Histidin

l -Histidin
	; Skelettformel för histidin ( zwitterjonisk form)
Ball-and-stick modell	Utrymmesfyllande modell
Namn
	IUPAC namn Histidin
	Andra namn 2-amino-3-(lH - imidazol-4-yl)propansyra
Identifierare
CAS-nummer	71-00-1 ;
3D-modell ( JSmol )	Interaktiv bild; Zwitterion : Interaktiv bild ; Protonerad zwitterion: Interaktiv bild ;
ChEBI	CHEBI:15971 ;
ChEMBL	ChEMBL17962 ;
ChemSpider	6038 ;
DrugBank	DB00117 ;
ECHA InfoCard	100.000.678
IUPHAR/BPS	3310;
KEGG	D00032 ;
PubChem CID	6274;
UNII	4QD397987E ;
CompTox Dashboard ( EPA )	DTXSID9023126 ;
	InChI InChI=1S/C6H9N3O2/c7-5(6(10)11)1-4-2-8-3-9-4/h2-3,5H,1,7H2,(H,8,9)(H, 10,11)/t5-/m0/s1 Nyckel: HNDVDQJCIGZPNO-YFKPBYRVSA-N ;
	LEDER O=C([C@H](CC1=CNC=N1)N)O; Zwitterion : O=C([C@H](CC1=CNC=N1)[NH3+])[O-] ; Protonerad zwitterjon: O=C([C@H](CC1=CNC=[NH1+]1)[NH3+])[O-];
Egenskaper
Kemisk formel	C6H9N3O2 _ _ _ _ _ _ _
Molar massa	155,157 g-mol -1
Vattenlöslighet	4,19 g/100 g vid 25 °C
Faror
NFPA 704 (branddiamant)	1 1 0
Kompletterande datasida
	Histidin (datasida)
	Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa). Infobox referenser

Histidin (symbol His eller H ) är en essentiell aminosyra som används i biosyntesen av proteiner . Den innehåller en α-aminogrupp (som är i den protonerade –NH ₃⁺ formen under biologiska förhållanden ), en karboxylsyragrupp (som är i den deprotonerade –COO ⁻ formen under biologiska förhållanden) och en imidazolsidokedja (som är delvis protonerad), klassificerar den som en positivt laddad aminosyra vid fysiologiskt pH . Ursprungligen ansågs det vara nödvändigt endast för spädbarn, men det har nu visat sig i långtidsstudier vara nödvändigt även för vuxna. Den kodas av kodonen CAU och CAC.

Histidin isolerades först av Albrecht Kossel och Sven Gustaf Hedin 1896. Det är också en föregångare till histamin , ett viktigt inflammatoriskt medel i immunsvar. Acylradikalen är histidyl . _

Egenskaper hos imidazolsidokedjan

Den konjugerade syran (protonerad form) av imidazolsidokedjan i histidin har ett pKa på _ungefär 6,0 . Således, under ett pH på 6, är imidazolringen mestadels protonerad (som beskrivs av Henderson-Hasselbalch-ekvationen ). Den resulterande imidazoliumringen har två NH-bindningar och har en positiv laddning. Den positiva laddningen är jämnt fördelad mellan båda kväveatomerna och kan representeras med två lika viktiga resonansstrukturer . Ibland används symbolen Hip för denna protonerade form istället för den vanliga His. Över pH 6 förloras en av de två protonerna. Den återstående protonen i imidazolringen kan ligga på antingen kväve, vilket ger upphov till vad som kallas N1-H eller N3-H tautomerer . N3-H-tautomeren visas i figuren ovan. I N1-H-tautomeren är NH närmare ryggraden. Dessa neutrala tautomerer, även kallade Nδ och Nε, hänvisas ibland till med symbolerna Hid respektive Hie . Histidins imidazol/imidazoliumring är aromatisk vid alla pH-värden.

