Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
l -Гистидин
L-гистидин физиологический.svg
Гистидин-из-xtal-3D-bs-17.png
Гистидин-из-xtal-3D-sf.png
Имена
Название ИЮПАК
Гистидин
Другие имена
2-амино-3- (1 H- имидазол-4-ил) пропановая кислота
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard100.000.678 Отредактируйте это в Викиданных
КЕГГ
UNII
Характеристики
C 6 H 9 N 3 O 2
Молярная масса155,157  г · моль -1
4,19 г / 100 г при 25 ° C [1]
Опасности
Паспорт безопасностиСм .: страницу данных
NFPA 704 (огненный алмаз)
Flammability code 1: Must be pre-heated before ignition can occur. Flash point over 93 °C (200 °F). E.g. canola oilHealth code 1: Exposure would cause irritation but only minor residual injury. E.g. turpentineReactivity code 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g. liquid nitrogenSpecial hazards (white): no codeNFPA 704 четырехцветный алмаз
1
1
0
Страница дополнительных данных
Структура и свойства
Показатель преломления ( n ),
диэлектрическая проницаемость (ε r ) и т. Д.
Термодинамические
данные
Фазовое поведение
твердое тело – жидкость – газ
Спектральные данные
УФ , ИК , ЯМР , МС
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Гистидин (символ His или H ) [2] представляет собой α-аминокислоту, которая используется в биосинтезе белков . Он содержит α-аминогруппу (которая находится в протонированной форме –NH 3 + в биологических условиях ), группу карбоновой кислоты (которая находится в депротонированной форме –COO - в биологических условиях) и боковую цепь имидазола (которая является частично протонирован), классифицируя его как положительно заряженную аминокислоту при физиологическом pH . Первоначально считалось необходимымтолько для младенцев, в долгосрочных исследованиях было показано, что он необходим и для взрослых. [3] Он кодируется с помощью кодонов Кау и CAC.

Гистидин был впервые выделен немецким врачом Коссель и Свен Густафом Гедина в 1896. [4] Это также является предшественником к гистамину , жизненно важный противовоспалительный агент в иммунных ответах. Ацильный радикал представляет собой гистидил .

Свойства боковой цепи имидазола [ править ]

Конъюгированная кислота (протонированная форма) боковой цепи имидазола в гистидине имеет p K a приблизительно 6,0. Таким образом, при pH ниже 6 имидазольное кольцо в основном протонировано (как описано уравнением Хендерсона-Хассельбаха ). Образовавшееся имидазолиевое кольцо несет две связи NH и имеет положительный заряд. Положительный заряд равномерно распределяется между обоими атомами азота и может быть представлен двумя одинаково важными резонансными структурами . При pH выше 6 теряется один из двух протонов. Оставшийся протон имидазольного кольца может находиться на любом азоте, давая начало так называемым таутомерам N1-H или N3-H.. Таутомер N3-H, показанный на рисунке выше, протонирован на атоме азота №3, дальше от основной цепи аминокислоты, несущей амино- и карбоксильные группы, тогда как таутомер N1-H протонирован на азоте ближе к основной цепи. Имидазол / имидазолиевое кольцо гистидина является ароматическим при всех значениях pH. [5]

Кислотно-основные свойства боковой цепи имидазола имеют отношение к каталитическому механизму многих ферментов . [6] В каталитических триадах основной азот гистидина отрывает протон от серина , треонина или цистеина, чтобы активировать его как нуклеофил . В протонном челноке гистидина гистидин используется для быстрого перемещения протонов. Он может сделать это, отвлекая протон с его основным азотом, чтобы получить положительно заряженный промежуточный продукт, а затем использовать другую молекулу, буфер, для извлечения протона из его кислого азота. В углекислых ангидразахгистидиновый протонный челнок используется для быстрого перемещения протонов от молекулы воды, связанной с цинком , для быстрой регенерации активной формы фермента. В спиралях E и F гемоглобина гистидин влияет на связывание дикислорода, а также оксида углерода . Это взаимодействие увеличивает сродство Fe (II) к O2, но дестабилизирует связывание CO, который связывается только в 200 раз сильнее в гемоглобине, по сравнению с 20 000 раз сильнее в свободном геме .

