stringtranslate.com

Гистидин

Гистидин (обозначение His или H ) [2] — незаменимая аминокислота , которая используется в биосинтезе белков . Он содержит α-аминогруппу (которая в биологических условиях находится в протонированной форме –NH 3 + ), группу карбоновой кислоты (которая в биологических условиях находится в депротонированной форме –COO – ) и имидазольную боковую цепь (которая частично протонирован), классифицируя его как положительно заряженную аминокислоту при физиологическом pH . Первоначально считалось, что он необходим только для младенцев, но теперь, как показали долгосрочные исследования, он необходим и для взрослых. [3] Он кодируется кодонами CAU и CAC .

Гистидин был впервые выделен Альбрехтом Косселем и Свеном Густавом Хедином в 1896 году. [ 4 ] Он также является предшественником гистамина , жизненно важного воспалительного агента в иммунных реакциях. Ацильный радикал – гистидил .

Свойства боковой цепи имидазола

Сопряженная кислота (протонированная форма) боковой цепи имидазола в гистидине имеет p K a примерно 6,0. Таким образом, при pH ниже 6 имидазольное кольцо в основном протонировано (как описано уравнением Хендерсона-Хассельбаха ). Образующееся имидазолиевое кольцо несет две связи NH и имеет положительный заряд. Положительный заряд одинаково распределен между обоими атомами азота и может быть представлен двумя одинаково важными резонансными структурами . Иногда для этой протонированной формы вместо обычного His используется символ Hip . [5] [6] [7] При pH выше 6 один из двух протонов теряется. Оставшийся протон имидазольного кольца может располагаться на любом азоте, образуя так называемые таутомеры N1-H или N3-H . Таутомер N3-H показан на рисунке выше. В таутомере N1-H NH находится ближе к основной цепи. Эти нейтральные таутомеры, также называемые Nδ и Nε, иногда обозначаются символами Hid и Hie соответственно. [5] [6] [7] Имидазольное/имидазолиевое кольцо гистидина является ароматическим при всех значениях pH. [8] При определенных условиях все три ионообразующие группы гистидина могут быть заряжены, образуя катион гистидиния. [9]

Кислотно-основные свойства боковой цепи имидазола имеют отношение к каталитическому механизму многих ферментов . [10] В каталитических триадах основной азот гистидина отрывает протон от серина , треонина или цистеина , чтобы активировать его как нуклеофила . В гистидиновом челноке протонов гистидин используется для быстрого переноса протонов. Он может сделать это, отделив протон от его основного азота, чтобы образовать положительно заряженный промежуточный продукт, а затем использовать другую молекулу, буфер, для извлечения протона из его кислого азота. В карбоангидразах гистидиновый протонный челнок используется для быстрого переноса 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 монооксида углерода . Это взаимодействие увеличивает сродство Fe(II) к O2, но дестабилизирует связывание CO, который связывается с гемоглобином лишь в 200 раз сильнее по сравнению с 20 000 раз сильнее со свободным геем .

Методом 15 N ЯМР-спектроскопии охарактеризованы таутомерия и кислотно-основные свойства боковой цепи имидазола . Два химических сдвига 15 N аналогичны (около 200 частей на миллион по отношению к азотной кислоте по сигма-шкале, где увеличение экранирования соответствует увеличению химического сдвига ). Спектральные измерения ЯМР показывают, что химический сдвиг N1-H падает незначительно, тогда как химический сдвиг N3-H падает значительно (около 190 против 145 м.д.). Это изменение указывает на то, что таутомер N1-H является предпочтительным, возможно, из-за водородных связей с соседним аммонием . Экранирование в N3 существенно снижается из-за парамагнитного эффекта второго порядка, который включает в себя разрешенное по симметрии взаимодействие между неподеленной парой азота и возбужденными π*-состояниями ароматического кольца . При pH > 9 химические сдвиги N1 и N3 составляют примерно 185 и 170 м.д. [11]

Лиганд

Связанная с гистидином гемовая группа сукцинатдегидрогеназы , переносчика электронов в митохондриальной цепи переноса электронов . Большая полупрозрачная сфера указывает местоположение иона железа . Из PDB : 1YQ3 ​.
Трикоппер-сайт обнаружен во многих лакказах . Обратите внимание, что каждый медный центр связан с имидазольными боковыми цепями гистидина (цветовой код: медь — коричневый, азот — синий).

