Metabolizm histydyny

• By Hidaya Aliouche, B.Sc.Reviewed by Kate Anderton, B.Sc. (Editor)

  Histydyna jest aminokwasem pochodzącym z białkowych produktów mlecznych i mięsnych. Jako jeden z 20 aminokwasów, odgrywa ważną rolę w organizmie. Ten artykuł bada metabolizm histydyny i konsekwencje, jakie ma to na nasze zdrowie.

  Image Credit: Raimundo79 /

  • Struktura histydyny
  • Funkcje histydyny
  • Metabolizm histydyny
  • Biosynteza histydyny obejmuje intermediat w biosyntezie nukleotydów
  • Hidaya Aliouche
  • Cytaty

  Struktura histydyny

  Histydyna jest aminokwasem, który można uzyskać poprzez hydrolizę białek. Bogatym źródłem histydyny jest hemoglobina, która zawiera jej 8,5%. Organizm ludzki nie jest w stanie syntetyzować tego aminokwasu, dlatego musi być on pozyskiwany drogą pokarmową.

  Rysunek 1 Stany protonacyjne histydyny. (A) Forma protonowana (kation), działa jako ogólny kwas (B) Forma neutralna, działa jako nukleofil (C) Forma zdeprotonowana (anion) działa jako ogólna zasada.

  Łatwo jonizuje się w fizjologicznym zakresie pH organizmu; to sprawia, że histydyna jest częstym uczestnikiem reakcji katalizowanych enzymatycznie, ponieważ forma protonowana może służyć jako ogólny kwas, podczas gdy forma zdeprotonowana może służyć jako ogólna zasada (patrz rysunek 1).

  Funkcje histydyny

  Oprócz właściwości biochemicznych, histydyna pełni wiele funkcji ogólnoustrojowych w organizmie:

  • Wspomaga pamięć i funkcje poznawcze.
  • Prekursor histaminy, lokalnego mediatora reakcji alergicznych. Histamina jest wazoaktywna – zwiększa średnicę naczyń krwionośnych w celu poprawy przepływu krwi.
  • Usuwa nadmiar metali ciężkich i chroni przed promieniowaniem.
  • Wspomaga trawienie poprzez stymulację produkcji soku żołądkowego w żołądku.
  • Zwiększa skuteczność leków przeciwnowotworowych.

  Metabolizm histydyny

  Wszystkie aminokwasy, w tym histydyna, mogą być wykorzystywane do celów produkcji energii metabolicznej. W tym procesie aminokwasy są rozkładane do CO2 i H2O; stanowi to zwykle 10-15% energii metabolicznej wytwarzanej przez zwierzęta.

  Alternatywnie, mogą one być wykorzystywane do glukoneogenezy. Jest to szlak metaboliczny, który wytwarza glukozę ze związków niewęglowodanowych.

  Aminokwasy ulegają w tym celu degradacji, w wyniku której utrata funkcjonalnej grupy aminowej (NH2) prowadzi do powstania różnych produktów zwanych alfa-ketokwasami; w sumie jest ich 7.

  Alfa-ketokwasy są powszechnymi produktami pośrednimi metabolizmu i można je podzielić na kategorie w zależności od punktu, w którym wchodzą w cykl metaboliczny:

  • Alfa-ketokwasy glukoneogenne (łącznie 5) to te, które wchodzą w cykl kwasu cytrynowego i funkcjonują jako prekursory glukoneogenezy. Aminokwasy, które dają te są następnie określane jako glukoneogenne.
  • Ketogenne alfa-ketokwasy (2 w sumie) są te, które karmić do ciał ketonowych, kwasów tłuszczowych i produkcji izoprenoidów. Aminokwasy, które dają te są następnie określane jako ketogenne.

  Histydyna jest aminokwasem glukoneogennym. Jest degradowana przez przekształcenie do glutaminianu, a następnie utleniana do a-ketoglutaranu przez dehydrogenazę glutaminianową.

  Histydyna jest przekształcana do glutaminianu w 4-stopniowym procesie. Najpierw ulega deaminacji (proces, w którym usuwana jest grupa aminowa), a następnie uwodnieniu.

  Potem pentameryczna struktura pierścienia histydyny, zwana imidazolem, ulega rozszczepieniu, tworząc związek zwany N-formiminoglutaminianem.

  Grupa formiminowa jest następnie przenoszona na tetrahydrofolian (THF), tworząc a-ketokwas glutaminian i formiminotetrahydrofolian. Proces ten jest katalizowany przez enzym cyklodeaminazę formiminotransferazy glutaminianowej (FTCD). Etapy te zilustrowano na rysunku 2.

  Figura 2. Uproszczony schemat przedstawiający degradację histydyny do a-ketoglutaranu. Zauważmy, że histydyna jest deaminowana (utrata NH4), następnie hydratowana (dodanie H2O w 2 kolejnych krokach), a jej pierścień imidazolowy jest rozszczepiany do formiminoglutaminianu. Grupa formiminowa jest następnie przenoszona do THF, w celu wytworzenia glutaminianu i N5-formiminotetrahydrofolianu przez FTCD.

  THF jest ważny w komórkach, ponieważ funkcjonuje jako nośnik związków jednowęglowych (C1). Wiele reakcji komórkowych obejmuje dodanie jednostki C1 do prekursora metabolicznego.

  Biotyna i S-adenozylometionina są również nośnikami C1. THF jest jednak bardziej uniwersalny, ponieważ może przenosić węgiel w różnych stanach utlenienia – jest to właściwość, która pozwala na jego szerokie zastosowanie w procesach biochemicznych.

  Biosynteza histydyny obejmuje intermediat w biosyntezie nukleotydów

  Histydyna jest jednym z 9 niezbędnych aminokwasów. Aminokwasy niezbędne to takie, które nie mogą być syntetyzowane przez organizm, czyli de novo; ich szlaki syntetyczne występują tylko u mikroorganizmów i roślin. U tych gatunków histydyna jest syntetyzowana z rybozy cukrowej i nukleotydu adenozynotrójfosforanu. Proces, w którym to zachodzi, nazywa się biosyntezą.

  Pięć z 6 atomów C histydyny pochodzi z 5-fosforybozylo-alfa-pirofosforanu (PRPP), pośredniego fosfocukru, który jest również zaangażowany w biosyntezę nukleotydów purynowych i pirymidynowych. Szósty atom węgla histydyny pochodzi z ATP; pozostałe atomy w ATP są eliminowane jako kolejny pośrednik w biosyntezie puryn.

  Kondensacja ATP i PRPP daje phosphoribosyl-ATP. Obserwacja tego związku w biosyntezie histydyny ma daleko idące implikacje. To wspiera pogląd, że wczesne życie było pierwotnie RNA, a nie DNA based.

  Histydyna odgrywa ważną rolę w enzymach, gdzie działa jako nukleofil lub ogólnego kwasu lub zasady. RNA również posiada te podobne właściwości, co sugeruje, że histydyna odgrywa również rolę w enzymach RNA.

  W konsekwencji, szlaki biosyntezy histydyny mogą być pozostałością po przejściu w toku ewolucji do bardziej wydajnych, opartych na DNA, form życia opartych na białkach!

  Metabolizm histydyny jest dość złożony; znajduje się na styku wielu reakcji biosyntezy i metabolizmu w komórce. Ma głęboki wpływ na fizjologię człowieka – od poznania do reakcji alergicznych. Jako niezbędny aminokwas, ważne jest, aby ludzie czerpali histydynę ze swojej diety.Coupling Reaction

Cytaty

.