ГІСТИДИН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦІЇ, ПРОДУКТИ ХАРЧУВАННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Гістидин (His, H) являє собою амінокислоту , яка використовується для синтезу білка. Це гідрофільна молекула, тому вона, як правило, орієнтована назовні білкових структур, коли вони знаходяться в рідкому середовищі.

Вважається незамінною амінокислотою для зростаючих дітей, оскільки вони не виробляють її. У дорослих є невелике вироблення гістидину, але воно недостатнє для забезпечення добових потреб, саме тому він вважається напівнеобхідною амінокислотою.

Хімічна структура амінокислоти гістидин (Джерело: Борб, через Wikimedia Commons)

Для тварин і людини гістидин є важливою або, принаймні, напівнесенціальною амінокислотою, однак рослини, гриби та мікроорганізми ефективно виробляють необхідний їм гістидин і є частиною харчових джерел гістидину, крім білків. тварин.

Гістидин виконує в людини дуже важливі фізіологічні функції, такі як: будучи частиною активних центрів багатьох ферментів, беручи участь у зростанні, імунній системі та утворенні мієліну в нервових волокнах, серед інших.

Біосинтез гістидину - це складний процес, який відбувається переважно в печінці і вимагає від 9 до 11 ферментативних етапів. Його деградація відбувається в печінці та шкірі і проходить через утворення глутамату, то слідуючи різними шляхами.

Багато продуктів, багатих гістидином, такі як тваринні білки, такі як м'ясо та молочні продукти, а також рослинні білки. Вони забезпечують значну частину щоденних потреб у гістидині, необхідних нашому організму для належного функціонування.

Дефіцит або надлишок гістидину, спричинений спадковими метаболічними або транспортними проблемами, або порушенням дієти в споживанні, пов'язані з деякими важливими проблемами зі здоров’ям як у дітей, так і у дорослих. Достатнє споживання гістидину дозволяє підтримувати здорове та здорове життя у більшості випадків.

характеристики

Вражаюча особливість гістидину полягає в тому, що він може перетворюватися на гістамін, речовину, яка бере активну участь у багатьох алергічних та запальних реакціях.

У рибах, що потрапляють у навколишнє середовище без достатнього охолодження, бактерії можуть перетворювати гістидин у гістамін, і саме тому при попаданні всередину вони викликають харчові отруєння.

Ще одна характеристика цієї амінокислоти полягає в тому, що вона є однією з небагатьох серед 22 існуючих, яка іонізує у фізіологічному діапазоні рН (близько 7,4), а отже, може брати активну участь у каталітичному сайті багатьох ферментів.

У молекулі гемоглобіну проксимальний гістидин є одним із лігандів групи гема. Іншими словами, ця амінокислота бере участь у функції транспортування кисню гемоглобіну і є важливою для синтезу цього білка, а також міоглобіну, який також відомий як "м'язовий гемоглобін".

Будова

Гістидин - це основна полярна гідрофільна амінокислота , класифікована в складі незамінних амінокислот, оскільки вона не може синтезуватися тваринами. Однак, як уже згадувалося раніше, він синтезується бактеріями, грибами та рослинами.

У дорослих дітей гістидин абсолютно необхідний; доросла людина може синтезувати це, але незрозуміло, чи відповідає це добовій потребі в гістидині, тому його необхідно приймати разом з дієтою.

Як і всі амінокислоти, гістидин має α-вуглець, до якого приєднана аміногрупа, карбоксильна група, атом водню та бічний ланцюг.

Бічний ланцюг цієї амінокислоти утворений імідазольним кільцем, яке при фізіологічному рН протонатується і набуває позитивного заряду і називається "імідазолієм" скорочено ImH +.

Разом з лізином та аргініном гістидин утворює групу основних амінокислот. З трьох гістидин є найменш основним, і його імідазольне кільце може депротонувати при рН, близьких до 6.

Оскільки при фізіологічному рН гістидин може обмінюватися на протони, він, як правило, бере участь у ферментативному каталізі, що передбачає перенесення протонів. Крім того, оскільки це полярна амінокислота, вона зазвичай знаходиться на зовнішній поверхні білків, де вона може гідратируватися у водному середовищі.

Особливості

У складі активного сайту ферментів

Гістидин необхідний для синтезу багатьох білків, особливо ферментів, активні центри яких мають у своїй структурі цю амінокислоту. Він є частиною активного центру альдолаз у ссавців, де він функціонує як донор протонів.

Він виявляється в активному центрі карбоксипептидази А, ферменту підшлункової залози, який має активну ділянку, що складається з Zn та гістидину. У фосфогліцератній мутазі гліколітичного ферменту є два активних залишку гістидину, які діють як акцептори або донори фосфорильних груп.