Таутомерия и кислотно-основные свойства боковой цепи имидазола охарактеризованы с помощью 15 N ЯМР-спектроскопии. Два химических сдвига 14N аналогичны (около 200 ppm по отношению к азотной кислоте по сигма-шкале, на которой повышенное экранирование соответствует увеличенному химическому сдвигу ). Спектральные измерения ЯМР показывают, что химический сдвиг N1-H немного падает, тогда как химический сдвиг N3-H значительно падает (примерно 190 против 145 ppm). Это изменение указывает на то, что таутомер N1-H является предпочтительным, возможно, из-за водородной связи с соседним аммонием . Экранирование на N3 существенно снижается из-за парамагнитных свойств второго порядка.Эффект, который включает разрешенное симметрией взаимодействие между неподеленной парой азота и возбужденными π * -состояниями ароматического кольца . При pH> 9 химические сдвиги N1 и N3 составляют примерно 185 и 170 ppm. [7]

Лиганд [ править ]

Гемовая группа сукцинатдегидрогеназы , связанная с гистидином , переносчик электронов в митохондриальной цепи переноса электрона . Большая полупрозрачная сфера указывает местонахождение иона железа . Из PDB : 1YQ3 .
Сайт tricopper найден во многих лакказах, обратите внимание , что каждый медь центр связан с имидазолом боковых цепей гистидина (код цвета: медь коричневая, азот , синий).

Гистидин образует комплексы со многими ионами металлов. Боковая цепь имидазола остатка гистидина обычно служит лигандом в металлопротеинах . Одним из примеров является осевое основание, прикрепленное к Fe в миоглобине и гемоглобине. Полигистидиновые метки (из шести или более последовательных H-остатков) используются для очистки белка путем связывания с колонками с никелем или кобальтом с микромолярным сродством. [8] Природные полипептиды поли-гистидина, обнаруженные в яде гадюки Atheris squamigera , связывают Zn (2+), Ni (2+) и Cu (2+) и влияют на функцию металлопротеаз яда. [9] Кроме того, богатые гистидином регионы низкой сложностисодержатся в связывающих металлы и особенно никель-кобальтсвязывающих белках. [10]

Метаболизм [ править ]

Биосинтез [ править ]

Путь биосинтеза гистидина Восемь различных ферментов могут катализировать десять реакций. На этом изображении His4 катализирует четыре различные реакции в пути.

1- Гистидин - незаменимая аминокислота, которая не синтезируется de novo в организме человека. [11] Люди и другие животные должны принимать гистидин или гистидинсодержащие белки. Биосинтез гистидина широко изучался на прокариотах, таких как кишечная палочка . Синтез гистидина в E. coli включает восемь генных продуктов (His1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8) и происходит в десять этапов. Это возможно, потому что продукт одного гена способен катализировать более одной реакции. Например, как показано на пути, His4 катализирует 4 различных этапа пути. [12]

Гистидин синтезируется из фосфорибозил пирофосфата (PRPP), который сделан из рибоза-5-фосфата с помощью рибоза-фосфат diphosphokinase в пентозофосфатный . Первая реакция биосинтеза гистидина - это конденсация PRPP и аденозинтрифосфата (АТФ) ферментом АТФ-фосфорибозилтрансферазой . АТФ-фосфорибозилтрансфераза обозначена His1 на изображении. [12]Затем продукт гена His4 гидролизует продукт конденсации, фосфорибозил-АТФ, с образованием фосфорибозил-АМФ (PRAMP), что является необратимым этапом. His4 затем катализирует образование фосфорибозилформино-AICAR-фосфата, который затем превращается в фосфорибулозилформино-AICAR-P продуктом гена His6. [13] His7 расщепляет фосфорибулозилформино-AICAR-P с образованием d- эритроимидазол-глицеринфосфата. После этого His3 образует имидазол-ацетол-фосфат с выделением воды. His5 затем производит l- гистидинол-фосфат, который затем гидролизуется His2 с образованием гистидинола . His4 катализирует окисление l- гистидинола с образованием l-гистидинал, аминоальдегид. На последнем этапе l- гистидинал превращается в l- гистидин. [13] [14]