Гистидин образует комплексы со многими ионами металлов. Боковая цепь имидазола остатка гистидина обычно служит лигандом в металлопротеинах . Одним из примеров является аксиальное основание, прикрепленное к Fe в миоглобине и гемоглобине. Полигистидиновые метки (из шести или более последовательных остатков H) используются для очистки белков путем связывания с колонками с никелем или кобальтом с микромолярным сродством. [12] Было показано , что природные полигистидиновые пептиды, обнаруженные в яде гадюки Atheris sqamigera , связывают Zn(2+), Ni(2+) и Cu(2+) и влияют на функцию металлопротеаз яда. [13]

Метаболизм

Биосинтез

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

L -Гистидин — незаменимая аминокислота, которая не синтезируется de novo в организме человека. [14] Люди и другие животные должны потреблять гистидин или гистидинсодержащие белки. Биосинтез гистидина широко изучен у прокариот, таких как E. coli . Синтез гистидина в E. coli включает восемь генных продуктов (His1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8) и происходит в десять стадий. Это возможно, поскольку продукт одного гена способен катализировать более чем одну реакцию. Например, как показано на пути, His4 катализирует 4 различных этапа пути. [15]

Гистидин синтезируется из фосфорибозилпирофосфата (PRPP), который образуется из рибозо-5-фосфата под действием рибозо-фосфатдифосфокиназы по пентозофосфатному пути . Первой реакцией биосинтеза гистидина является конденсация PRPP и аденозинтрифосфата (АТФ) под действием фермента АТФ-фосфорибозилтрансферазы . АТФ-фосфорибозилтрансфераза обозначена на изображении His1. [15] Продукт гена His4 затем гидролизует продукт конденсации фосфорибозил-АТФ с образованием фосфорибозил-АМФ (PRAMP), что является необратимым этапом. Затем His4 катализирует образование фосфорибозилформиминоAICAR-фосфата, который затем преобразуется в фосфорибулозилформимино-AICAR-P с помощью продукта гена His6. [16] His7 расщепляет фосфорибулозилформимино-AICAR-P с образованием d -эритроимидазол-глицерин-фосфата. После этого His3 образует имидазолацетолфосфат, высвобождая воду. Затем His5 образует l -гистидинол-фосфат, который затем гидролизуется His2 с образованием гистидинола. His4 катализирует окисление l -гистидинола с образованием l -гистидиналя, аминоальдегида. На последнем этапе l -гистидиналь преобразуется в l -гистидин. [16] [17]

Путь биосинтеза гистидина изучен у гриба Neurospora crassa и обнаружен ген ( His-3 ), кодирующий мультиферментный комплекс , сходный с геном His4 бактерии E. coli . [18] Генетическое исследование мутантов гистидина N. crassa показало, что отдельные активности мультиферментного комплекса происходят в дискретных, смежных участках генетической карты His-3 , что позволяет предположить, что различные активности мультиферментного комплекса кодируются отдельно друг от друга. . [18] Однако были также обнаружены мутанты, у которых отсутствовали все три активности одновременно, что позволяет предположить, что некоторые мутации вызывают потерю функции комплекса в целом.

Так же, как животные и микроорганизмы, растениям для роста и развития необходим гистидин. [10] Микроорганизмы и растения схожи в том, что они могут синтезировать гистидин. [19] Оба синтезируют гистидин из биохимического промежуточного продукта фосфорибозилпирофосфата. В целом биосинтез гистидина у растений и микроорганизмов очень похож. [20]

Регуляция биосинтеза

Для своего существования этому пути требуется энергия, поэтому присутствие АТФ активирует первый фермент пути, АТФ-фосфорибозилтрансферазу (показана как His1 на изображении справа). АТФ-фосфорибозилтрансфераза — это фермент, определяющий скорость, который регулируется посредством ингибирования по обратной связи, что означает, что он ингибируется в присутствии продукта — гистидина. [21]

Деградация

Гистидин — одна из аминокислот, которая может превращаться в промежуточные соединения цикла трикарбоновых кислот (ТСА) (также известного как цикл лимонной кислоты). [22] Гистидин, наряду с другими аминокислотами, такими как пролин и аргинин, принимает участие в дезаминировании — процессе, при котором удаляется его аминогруппа. У прокариот гистидин сначала превращается в уроканат под действием гистидазы. Затем уроканаза превращает уроканат в 4-имидазолона-5-пропионат. Имидазолонпропионаза катализирует реакцию образования формиминоглутамата (FIGLU) из 4-имидазолона-5-пропионата. [23] Форминогруппа переносится на тетрагидрофолат , а оставшиеся пять атомов углерода образуют глутамат. [22] В целом эти реакции приводят к образованию глутамата и аммиака. [24] Затем глутамат может быть дезаминирован глутаматдегидрогеназой или трансаминирован с образованием α-кетоглутарата. [22]

Превращение в другие биологически активные амины

Превращение гистидина в гистамин под действием гистидиндекарбоксилазы.

