az allergiás reakciókig. Mivel esszenciális aminosav, fontos, hogy az emberek a hisztidint az étrendjükből nyerjék.

További olvasmányok

• Minden biokémiai tartalom
• Egy bevezetés az enzimkinetikába
• Kiralitás a biokémiában
• L- és D-izomerek
• Suzuki-Miyaura-kereszt-Coupling Reaction

Hivatkozások