Так же, как животные и микроорганизмы, растениям нужен гистидин для роста и развития. [6] Микроорганизмы и растения похожи в том, что они могут синтезировать гистидин. [15] Оба синтезируют гистидин из промежуточного биохимического фосфорибозилпирофосфата. В целом биосинтез гистидина у растений и микроорганизмов очень похож. [16]

Регуляция биосинтеза [ править ]

Этот путь требует энергии для того, чтобы происходить, поэтому присутствие АТФ активирует первый фермент пути, АТФ-фосфорибозилтрансферазу (обозначенный как His1 на изображении справа). АТФ-фосфорибозилтрансфераза - это фермент, определяющий скорость, который регулируется посредством ингибирования обратной связи, что означает, что он ингибируется в присутствии продукта, гистидина. [17]

Деградация [ править ]

Гистидин - одна из аминокислот, которая может превращаться в промежуточные продукты цикла трикарбоновых кислот (ТСА). [18] Гистидин, наряду с другими аминокислотами, такими как пролин и аргинин, принимает участие в дезаминировании, процессе, в котором его аминогруппа удаляется. У прокариот гистидин сначала превращается в уроканат под действием гистидазы. Затем уроканаза превращает уроканат в 4-имидазолон-5-пропионат. Имидазолонепропионаза катализирует реакцию с образованием форминоглутамата (FIGLU) из 4-имидазолон-5-пропионата. [19] Форминогруппа переходит в тетрагидрофолат , а оставшиеся пять атомов углерода образуют глутамат. [18]В целом эти реакции приводят к образованию глутамата и аммиака. [20] Затем глутамат может быть дезаминирован глутаматдегидрогеназой или трансаминирован с образованием α-кетоглутарата. [18]

Превращение в другие биологически активные амины [ править ]

  • Аминокислота гистидин является предшественником гистамина , амина, вырабатываемого в организме, необходимого для воспаления. [21]
  • Фермент гистидин-аммиак-лиаза превращает гистидин в аммиак и урокановую кислоту . Дефицит этого фермента присутствует при редком метаболическом нарушении гистидинемии , вызывая урокановую ацидурию как ключевой диагностический результат.
  • Гистидин может быть преобразован в 3-метилгистидин , который служит биомаркером повреждения скелетных мышц, с помощью определенных ферментов метилтрансферазы . [22]
  • Гистидин также является предшественником биосинтеза карнозина , который представляет собой дипептид, обнаруженный в скелетных мышцах. [23]
  • У актинобактерий и мицелиальных грибов, таких как Neurospora crassa , гистидин может превращаться в антиоксидант эрготионеин . [24]
Превращение гистидина в гистамин под действием гистидиндекарбоксилазы

Требования [ править ]

Совет по пищевым продуктам и питанию (FNB) Института медицины США установил рекомендуемые диетические нормы (RDA) для незаменимых аминокислот в 2002 году. Для гистидина для взрослых от 19 лет и старше - 14 мг / кг массы тела / день. [25]

См. Также [ править ]

  • Карнозинемия
  • Бета-аланин
  • Дифтамид
  • Поли реакция

Ссылки [ править ]