Syra-basegenskaperna hos imidazolsidokedjan är relevanta för den katalytiska mekanismen hos många enzymer . I katalytiska triader abstraherar det grundläggande kvävet i histidin en proton från serin , treonin eller cystein för att aktivera den som en nukleofil . I en histidinprotonskyttel används histidin för att snabbt transportera protoner. Den kan göra detta genom att abstrahera en proton med dess basiska kväve för att göra en positivt laddad mellanprodukt och sedan använda en annan molekyl, en buffert, för att extrahera protonen från dess sura kväve. I kolsyraanhydraser används en histidinprotonskyttel för att snabbt transportera bort protoner från en zinkbunden vattenmolekyl för att snabbt regenerera den aktiva formen av enzymet. I hemoglobinets spiraler E och F påverkar histidin bindningen av dioxygen såväl som kolmonoxid . Denna interaktion ökar affiniteten hos Fe(II) för O2 men destabiliserar bindningen av CO, som binder endast 200 gånger starkare i hemoglobin, jämfört med 20 000 gånger starkare i fritt hem .

Tautomerismen och syra-basegenskaperna hos imidazolsidokedjan har karakteriserats genom ¹⁵ N NMR-spektroskopi. De två ¹⁵ N kemiska skiftningarna är likartade (ca 200 ppm, i förhållande till salpetersyra på sigmaskalan, på vilken ökad avskärmning motsvarar ökad kemisk skiftning ). NMR- spektralmätningar visar att det kemiska skiftet av N1-H sjunker något, medan det kemiska skiftet av N3-H sjunker avsevärt (ca 190 vs. 145 ppm). Denna förändring indikerar att N1-H-tautomeren är att föredra, möjligen på grund av vätebindning till angränsande ammonium . Avskärmningen vid N3 reduceras avsevärt på grund av den andra ordningens paramagnetiska effekten, som involverar en symmetritillåten interaktion mellan det ensamma kväveparet och de exciterade π*-tillstånden i den aromatiska ringen . Vid pH > 9 är de kemiska skiftningarna av N1 och N3 ungefär 185 och 170 ppm.

Ligand

Den histidinbundna hemgruppen av succinatdehydrogenas , en elektronbärare i den mitokondriella elektronöverföringskedjan . Den stora halvtransparenta sfären indikerar var järnjonen befinner sig . Från .

Trikopparplatsen som finns i många laccaser , lägg märke till att varje kopparcentrum är bundet till imidazolsidokedjorna av histidin (färgkod: koppar är brun, kväve är blå).

Histidin bildar komplex med många metalljoner. Histidinrestens imidazolsidokedja fungerar vanligtvis som en ligand i metalloproteiner . Ett exempel är den axiella basen fäst vid Fe i myoglobin och hemoglobin. Polyhistidintaggar (av sex eller flera på varandra följande H-rester) används för proteinrening genom att binda till kolonner med nickel eller kobolt, med mikromolär affinitet. Naturliga poly-histidinpeptider, som finns i giftet från huggormen Atheris squamigera, har visat sig binda Zn(2+), Ni(2+) och Cu(2+) och påverka funktionen av giftmetalloproteaser.

Ämnesomsättning

Biosyntes

Histidinbiosyntesväg Åtta olika enzymer kan katalysera tio reaktioner. I den här bilden katalyserar His4 fyra olika reaktioner i vägen.

l -Histidin är en essentiell aminosyra som inte syntetiseras de novo hos människor. Människor och andra djur måste få i sig histidin eller histidininnehållande proteiner. Biosyntesen av histidin har studerats brett i prokaryoter såsom E. coli . Histidinsyntes i E. coli involverar åtta genprodukter (His1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 och 8) och den sker i tio steg. Detta är möjligt eftersom en enda genprodukt har förmågan att katalysera mer än en reaktion. Till exempel, som visas i vägen, His4 4 olika steg i vägen.