Він також знаходиться в активному центрі ферментів, таких як 3-фосфатдегідрогеназа гліцеральдегіду, лактатдегідрогеназа, папаїн, хімотрипсин, РНКаза А та ліаз аміаку гістидину (гістидаза). Крім того, це аллостеричний інгібітор ферменту глутамін синтетаза.

Інші функції

Ця амінокислота має велике значення для організму, оскільки її декарбоксилювання гістидином декарбоксилазою виробляє гістамін, потужний судинорозширювальний засіб, пов'язаний із запальними та алергічними реакціями, присутній у кишечнику та гранулах клітин мононуклеарної фагоцитарної системи.

Гістидин виробляється нейронами центральної нервової системи з нейромодулюючими функціями.

Він необхідний для утворення мієлінових оболонок нервових волокон, тому він відіграє важливу роль у передачі в них електричних імпульсів.

Поряд з гормоном росту та іншими амінокислотами гістидин сприяє механізму відновлення тканин, головним чином у серцево-судинній системі.

Деякі додаткові функції включають:

- Сприяє детоксикації деяких важких металів, оскільки він діє як хелатор.

- Захищає від радіаційних пошкоджень.

- Бере участь у формуванні еритроцитів.

- Це необхідно для утворення гемоглобіну.

- допомагає боротися з деякими негативними наслідками ревматоїдного артриту, такими як запалення та відсутність рухливості.

- Це важлива амінокислота для відновлення волосся, росту та статевих функцій.

Карнозин, ансерин та гомокарнозин - це дипептиди, утворені з гістидину. Перші два знаходяться в м’язах і виконують важливі функції як буфери і як збудники міозинової АТФази.

Гомокарнозин виробляється в мозку в кількості в 100 разів більше, ніж карнозин в скелетних м’язах.

Біосинтез

Гістидин отримує свій карбоновий скелет з 5-фосфату рибози. У бактеріях E. Coli ця амінокислота виробляється з цієї сполуки через 11 ферментативних стадій:

1. Перший етап синтезу полягає в перенесенні фосфорибозилу з АТФ до вуглецю 1 рибози 5-фосфатом, генеруючи 5-фосфорибозил-1-пірофосфат (PRPP). Фермент фосфорибозилпірофосфат синтетаза (PRPP синтетаза) каталізує цю реакцію.
2. Потім відбувається перенесення пірофосфатної групи з вуглецю 1 в N-1 АТФ, і утворюється N1- (5'-фосфорибозил) -АТФ. Ферментом, який каталізує цю реакцію, є фосфорибосілтрансфераза АТФ.
3. Під дією фосфорибозил-АТФ-пірофосфат гідроксилази зв'язується α, β-пірофосфатна зв'язок АТФ і утворюється N1- (5'-фосфорибозил) -AMP.
4. Фермент фосфорибозил-AMP цикло гідроксилаза відкриває пуринове кільце між N-1 і C-6 і утворюється рибонуклеотид N1- (5'-фосфорибозилформаміно) -5-аміноімідазол-4-карбоксамід-1-рибонуклеотид.
5. Потім рибофуранозне кільце, що надходить з PRPP, відкривається і ізомеризується до кетози, утворюючи N1- (5'-фосфорибозилформаміно) -5-аміноімідазол-4-карбоксамід-1-рибонуклеотид під дією ферменту ізомерази.
6. Фермент амінотрансфераза переносить амідогрупу з глутаміну, який перетворюється на глутамат, і розриває формамімінозну зв'язок, тим самим вивільняючи 5-аміноімідазол-карбоксамід-1-рибонуклеотид і утворюючи фосфат імідазолу гліцерину.
7. Молекула води видаляється з фосфату імідазолу гліцерину за допомогою імідазолгліцерину фосфатдегідратази та утворюється амітозол ацетолфосфат.
8. До імідазолу ацетолфосфату аміногрупу переносять через гістидинол фосфат трансаміназу і утворюється гістидинолфосфат.
9. Групу ефірів фосфорного фосфату гістидинолу гідролізують з утворенням гістидинолу. Хістидинолфосфатфосфатаза каталізує цю реакцію.
10. Пізніше гістидинол окислюється гістидинолдегідрогеназою і утворюється гістидинол.
11. Сама гістидинолдегідрогеназа окислює гістидінал і перетворює його в гістидин.

Перший фермент біосинтетичного шляху гістидину інгібується продуктом шляху, тобто гістидин бере участь у аллостеричному гальмуванні фосфорибосілтрансферази АТФ, який являє собою основний регуляторний механізм шляху.

Деградація

Гістидин, пролін, глутамат, аргінін та глутамін - це амінокислоти, які при їх руйнуванні закінчуються утворенням α-кетоглутарату. Чотири з них спочатку перетворюються на глутамат, який шляхом трансамінації призводить до α-кетоглутарату.

Через гістидіназу гістидин втрачає α-аміногрупу, щоб перетворитися на уроканат. Потім уроканаза гідратує положення 1 і 4 уроканату, утворюючи 4-імідазолон-5-пропіонат. Згодом відбувається гідроліз іміногрупи 4-імідазолон-5-пропіонату, утворюючи N-формаміноглутамат.