  1. ^ http://prowl.rockefeller.edu/aainfo/solub.htm [ требуется полная ссылка ]
  2. ^ «Номенклатура и символика аминокислот и пептидов» . Совместная комиссия IUPAC-IUB по биохимической номенклатуре. 1983. Архивировано из оригинала 9 октября 2008 года . Проверено 5 марта 2018 .
  3. ^ Kopple, JD; Swendseid, ME (1975). «Доказательства того, что гистидин является незаменимой аминокислотой у нормального и хронического уремического человека» . Журнал клинических исследований . 55 (5): 881–91. DOI : 10.1172 / JCI108016 . PMC 301830 . PMID 1123426 .  
  4. ^ Викери, Хьюберт Брэдфорд; Ливенворт, Чарльз С. (1928-08-01). «О разделении гистидина и аргинина» (PDF) . Журнал биологической химии . 78 (3): 627–635. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 83967-9 . ISSN 0021-9258 .  
  5. ^ Мрозек, Агнешка; Каролак-Войцеховская, Янина; Кец-Кононович, Катажина (2003). «Пятичленные гетероциклы. Часть III. Ароматичность 1,3-имидазола в 5 + n гетеробициклических молекулах». Журнал молекулярной структуры . 655 (3): 397–403. Bibcode : 2003JMoSt.655..397M . DOI : 10.1016 / S0022-2860 (03) 00282-5 .
  6. ^ a b Ингл, Роберт А. (2011). «Биосинтез гистидина» . Книга арабидопсиса . 9 : e0141. DOI : 10,1199 / tab.0141 . PMC 3266711 . PMID 22303266 .  
  7. ^ Робертс, Джон Д. (2000). Азбука FT-ЯМР . Саусалито, Калифорния: Университетские научные книги. С. 258–9. ISBN 978-1-891389-18-4.
  8. ^ Bornhorst, JA; Фальке, Дж. Дж. (2000). «Очистка белков с использованием полигистидиновых аффинных меток» . Методы в энзимологии . 326 : 245–254. DOI : 10.1016 / s0076-6879 (00) 26058-8 . ISSN 0076-6879 . PMC 2909483 . PMID 11036646 .   
  9. ^ Уотли, Джоанна; Симоновский, Эяль; Барбоса, Нуно; Spodzieja, Marta; Wieczorek, Роберт; Родзевич-Мотовидло, Сильвия; Миллер, Йифат; Козловский, Хенрик (2015-08-17). «Пептидный фрагмент африканской гадюки Poly-His Tag эффективно связывает ионы металлов и складывается в α-спиральную структуру» . Неорганическая химия . 54 (16): 7692–7702. DOI : 10.1021 / acs.inorgchem.5b01029 . ISSN 1520-510X . PMID 26214303 .  
  10. ^ Нтунтуми, Криса; Властаридис, Панайотис; Мосиалос, Димитрис; Статопулос, Константинос; Илиопулос, Иоаннис; Промпонас, Василиос; Оливер, Стивен Дж. Амуциас, Григорис Д. (04.11.2019). «Области низкой сложности в белках прокариот выполняют важные функциональные роли и являются высококонсервативными» . Исследования нуклеиновых кислот . 47 (19): 9998–10009. DOI : 10.1093 / NAR / gkz730 . ISSN 0305-1048 . PMC 6821194 . PMID 31504783 .   
  11. ^ Карта биохимических путей Рош Карта биохимических путей Рош
  12. ^ а б Алифано, П; Fani, R; Liò, P; Ласкано, А; Bazzicalupo, M; Carlomagno, MS; Бруни, CB (1996-03-01). «Путь и гены биосинтеза гистидина: структура, регуляция и эволюция» . Микробиологические обзоры . 60 (1): 44–69. DOI : 10.1128 / MMBR.60.1.44-69.1996 . ISSN 0146-0749 . PMC 239417 . PMID 8852895 .   
