Histidinmetabolism

Histidin är en aminosyra som härstammar från proteinhaltiga mjölk- och köttbaserade produkter. Som en av 20 aminosyror spelar den en viktig roll i kroppen. I den här artikeln undersöks histidinmetabolismen och vilka konsekvenser detta har för vår hälsa.

Bildkredit: Raimundo79 /

Histidinstruktur

Histidin är en aminosyra som kan erhållas genom hydrolys av proteiner. En riklig källa till histidin är hemoglobin, som innehåller 8,5 %. Människokroppen kan inte syntetisera denna aminosyra, så den måste fås via kosten.

Den joniseras lätt inom kroppens fysiologiska pH-område; detta gör histidin till en frekvent deltagare i enzymkatalytiserade reaktioner, eftersom den protonerade formen kan fungera som en allmän syra, medan den deprotonerade formen kan fungera som en allmän bas (se figur 1).

Den basiska kväveatomen i histidin kan dessutom fungera som givare av elektronpar och därför lätt delta i kemiska reaktioner genom att bilda bindningar med elektronfattiga atomer.

Histidinfunktion

Bortsett från sina biokemiska egenskaper har histidin många systemiska funktioner i kroppen:

• Hjälper minnet och den kognitiva funktionen.
• Precursor till histamin, den lokala mediatorn för allergiska reaktioner. Histamin är vasoaktivt – det ökar blodkärlens diameter för att förbättra blodflödet.
• Förflyttar överflödiga tungmetaller och skyddar mot strålning.
• Förbättrar matsmältningen genom att stimulera produktionen av magsaft i magen.
• Ökar effekten av cancerläkemedel.

Histidinmetabolism

Alla aminosyror, inklusive histidin, kan utnyttjas för metabolisk energiproduktion. I denna process bryts aminosyror ner till CO2 och H2O; detta står vanligtvis för 10-15 % av den metaboliska energi som genereras av djur.

Alternativt kan de användas för glukoneogenes. Detta är den metaboliska väg som genererar glukos från icke-kolhydratföreningar.

För att uppnå detta genomgår aminosyror en nedbrytning där förlusten av deras funktionella aminogrupp (NH2) ger olika produkter som kallas alfa-ketosyror; det finns totalt 7 av dessa.

Alpha-ketosyror är vanliga metaboliska intermediärer och de kan kategoriseras enligt den punkt där de går in i den metaboliska cykeln:

• Glukoneogena alfa-ketosyror (totalt 5 stycken) är de som matas in i citronsyracykeln och fungerar som prekursorer för glukoneogenesen. De aminosyror som ger upphov till dessa kallas därefter glukoneogena.
• Ketogena alfaketosyror (totalt 2) är sådana som ger upphov till produktion av ketonkroppar, fettsyror och isoprenoider. De aminosyror som ger dessa kallas därefter ketogena.

Histidin är en glukoneogen aminosyra. Den bryts ned genom omvandling till glutamat och oxideras sedan till a-ketoglutarat av glutamatdehydrogenas.

Histidin omvandlas till glutamat i en process i fyra steg. Det desamineras först (den process genom vilken aminogruppen avlägsnas) och hydreras sedan.

Efter detta klyvs histidinets pentameriska ringstruktur, kallad imidazol, för att bilda en förening som kallas N-formiminoglutamat.

Formiminoglutamatgruppen överförs sedan till tetrahydrofolat (THF), vilket bildar a-ketosyran glutamat och formiminotetrahydrofolat. Detta katalyseras av enzymet glutamatformiminotransferas cyklodeaminas (FTCD). Dessa steg illustreras i figur 2.

Figur 2. Ett förenklat schema som visar nedbrytningen av histidin till a-ketoglutarat. Observera att histidin desamineras (förlust av NH4), därefter hydreras det (tillsats av H2O i två på varandra följande steg) och dess imidazolring klyvs för att bilda formiminoglutamat. Formiminogruppen överförs sedan till THF för att producera glutamat och N5-formiminotetrahydrofolat genom FTCD.

THF är viktigt i cellerna eftersom det fungerar som en bärare av ett-kolföreningar (C1). Många cellreaktioner innebär att en C1-enhet läggs till en metabolisk prekursor.

Biotin och S-adenosylmethionin är också C1-bärare. THF är dock mer mångsidigt eftersom det kan överföra kolet i olika oxidationstillstånd – en egenskap som gör att det kan användas i stor utsträckning i biokemiska processer.

Histidinbiosyntesen omfattar en intermediär i nukleotidbiosyntesen

Histidin är en av 9 essentiella aminosyror. Essentiella aminosyror är de aminosyror som inte kan syntetiseras av organismen, eller de novo; deras syntetiska vägar finns endast i mikroorganismer och växter. I dessa arter syntetiseras histidin från sockret ribose och nukleoiden adenosintrifosfat. Den process genom vilken detta sker kallas biosyntes.

Fem av histidinets 6 C-atomer härstammar från 5-fosforibosyl- alfa-pyrofosfat (PRPP), en fosfosockerintermediär som också är inblandad i biosyntesen av purin- och pyrimidinnukleotider. Histidinets sjätte kolatom har sitt ursprung i ATP; de återstående atomerna i ATP elimineras som en annan intermediär i purinbiosyntesen.

Kondensation av ATP och PRPP ger fosforibosyl-ATP. Observationen av denna förening i histidinbiosyntesen har långtgående konsekvenser. Den stöder uppfattningen att det tidiga livet ursprungligen var RNA-, snarare än DNA-baserat.

Histidin spelar en viktig roll i enzymer där det fungerar som nukleofil eller en allmän syra eller bas. RNA har också dessa liknande egenskaper, vilket tyder på att histidin också spelar en roll i RNA-enzymer.

Följaktligen kan histidinbiosyntetiska vägar vara resterna av övergången genom hela evolutionen till effektivare, DNA-kodade, proteinbaserade livsformer!

Histidinmetabolismen är ganska komplex; den befinner sig i gränssnittet mellan många biosyntetiska och metaboliska reaktioner i cellen. Den har djupgående effekter på människans fysiologi – från kognition till allergiska reaktioner. Som essentiell aminosyra är det viktigt att människor får histidin från sin kost.

Fortsatt läsning

• Allt innehåll om biokemi
• En introduktion till enzymkinetik
• Chiralitet i biokemi
• L- och D-isomerer
• Suzuki-Miyaura Cross-Coupling Reaction

Citat