Требования

Совет по продовольствию и питанию (FNB) Института медицины США установил рекомендуемые диетические нормы (RDA) для незаменимых аминокислот в 2002 году. Гистидин для взрослых 19 лет и старше составляет 14 мг/кг массы тела в день. [29] Дополнительный гистидин исследуется на предмет использования при различных состояниях, включая неврологические расстройства, атопический дерматит, метаболический синдром, диабет, уремическую анемию, язвы, воспалительные заболевания кишечника, злокачественные новообразования и нарушение мышечной деятельности во время напряженных физических упражнений. [30]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ http://prowl.rockefeller.edu/aainfo/solub.htm [ нужна 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 г.
  3. ^ Коппл, JD; Свендсайд, Мэн (1975). «Доказательства того, что гистидин является незаменимой аминокислотой у нормального человека и человека с хронической уремией». Журнал клинических исследований . 55 (5): 881–91. дои : 10.1172/JCI108016. ПМК 301830 . ПМИД  1123426. 
  4. ^ Викери, Хьюберт Брэдфорд; Ливенворт, Чарльз С. (1 августа 1928 г.). «О разделении гистидина и аргинина» (PDF) . Журнал биологической химии . 78 (3): 627–635. дои : 10.1016/S0021-9258(18)83967-9 . ISSN  0021-9258.
  5. ^ Аб Ким, Микюм Оливия; Николс, Сара Э.; Ван, Йи; Маккаммон, Дж. Эндрю (март 2013 г.). «Влияние протонирования гистидина и ротамерных состояний на виртуальный скрининг M.tuberculosis RmlC». Журнал компьютерного молекулярного дизайна . 27 (3): 235–246. Бибкод : 2013JCAMD..27..235K. doi : 10.1007/s10822-013-9643-9. ISSN  0920-654X. ПМЦ 3639364 . ПМИД  23579613. 
  6. ^ аб «ГИСТИДИН». ambermd.org . Проверено 12 мая 2022 г.
  7. ^ аб Докаиниш, Хишам М.; Китао, Акио (05 августа 2016 г.). «Вычислительное определение состояния протонирования гистидина в (6-4) ферменте фотолиазы и его влияние на стадию протонирования». АКС-катализ . 6 (8): 5500–5507. дои : 10.1021/acscatal.6b01094 . ISSN  2155-5435. S2CID  88813605.
  8. ^ Мрозек, Агнешка; Каролак-Войцеховска, Янина; Кич-Кононович, Катажина (2003). «Пятичленные гетероциклы. Часть III. Ароматичность 1,3-имидазола в 5+n гетеробициклических молекулах». Журнал молекулярной структуры . 655 (3): 397–403. Бибкод : 2003JMoSt.655..397M. дои : 10.1016/S0022-2860(03)00282-5.
  9. ^ Новиков, Антон П.; Сафонов Алексей Владимирович; Герман Константин Евгеньевич; Григорьев Михаил С. (01 декабря 2023 г.). «Какие взаимодействия мы можем получить при переходе от цвиттер-ионов к «дриттерным» ионам: взаимодействия анион-анион C–O⋯Re(O4) и Re–O⋯Re(O4) определяют структурное различие между перренатом и пертехнетатом L-гистидиния». CrystEngComm . дои : 10.1039/D3CE01164J. ISSN  1466-8033.
  10. ^ аб Ингл, Роберт А. (2011). «Биосинтез гистидина». Книга «Арабидопсис» . 9 : e0141. дои : 10.1199/таб.0141. ПМК 3266711 . ПМИД  22303266. 
  11. ^ Робертс, Джон Д. (2000). Азбука FT-ЯМР . Саусалито, Калифорния: Университетские научные книги. стр. 258–9. ISBN 978-1-891389-18-4.
  12. ^ Борнхорст, JA; Фальке, Джей-Джей (2000). Очистка белков с использованием полигистидиновых аффинных меток . Методы энзимологии. Том. 326. стр. 245–254. дои : 10.1016/s0076-6879(00)26058-8. ISSN  0076-6879. ПМК 2909483 . ПМИД  11036646. 
  13. ^ Уотли, Джоанна; Симоновский, Эяль; Барбоза, Нуно; Сподзея, Марта; Вечорек, Роберт; Родзевич-Мотовидло, Сильвия; Миллер, Ифат; Козловский, Хенрик (17 августа 2015 г.). «Фрагмент пептида Poly-His Tag африканской гадюки эффективно связывает ионы металлов и сворачивается в α-спиральную структуру». Неорганическая химия . 54 (16): 7692–7702. doi : 10.1021/acs.inorgchem.5b01029. ISSN  1520-510Х. ПМИД  26214303.
  14. ^ Карта биохимических путей компании «Рош» Карта биохимических путей компании «Рош»
