Histidine metabolisme

Histidine is een aminozuur afkomstig van eiwitrijke zuivel- en vleesproducten. Als een van de 20 aminozuren speelt het een belangrijke rol in het lichaam. Dit artikel gaat in op het metabolisme van histidine en de gevolgen daarvan voor onze gezondheid.

Image Credit: Raimundo79 /

Histidine structuur

Histidine is een aminozuur dat kan worden verkregen door hydrolyse van eiwitten. Een overvloedige bron van histidine is hemoglobine, dat 8,5% bevat. Het menselijk lichaam is niet in staat dit aminozuur te synthetiseren, zodat het via de voeding moet worden verkregen.

Histidine ioniseert gemakkelijk binnen het fysiologische pH-bereik van het lichaam; dit maakt histidine een frequente deelnemer in enzym-gekatalyseerde reacties, omdat de geprotoneerde vorm kan dienen als een algemeen zuur, terwijl de gedeprotoneerde vorm kan dienen als een algemene base (zie figuur 1).

Daarnaast kan het basische stikstofatoom van histidine fungeren als een donor van elektronenparen, en daarom gemakkelijk deelnemen aan chemische reacties, door de vorming van bindingen met elektron arme atomen.

Histidine functie

Naast zijn biochemische eigenschappen heeft histidine vele systemische functies in het lichaam:

• Het geheugen en de cognitieve functie worden bevorderd.
• Precursor van Histamine, de lokale mediatoren van allergische reacties. Histamine is vasoactief – het vergroot de diameter van bloedvaten om de doorbloeding te verbeteren.
• Verwijdert overtollige zware metalen en beschermt tegen straling.
• Helpt de spijsvertering door de productie van maagsap in de maag te stimuleren.
• Verhoogt de effectiviteit van medicijnen tegen kanker.

Histidinemetabolisme

Alle aminozuren, inclusief histidine, kunnen worden gebruikt voor de productie van metabolische energie. In dit proces worden aminozuren afgebroken tot CO2 en H2O; dit is gewoonlijk goed voor 10-15% van de door dieren gegenereerde metabolische energie.

Aternatief kunnen zij worden gebruikt voor gluconeogenese. Dit is de metabolische route die glucose genereert uit niet-koolhydraatverbindingen.

Om dit te bereiken, ondergaan aminozuren afbraak waarbij verlies van hun functionele aminogroep (NH2) verschillende producten oplevert die alfa-ketozuren worden genoemd; er zijn er 7 in totaal.

Alfa-ketozuren zijn veel voorkomende metabole tussenproducten en zij kunnen worden ingedeeld naar het punt waarop zij in de metabole cyclus terechtkomen:

• Gluconeogene alfa-ketozuren (5 in totaal) zijn die welke in de citroenzuurcyclus terechtkomen en als precursors van gluconeogenese fungeren. De aminozuren die deze leveren worden vervolgens gluconeogeen genoemd.
• Ketogene alfa-ketozuren (2 in totaal) zijn die welke zich voeden met de productie van ketonlichamen, vetzuren en isoprenoïden. De aminozuren die deze leveren worden vervolgens ketogeen genoemd.

Histidine is een gluconeogeen aminozuur. Het wordt afgebroken door omzetting in glutamaat, en vervolgens geoxideerd tot a-ketoglutaraat door glutamaatdehydrogenase.

Histidine wordt omgezet in glutamaat in een 4-stappen proces. Eerst wordt het gedeamineerd (het proces waarbij de aminogroep wordt verwijderd), en vervolgens gehydrateerd.

Daarna wordt de pentamere ringstructuur van histidine, imidazool genaamd, gesplitst om een verbinding te vormen die N-formiminoglutamaat wordt genoemd.

De formimino groep wordt vervolgens overgedragen aan tetrahydrofolaat (THF), waarbij de a-ketoacide glutamaat en formiminotetrahydrofolaat worden gevormd. Dit wordt gekatalyseerd door het enzym glutamaat formiminotransferase cyclodeaminase (FTCD). Deze stappen worden geïllustreerd in figuur 2.

Figuur 2. Een vereenvoudigd schema van de afbraak van histidine tot a-ketoglutaraat. Merk op dat histidine wordt gedeamineerd (verlies van NH4), vervolgens wordt gehydrateerd (toevoeging van H2O in 2 opeenvolgende stappen), en de imidazoolring wordt gesplitst om formiminoglutamaat te vormen. De formimino groep wordt dan overgedragen aan THF, om glutamaat en N5-formiminotetrahydrofolaat te produceren door FTCD.

THF is belangrijk in cellen omdat het functioneert als een drager van één-koolstof (C1) verbindingen. Bij veel cellulaire reacties wordt een C1-eenheid toegevoegd aan een metabolische precursor.

Biotine en S-adenosylmethionine zijn ook C1-dragers. THF is echter veelzijdiger omdat het de koolstof in verschillende oxidatietoestanden kan overbrengen – een eigenschap waardoor het op grote schaal kan worden gebruikt in biochemische processen.

Histidine biosynthese omvat een tussenproduct in de nucleotide biosynthese

Histidine is een van de 9 essentiële Aminozuren. Essentiële aminozuren zijn die welke niet door het organisme kunnen worden gesynthetiseerd, of de novo; hun synthetische routes zijn alleen aanwezig in micro-organismen en planten. In deze soorten wordt histidine gesynthetiseerd uit de suiker ribose en het nucleotide adenosine trifosfaat. Het proces waarbij dit gebeurt, wordt biosynthese genoemd.

Vijf van de 6 C-atomen van histidine zijn afkomstig van 5-fosforibosyl-alfa-pyrofosfaat (PRPP), een fosfor-suikertussenproduct dat ook betrokken is bij de biosynthese van purine- en pyrimidine-nucleotiden. Het 6e koolstofatoom van het histidine is afkomstig van ATP; de resterende atomen in ATP worden geëlimineerd als een ander tussenproduct in de biosynthese van purine.

Condensatie van ATP en PRPP levert fosforibosyl-ATP op. De waarneming van deze verbinding in de biosynthese van histidine heeft verstrekkende gevolgen. Het ondersteunt het idee dat het vroege leven oorspronkelijk op RNA was gebaseerd, in plaats van op DNA.

Histidine speelt een belangrijke rol in enzymen waar het fungeert als nucleofiel of als algemeen zuur of base. RNA bezit ook deze eigenschappen, wat suggereert dat histidine ook een rol speelt in RNA-enzymen.

Dientengevolge kunnen histidine biosynthetische routes de overblijfselen zijn van de overgang door de evolutie heen, naar efficiëntere, DNA-gecodeerde, eiwit-gebaseerde levensvormen.

Histidine metabolisme is vrij complex; het bevindt zich op het raakvlak van vele biosynthetische en metabolische reacties in de cel. Het heeft diepgaande effecten op de menselijke fysiologie – van cognitie tot allergische reacties. Als een essentieel aminozuur is het belangrijk dat mensen histidine uit hun voeding halen.

Verder lezen

• Alle biochemische inhoud
• Een inleiding tot de kinetiek van enzymen
• Chiraliteit in de biochemie
• L- en D-isomeren
• Suzuki-Miyaura-kruis-Coupling Reaction