Гистидин - Histidine
Скелетная формула гистидина ( цвиттерионная форма)
|
|||
|
|||
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 InfoCard | 100.000.678 | ||
КЕГГ | |||
PubChem CID
|
|||
UNII | |||
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|||
|
|||
|
|||
Характеристики | |||
C 6 H 9 N 3 O 2 | |||
Молярная масса | 155,157 г · моль -1 | ||
4,19 г / 100 г при 25 ° C | |||
Опасности | |||
Паспорт безопасности | См .: страницу данных | ||
NFPA 704 (огненный алмаз) | |||
Страница дополнительных данных | |||
Показатель преломления ( n ), диэлектрическая проницаемость (ε r ) и т. Д. |
|||
Термодинамические
данные |
Фазовое поведение твердое тело – жидкость – газ |
||
УФ , ИК , ЯМР , МС | |||
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). |
|||
проверить ( что есть ?) | |||
Ссылки на инфобоксы | |||
Гистидин (символ His или H ) 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 . Изначально считалось, что он необходим только для младенцев, теперь в долгосрочных исследованиях было показано, что он необходим и для взрослых. Он кодируется с помощью кодонов CAU и CAC.
Гистидин был впервые выделен немецким врачом Коссель и Свен Gustaf Hedin в 1896. Он также является предшественником к гистамина , жизненно противовоспалительный агент в иммунных реакциях. Ацильный радикал представляет собой гистидил .
Свойства боковой цепи имидазола
Конъюгированная кислота (протонированная форма) боковой цепи имидазола в гистидине имеет p K a приблизительно 6,0. Таким образом, ниже pH 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 атоме азота, что приводит к образованию так называемых таутомеров N1-H или N3-H . Таутомер N3-H, показанный на рисунке выше, протонирован на азоте №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.
Кислотно-основные свойства боковой цепи имидазола имеют отношение к каталитическому механизму многих ферментов . В каталитических триадах основной азот гистидина отщепляет протон от серина , треонина или цистеина, чтобы активировать его как нуклеофил . В гистидиновом протонном челноке 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 угольных ангидразах гистидиновый 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 двуокиси кислорода, а также окиси 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 спектроскопии ЯМР 15 N. Два 15 N химических сдвига 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 парамагнитного эффекта второго порядка , который включает 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 ppm.
Лиганд
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. Было показано, что природные поли-гистидиновые пептиды, обнаруженные в яде гадюки Atheris squamigera , связывают Zn (2+), Ni (2+) и Cu (2+) и влияют на функцию металлопротеаз яда. Кроме того, богатые гистидином области низкой сложности обнаруживаются в связывающих металлы и особенно никель-кобальтсвязывающих белках.
Метаболизм
Биосинтез
1- Гистидин - незаменимая аминокислота, которая не синтезируется у человека de novo . 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.
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. 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. His7 расщепляет фосфорибулозилформино-AICAR-P с образованием d- эритроимидазол-глицеринфосфата. После этого His3 образует имидазол-ацетол-фосфат с высвобождением воды. His5 затем производит l- гистидинол-фосфат, который затем гидролизуется His2 с образованием гистидинола . His4 катализирует окисление l- гистидинола с образованием l- гистидинала, аминоальдегида. На последнем этапе l- гистидинал превращается в l- гистидин.
Так же, как животные и микроорганизмы, растениям нужен гистидин для своего роста и развития. Микроорганизмы и растения похожи в том, что они могут синтезировать гистидин. Оба синтезируют гистидин из промежуточного биохимического фосфорибозилпирофосфата. В целом биосинтез гистидина у растений и микроорганизмов очень похож.
Регуляция биосинтеза
Этот путь требует энергии для того, чтобы возникать, поэтому присутствие АТФ активирует первый фермент пути, АТФ-фосфорибозилтрансферазу (показан 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.
Деградация
Гистидин - одна из аминокислот, которая может превращаться в промежуточные продукты цикла трикарбоновых кислот (ТСА). 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. Форминогруппа переходит в тетрагидрофолат , а оставшиеся пять атомов углерода образуют глутамат. В целом эти реакции приводят к образованию глутамата и аммиака. Затем глутамат может быть дезаминирован глутаматдегидрогеназой или трансаминирован с образованием α-кетоглутарата.
Превращение в другие биологически активные амины
- Аминокислота гистидин является предшественником гистамина , амина, вырабатываемого в организме, необходимого для воспаления.
- Фермент гистидин-аммиак-лиаза превращает гистидин в аммиак и урокановую кислоту . Дефицит этого фермента присутствует при редком метаболическом нарушении гистидинемии , вызывая урокановую ацидурию в качестве ключевого диагностического признака.
- Гистидин может быть преобразован в 3-метилгистидин , который служит биомаркером повреждения скелетных мышц, с помощью определенных ферментов метилтрансферазы .
- Гистидин также является предшественником биосинтеза карнозина , дипептида, обнаруженного в скелетных мышцах.
- У актинобактерий и мицелиальных грибов, таких как Neurospora crassa , гистидин может превращаться в антиоксидант эрготионеин .
Требования
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.
Смотрите также
использованная литература
внешние ссылки