  15. ^ аб Алифано, П; Фани, Р; Лио, П; Ласкано, А; Баззикалупо, М; Карломаньо, MS; Бруни, CB (1 марта 1996 г.). «Путь биосинтеза гистидина и гены: структура, регуляция и эволюция». Микробиологические обзоры . 60 (1): 44–69. дои :10.1128/MMBR.60.1.44-69.1996. ISSN  0146-0749. ПМК 239417 . ПМИД  8852895. 
  16. ^ аб Кулис-Хорн, Роберт К; Персике, Маркус; Калиновский, Йорн (01 января 2014 г.). «Биосинтез гистидина, его регуляция и биотехнологическое применение у Corynebacterium glutamicum». Микробная биотехнология . 7 (1): 5–25. дои : 10.1111/1751-7915.12055. ISSN  1751-7915. ПМЦ 3896937 . ПМИД  23617600. 
  17. ^ Адамс, Э. (1 ноября 1955 г.). «L-Гистидинал, биосинтетический предшественник гистидина». Журнал биологической химии . 217 (1): 325–344. дои : 10.1016/S0021-9258(19)57184-8 . ISSN  0021-9258. ПМИД  13271397.
  18. ^ ab Ахмед А. Организация области гистидина-3 Neurospora. Мол Ген Генет. 1968;103(2):185-93. дои: 10.1007/BF00427145. ПМИД 4306011
  19. ^ «Понимание генетики». сайт Genetics.thetech.org . Проверено 19 мая 2016 г.
  20. ^ Степанский, А.; Леустек, Т. (1 марта 2006 г.). «Биосинтез гистидина в растениях». Аминокислоты . 30 (2): 127–142. дои : 10.1007/s00726-005-0247-0. ISSN  0939-4451. PMID  16547652. S2CID  23733445.
  21. ^ Ченг, Юнсонг; Чжоу, Юньцзяо; Ян, Лей; Чжан, Чэнлинь; Сюй, Цинъян; Се, Сисянь; Чен, Нин (01 мая 2013 г.). «Модификация генов пути биосинтеза гистидина и влияние на выработку L-гистидина в Corynebacterium Glutamicum». Биотехнологические письма . 35 (5): 735–741. дои : 10.1007/s10529-013-1138-1. ISSN  1573-6776. PMID  23355034. S2CID  18380727.
  22. ^ Серия обзоров Совета abc (BRS) - Биохимия, молекулярная биология и генетика (пятое издание): Суонсон, Ким, Глюксман
  23. ^ Кут, Дж.Г.; Хассалл, Х. (1 марта 1973 г.). «Разложение L-гистидина, имидазолил-L-лактата и имидазолилпропионата Pseudomonas testosteroni». Биохимический журнал . 132 (3): 409–422. дои : 10.1042/bj1320409. ISSN  0264-6021. ПМЦ 1177604 . ПМИД  4146796. 
  24. ^ Мелер, А.Х.; Табор, Х. (1 апреля 1953 г.). «Дезаминирование гистидина с образованием уроканиновой кислоты в печени». Журнал биологической химии . 201 (2): 775–784. дои : 10.1016/S0021-9258(18)66234-9 . ISSN  0021-9258. ПМИД  13061415.
  25. ^ Андерсен, Хьялте Х.; Эльберлинг, Йеспер; Арендт-Нильсен, Ларс (1 сентября 2015 г.). «Человеческие суррогатные модели гистаминергического и негистаминэргического зуда» (PDF) . Acta Dermato-Venereologica . 95 (7): 771–777. дои : 10.2340/00015555-2146 . ISSN  1651-2057. ПМИД  26015312.
  26. ^ «3-Метилгистидин». ХМДБ Версия 4.0 . База данных метаболомов человека. 20 декабря 2017 года . Проверено 25 декабря 2017 г.
  27. ^ Дераве, Вим; Эверарт, Инге; Бекман, Сэм; Баге, Одри (01 марта 2010 г.). «Метаболизм карнозина в мышцах и добавки бета-аланина в связи с физическими упражнениями и тренировками». Спортивная медицина . 40 (3): 247–263. дои : 10.2165/11530310-000000000-00000. hdl : 1854/LU-897781 . ISSN  1179-2035. PMID  20199122. S2CID  7661250.
  28. ^ Фэйи, Роберт С. (2001). «Новые тиолы прокариотов». Ежегодный обзор микробиологии . 55 : 333–56. doi : 10.1146/annurev.micro.55.1.333. ПМИД  11544359.
  29. ^ Институт медицины (2002). «Белки и аминокислоты». Диетическая норма потребления энергии, углеводов, клетчатки, жиров, жирных кислот, холестерина, белков и аминокислот . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. стр. 589–768. дои : 10.17226/10490. ISBN 978-0-309-08525-0.
  30. ^ Голечек, Милан (22 марта 2020 г.). «Гистидин в здоровье и болезнях: метаболизм, физиологическое значение и использование в качестве добавки». Питательные вещества . 12 (3): 848. дои : 10.3390/nu12030848 . ISSN  2072-6643. ПМК 7146355 . ПМИД  32235743. 

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с L-гистидином .