Остання реакція передбачає перехід формалілу з N-формаміноглютамату в тетрагідрофолат, який працює з ферментом глутамат формімін трансфераза. Кінцевими продуктами цієї реакції є глутамат та N5-формаміно тетрагідрофолат.

Α-кетоглутарат утворюється при трансамінації глутамату. Α-Кетоглутарат є проміжною ланкою в циклі Кребса і також може ввести глюконеогенний шлях для утворення глюкози.

Аміногрупа глутамату потрапляє в цикл виробництва сечовини, щоб вивести її з сечею. Всі ці реакції відбуваються в печінці, а частина з них - у шкірі.

Продукти, багаті гістидином

Добова потреба гістидину становить приблизно від 10 до 11 мг на кг маси тіла на добу. У дітей, що ростуть, гістидин - це незамінна амінокислота, яка повинна надходити через дієту.

В інших тварин гістидин також є незамінною амінокислотою, і ті, які вирощуються в стайні, повинні отримувати гістидин для підтримки нормального рівня гемоглобіну.

Харчування, багате гістидином, включає:

- Яловичина, баранина, свинина, курка та індичка. Він також міститься в таких рибах, як тунець (навіть консервований), лосось, форель, сніп, морський окунь, а також деякі молюски.

- Молоко та його похідні, особливо у зрілих сирах, таких як Пармезан, Грюер, швейцарський сир та гуада, серед інших. У кремах, сироватці, йогурті та сметані.

- соя та сухофрукти, такі як волоські горіхи та насіння. У соняшнику, гарбузі, кавуні, кунжуті, мигдалі, фісташках, арахісовому маслі та насінні чіа.

- Яйця і квасоля або біла квасоля.

- цільнозернові зерна, такі як хіноа, пшениця, коричневий рис тощо.

Переваги його споживання

Існує ряд патологічних станів, при яких гістидин може бути корисним як доповнення до лікування.

Серед цих патологій можна назвати ревматоїдний артрит, артеріальну гіпертензію (оскільки описано гіпотензивну дію гістидину), при інфекціях, фригідності та статевій імпотенції, отруєнні важкими металами, токсичному синовіті, невриті, блюванні вагітності, серцево-судинних розладах слуху, виразки та анемії.

У шкірі при деградації спожитого гістидину утворюється уроканова кислота, яка здатна захищати шкіру шляхом поглинання ультрафіолетових променів.

Надмірне споживання гістидину здоровими людьми не призводить до значних змін, оскільки воно швидко руйнується. Однак використання дієтичних добавок гістидину слід обмежувати у пацієнтів із важкими проблемами з печінкою та / або нирками.

Розлади дефіциту

Дефіцит гістидину пов'язаний зі змінами імунної відповіді через зменшення вироблення гістаміну та лейкоцитів, накопичення вільних радикалів, а також пороків розвитку або карликовості у плодів.

Повідомлялося також про проблеми з кістками, глухоту та анемію, пов’язані з дефіцитом гістидину.

Хвороба Гартнапа - це спадковий стан, який впливає на транспортування гістидину та триптофану через слизову оболонку тонкої кишки та нирок, викликаючи дефіцит обох амінокислот.

Найбільш актуальні клінічні прояви - поява лускатих та червоних уражень на шкірі після впливу сонця, різного ступеня порушення руху та деяких симптомів психіатричних захворювань.

Гістидинемія - аутосомно-рецесивне захворювання, що характеризується дефіцитом ферменту гістидази, що викликає підвищення рівня гістидину в крові та сечі.

Як наслідок, ці пацієнти не можуть деградувати гістидин до уроканової кислоти в печінці та шкірі. Це захворювання супроводжується помірною розумовою відсталістю, вадами мовної та слухової пам’яті без глухоти.

Обмеження прийому гістидину в якості лікування не було ефективним для поліпшення клінічного поліпшення і несе ризик виникнення порушень росту у дітей, уражених цим захворюванням.

Список літератури

1. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Біохімія (3-е видання). Сан-Франциско, Каліфорнія: Пірсон.
2. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Ілюстрована біохімія Харпера (28 вид.). McGraw-Hill Medical.
3. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Принципи біохімії Ленінгера. Видання «Омега» (5-е видання). doi.org
4. Pencharz, P., Farri, L., & Papageorgiou, A. (1983). Вплив людського молока і низькобілкових формул на швидкість загального обороту білка в організмі та виділення 3-метилгістидину з сечею недоношених дітей. Клінічна наука, 64, 611–616.
5. Song, BC, Joo, N., Aldini, G., & Yeum, K. (2014). Біологічні функції гістидин-дипептидів та метаболічний синдром. Дослідження та практика харчування, 8 (1), 3–10.