Histidine Metabolism

Histidina è un aminoacido derivato da prodotti proteici a base di latte e carne. Come uno dei 20 aminoacidi, svolge un ruolo importante nel corpo. Questo articolo esamina il metabolismo dell’istidina e le conseguenze che questo ha sulla nostra salute.

Image Credit: Raimundo79 /

Struttura dell’istidina

L’istidina è un aminoacido che può essere ottenuto tramite idrolisi delle proteine. Una fonte abbondante di istidina è l’emoglobina, che ne contiene l’8,5%. Il corpo umano non è in grado di sintetizzare questo aminoacido, quindi deve essere ottenuto attraverso la dieta.

Si ionizza facilmente nell’intervallo di pH fisiologico del corpo; questo rende l’istidina un partecipante frequente nelle reazioni catalizzate dagli enzimi, poiché la forma protonata può servire come acido generale, mentre la forma deprotonata può servire come base generale (vedi Figura 1).

Inoltre, l’atomo di azoto basico dell’istidina può funzionare come donatore di coppie di elettroni, e quindi partecipare prontamente alle reazioni chimiche, attraverso la formazione di legami con atomi poveri di elettroni.

Funzione dell’istidina

A parte le sue proprietà biochimiche, l’istidina ha molte funzioni sistemiche nel corpo:

• Aiuta la memoria e la funzione cognitiva.
• Processore dell’istamina, il mediatore locale delle reazioni allergiche. L’istamina è vasoattiva – aumenta il diametro dei vasi sanguigni per migliorare il flusso sanguigno.
• Rimuove i metalli pesanti in eccesso e protegge dalle radiazioni.
• Aiuta la digestione stimolando la produzione di succo gastrico nello stomaco.
• Aumenta l’efficacia dei farmaci antitumorali.

Metabolismo dell’istidina

Tutti gli aminoacidi, compresa l’istidina, possono essere utilizzati per la produzione di energia metabolica. In questo processo, gli aminoacidi vengono scissi in CO2 e H2O; ciò rappresenta tipicamente il 10-15% dell’energia metabolica generata dagli animali.

In alternativa, possono essere utilizzati per la gluconeogenesi. Questa è la via metabolica che genera glucosio da composti non-carboidrati.

Per ottenere questo, gli aminoacidi subiscono una degradazione per cui la perdita del loro gruppo amminico funzionale (NH2) produce diversi prodotti chiamati alfa-chetoacidi; ce ne sono 7 in totale.

Gli alfa-chetoacidi sono intermedi metabolici comuni e possono essere classificati secondo il punto in cui entrano nel ciclo metabolico:

• Gli alfa-chetoacidi gluconeogenici (5 in totale) sono quelli che entrano nel ciclo dell’acido citrico e funzionano come precursori della gluconeogenesi. Gli aminoacidi che li producono sono successivamente definiti gluconeogenici.
• Gli alfa-chetoacidi chetogenici (2 in totale) sono quelli che alimentano i corpi chetonici, gli acidi grassi e la produzione di isoprenoidi. Gli aminoacidi che li producono sono successivamente definiti chetogenici.

L’istidina è un aminoacido gluconeogenico. Viene degradata mediante conversione in glutammato e poi ossidata in a-chetoglutarato dalla glutammato deidrogenasi.

L’istidina viene convertita in glutammato in un processo in 4 fasi. Viene prima deaminata (il processo con cui il gruppo amminico viene rimosso), e poi idratata.

In seguito, la struttura ad anello pentamerica dell’istidina, chiamata imidazolo, viene scissa per formare un composto chiamato N-formiminoglutammato.

Il gruppo formimino viene poi trasferito al tetraidrofolato (THF), formando l’a-chetoacido glutammato e il formiminotetraidrofolato. Questo è catalizzato dall’enzima glutammato formiminotransferasi ciclodeaminasi (FTCD). Questi passaggi sono illustrati nella Figura 2.

Figura 2. Uno schema semplificato che rappresenta la degradazione dell’istidina in a-chetoglutarato. Si noti che l’istidina viene deaminata (perdita di NH4), poi viene idratata (aggiunta di H2O in 2 passi successivi), e il suo anello imidazolico viene scisso per formare il formiminoglutammato. Il gruppo formimino viene poi trasferito al THF, per produrre glutammato e N5-formiminotetraidrofolato tramite FTCD.

THF è importante nelle cellule perché funziona come trasportatore di composti monocarbonio (C1). Molte reazioni cellulari coinvolgono l’aggiunta di un’unità C1 a un precursore metabolico.

Biotina e S-adenosilmetionina sono anche portatori di C1. Il THF, tuttavia, è più versatile in quanto può trasferire il carbonio in diversi stati di ossidazione – una proprietà che gli permette di essere ampiamente utilizzato nei processi biochimici.

La biosintesi dell’istidina include un intermedio nella biosintesi dei nucleotidi

L’istidina è uno dei 9 aminoacidi essenziali. Gli aminoacidi essenziali sono quelli che non possono essere sintetizzati dall’organismo, o de novo; le loro vie di sintesi sono presenti solo nei microorganismi e nelle piante. In queste specie, l’istidina è sintetizzata dallo zucchero ribosio e dal nucleotide adenosina trifosfato. Il processo con cui questo avviene è chiamato biosintesi.

Cinque dei 6 atomi di C dell’istidina provengono dal 5-fosforibosil-alfa-pirofosfato (PRPP), un intermedio fosfo-saccarifero che è anche coinvolto nella biosintesi dei nucleotidi purinici e pirimidinici. Il sesto atomo di carbonio dell’istidina proviene dall’ATP; gli atomi rimanenti nell’ATP sono eliminati come un altro intermedio nella biosintesi delle purine.

La condensazione dell’ATP e del PRPP produce il fosforibosil-ATP. L’osservazione di questo composto nella biosintesi dell’istidina ha implicazioni di vasta portata. Sostiene la nozione che la vita primitiva era originariamente basata sull’RNA, piuttosto che sul DNA.

L’istidina gioca un ruolo importante negli enzimi dove funziona come un nucleofilo o un acido o una base generale. Anche l’RNA possiede queste proprietà simili, suggerendo che l’istidina gioca anche un ruolo negli enzimi dell’RNA.

Di conseguenza, le vie biosintetiche dell’istidina possono essere i resti della transizione nel corso dell’evoluzione, verso forme di vita più efficienti, codificate dal DNA e basate sulle proteine!

Il metabolismo dell’istidina è piuttosto complesso; è all’interfaccia di molte reazioni biosintetiche e metaboliche nella cella. Ha effetti profondi sulla fisiologia umana – dalla cognizione alle reazioni allergiche. Essendo un aminoacido essenziale, è importante che gli esseri umani ricavino l’istidina dalla loro dieta.

Altre letture

• Tutti i contenuti di biochimica
• Introduzione alla cinetica enzimatica
• Ciralità in biochimica
• L e D Isomeri
• Reazione di accoppiamento incrociato Suzuki-MiyauraCoupling Reaction

Citazioni