  13. ^ a b Кулис-Хорн, Роберт К; Персике, Маркус; Калиновски, Йорн (01.01.2014). «Биосинтез гистидина, его регуляция и биотехнологическое применение у Corynebacterium glutamicum» . Микробная биотехнология . 7 (1): 5–25. DOI : 10.1111 / 1751-7915.12055 . ISSN 1751-7915 . PMC 3896937 . PMID 23617600 .   
  14. ^ Адамс, Э. (1955-11-01). «L-гистидинал, биосинтетический предшественник гистидина» . Журнал биологической химии . 217 (1): 325–344. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (19) 57184-8 . ISSN 0021-9258 . PMID 13271397 .  
  15. ^ "Понимание генетики" . genetics.thetech.org . Проверено 19 мая 2016 .
  16. ^ Степанский, А .; Леустек, Т. (01.03.2006). «Биосинтез гистидина в растениях». Аминокислоты . 30 (2): 127–142. DOI : 10.1007 / s00726-005-0247-0 . ISSN 0939-4451 . PMID 16547652 . S2CID 23733445 .   
  17. ^ Cheng, Yongsong; Чжоу Юньцзяо; Ян, Лэй; Чжан, Чэнлинь; Сюй, Цинъян; Се, Сисянь; Чен, Нин (01.05.2013). «Модификация генов пути биосинтеза гистидина и влияние на продукцию L-гистидина в Corynebacterium glutamicum». Письма о биотехнологии . 35 (5): 735–741. DOI : 10.1007 / s10529-013-1138-1 . ISSN 1573-6776 . PMID 23355034 . S2CID 18380727 .   
  18. ^ a b c Серия обзоров Правления (BRS) - Биохимия, молекулярная биология и генетика (пятое издание): Swanson, Kim, Glucksman
  19. ^ Кут, JG; Хассалл, Х. (1973-03-01). «Разложение L-гистидина, имидазолил-1-лактата и имидазолилпропионата Pseudomonas testosteroni» . Биохимический журнал . 132 (3): 409–422. DOI : 10.1042 / bj1320409 . ISSN 0264-6021 . PMC 1177604 . PMID 4146796 .   
  20. ^ Mehler, AH; Табор, Х. (1953-04-01). «Дезаминирование гистидина с образованием урокановой кислоты в печени» . Журнал биологической химии . 201 (2): 775–784. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 66234-9 . ISSN 0021-9258 . PMID 13061415 .  
  21. ^ Андерсен, Hjalte H .; Эльберлинг, Джеспер; Арендт-Нильсен, Ларс (01.09.2015). «Суррогатные модели человека гистаминергического и негистаминергического зуда» (PDF) . Acta Dermato-Venereologica . 95 (7): 771–777. DOI : 10.2340 / 00015555-2146 . ISSN 1651-2057 . PMID 26015312 .   
  22. ^ «3-Метилгистидин» . HMDB версии 4.0 . База данных человеческого метаболома. 20 декабря 2017 . Проверено 25 декабря 2017 года .
  23. ^ Derave, Wim; Эвераерт, Инге; Бикман, Сэм; Баге, Одри (2010-03-01). «Метаболизм карнозина в мышцах и добавление бета-аланина в связи с упражнениями и тренировками» . Спортивная медицина . 40 (3): 247–263. DOI : 10.2165 / 11530310-000000000-00000 . hdl : 1854 / LU-897781 . ISSN 1179-2035 . PMID 20199122 . S2CID 7661250 .   
  24. Перейти ↑ Fahey, Robert C. (2001). «Новелтиолы прокариот». Ежегодный обзор микробиологии . 55 : 333–56. DOI : 10.1146 / annurev.micro.55.1.333 . PMID 11544359 . 
  25. ^ Институт медицины (2002). «Белок и аминокислоты» . Нормы потребления энергии, углеводов, клетчатки, жиров, жирных кислот, холестерина, белков и аминокислот с пищей . Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press. С. 589–768.

Внешние ссылки [ править ]

  • Гистидин MS Spectrum