Histidin syntetiseras från fosforibosylpyrofosfat (PRPP), som tillverkas av ribos-5-fosfat av ribosfosfatdifosfokinas i pentosfosfatvägen . Den första reaktionen av histidinbiosyntesen är kondensationen av PRPP och adenosintrifosfat (ATP) av enzymet ATP-fosforibosyltransferas . ATP-fosforibosyltransferas indikeras av His1 i bilden. His4-genprodukten hydrolyserar sedan kondensationsprodukten, fosforibosyl-ATP, och producerar fosforibosyl-AMP (PRAMP), vilket är ett irreversibelt steg. His4 katalyserar sedan bildningen av fosforibosylformiminoAICAR-fosfat, som sedan omvandlas till fosforibulosylformimino-AICAR-P av His6-genprodukten. His7 delar fosforibulosylformimino-AICAR-P för att bilda d -erytro-imidazol-glycerol-fosfat. Därefter bildar His3 imidazolacetolfosfat som frigör vatten. His5 gör sedan l- histidinol-fosfat, som sedan hydrolyseras genom att His2 gör histidinol. His4 katalyserar oxidationen av l -histidinol för att bilda l -histidinal, en aminoaldehyd. I det sista steget omvandlas l -histidinal till l -histidin.

Precis som djur och mikroorganismer behöver växter histidin för sin tillväxt och utveckling. Mikroorganismer och växter liknar varandra genom att de kan syntetisera histidin. Båda syntetiserar histidin från den biokemiska mellanprodukten fosforibosylpyrofosfat. I allmänhet är histidinbiosyntesen mycket lik i växter och mikroorganismer.

Reglering av biosyntes

Denna väg kräver energi för att uppstå, därför aktiverar närvaron av ATP det första enzymet i vägen, ATP-fosforibosyltransferas (visas som His1 i bilden till höger). ATP-fosforibosyltransferas är det hastighetsbestämmande enzymet, som regleras genom återkopplingsinhibering, vilket innebär att det hämmas i närvaro av produkten histidin.

Degradering

Histidin är en av aminosyrorna som kan omvandlas till mellanprodukter i trikarboxylsyracykeln (TCA) (även känd som citronsyracykeln). Histidin, tillsammans med andra aminosyror som prolin och arginin, deltar i deaminering, en process där dess aminogrupp avlägsnas. Hos prokaryoter omvandlas histidin först till urokanat av histidas. Därefter omvandlar urokanas urokanat till 4-imidazolon-5-propionat. Imidazolonpropionas katalyserar reaktionen för att bilda formiminoglutamat (FIGLU) från 4-imidazolon-5-propionat. Formiminogruppen överförs till tetrahydrofolat , och de återstående fem kolen bildar glutamat. Sammantaget resulterar dessa reaktioner i bildandet av glutamat och ammoniak. Glutamat kan sedan deamineras av glutamatdehydrogenas eller transamineras för att bilda a-ketoglutarat.

Omvandling till andra biologiskt aktiva aminer

Histidinaminosyran är en prekursor för histamin , en amin som produceras i kroppen och är nödvändig för inflammation.
Enzymet histidin ammoniak-lyas omvandlar histidin till ammoniak och urokansyra . En brist på detta enzym är närvarande i den sällsynta metaboliska sjukdomen histidinemi , vilket ger urokansyrauri som ett nyckeldiagnostik.
Histidin kan omvandlas till 3-metylhistidin , som fungerar som en biomarkör för skelettmuskelskador, av vissa metyltransferasenzymer .
Histidin är också en prekursor för karnosinbiosyntes , som är en dipeptid som finns i skelettmuskulaturen.
I Actinomycetota och filamentösa svampar, såsom Neurospora crassa , kan histidin omvandlas till antioxidanten ergothioneine .

Omvandling av histidin till histamin genom histidin dekarboxylas

Krav

Food and Nutrition Board (FNB) vid US Institute of Medicine fastställde Recommended Dietary Allowances (RDA) för essentiella aminosyror 2002. För histidin, för vuxna 19 år och äldre, 14 mg/kg kroppsvikt/dag. Kompletterande histidin undersöks för användning vid en mängd olika tillstånd, inklusive neurologiska störningar, atopisk dermatit, metabolt syndrom, diabetes, uremisk anemi, sår, inflammatoriska tarmsjukdomar, maligniteter och muskelprestanda under ansträngande träning.

Se även

externa länkar

Histidin MS Spectrum