Histidin

Histidin
strukturní vzorec
model molekuly
Obecné
Systematický název	2-amino-3-(1H-imidazol-4-yl)propanová kyselina
Triviální název	Histidin
Ostatní názvy	glyoxalin-5-alanin
Anglický název	Histidine
Sumární vzorec	C6H9N3O2
Vzhled	bílé krystaly
Identifikace
Registrační číslo CAS	71-00-1
PubChem	773
SMILES	c1c(nc[nH]1)C[C@@H](C(=O)O)N
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
Vlastnosti
Molární hmotnost	155,16 g/mol
Teplota tání	282–287 °C
Disociační konstanta pKa	1,78
Disociační konstanta pKb	5,97
Bezpečnost
GHS07 [1] Varování[1]
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa). Některá data mohou pocházet z datové položky.

Histidin (zkratky His nebo H) je jedna z nejběžnějších přírodních aminokyselin přítomných v proteinech. Ve smyslu výživy je u člověka histidin považován za esenciální aminokyselinu. Původně se myslelo, že je esenciální jen u dětí (semiesenciální), ale dlouhodobé studie ukazují, že je nezbytný i pro dospělé.^[2] Jeho kodóny jsou CAU a CAC.

Histidin byl poprvé izolován německým lékařem Albrechtem Kosselem v roce 1896.^[3]

Funkce a vlastnosti

Chemické vlastnosti

Histidin se řadí mezi bazické aminokyseliny, vzhledem k disociační konstantě (pK_a) své imidazolové postranní skupiny ležící v neutrálním pH je ale jeho náboj ve fyziologických podmínkách velmi citlivý na změny pH: teoreticky je pK_a histidinu 6, v nižším (kyselejším) pH je tedy histidin protonovaný a nese kladný náboj, při vyšším pH není nabitý. Jeho skutečná pK_a se v proteinech ovšem může pohybovat mezi pH 4–10 v závislosti na okolním prostředí.^[4] Díky této vlastnosti umožňuje proteinům citlivě reagovat na změny pH, například Bohrův efekt (schopnost hemoglobinu uvolnit kyslík v kyselejším – odkysličeném – prostředí) je závislý právě na této vlastnosti histidinu.^[5]

Imidazolová postranní skupina má aromatický charakter,^[6] kladný náboj získávaný v kyselém pH ale možné patrové interakce komplikuje.

Význam v proteinech

V proteinech se histidin často vyskytuje v aktivních centrech enzymů, místech kontaktů mezi proteiny a slouží k vazbě kovů (zinek, železo). Vzhledem k jednoduchosti, se kterou může být histidin protonovaný a deprotonovaný, slouží často jako prostředník v přenosu náboje, například v katalytických triádách tvořících centra hydroláz a transferáz, nejčastěji cysteinových a serinových proteáz.^[7] Dalším příkladem může být role v enzymu karbonické anhydráze, ve které jsou v aktivním místě čtyři histidiny – tři drží atom zinku, který z vody odtrhne skupinu -OH, a čtvrtý naváže zbylý vodík. Na -OH skupinu se následně naváže oxid uhličitý a vzniká rozpustný hydrogenuhličitan, v jehož podobě je oxid uhličitý přepravován krví.

Další využití

V lidském těle funguje histidin jako prekurzor pro výrobu histaminu a karnosinu. Histamin je signální molekula spouštějící zánětlivou reakci a slouží jako neurotransmiter, z histidinu vzniká dekarboxylací. Při vazbě beta-alaninu na histidin se vytváří karnosin, jehož disociační konstanta je posunutá ještě blíže k fyziologickému pH (pK_a = 6,83), čímž slouží jako výborný pufr, který je využíván především ve svalech.

V molekulární biologii se využívá tzv. polyhistidinový tag, což je sekvence šesti histidinů připojených ke studovanému proteinu metodami genového inženýrství, která slouží pro detekci a afinitní purifikaci zkoumaného proteinu.

Posttranslační modifikace

Dipthamid, jedna z modifikací histidinu

Histidin je jednou z aminokyselin, které mohou být posttranslačně modifikovány fosforylací. Toho využívá bakteriální dvoukomponentový regulační systém složený z histidinové kinázy, která je nejčastěji vázaná na membránu a po přijetí stimulu fosforyluje sebe sama na histidinech. Vzniká N-fosfo-L-histidin, který není příliš stabilní a fosfát je z něj přesunut na druhou komponentu systému, která je tímto aktivována. Dvoukomponentový regulační systém se vyskytuje u eukaryot jen vzácně a enzymy příbuzné histidinovým kinázám v lidských mitochondriích nemají aktivitu histidinových kináz. Navzdory tomu jsou některé proteiny u lidí na histidinech fosforylovány, i když mechanismus ani význam těchto modifikací není dobře prozkoumaný.^[8]

V eukaryotickém elongačním faktoru 2 je histidin modifikován do podoby diftamidu. Tato modifikace je složitá, vyžaduje čtyři enzymatické kroky a je známá pouze z tohoto proteinu. Její funkce je nejasná, ale je nezbytná pro proteosyntézu a modifikace dipthamidu (například diphtheria toxinem při záškrtu) vede ke smrti buněk.^[9]

Zdroje

Histidin je esenciální aminokyselina, člověk ji tedy musí přijímat v potravě.

Metabolismus

Degradace

Histidin je u lidí degradován v pěti krocích, po kterých vznikne alfa-ketoglutarát, který vstupuje do cyklu kyseliny citrónové. V prvním kroku enzym histidinlyáza přeměňuje histidin na amoniak a kyselinu urokanovou. Nedostatek tohoto enzymu se projevuje ve vzácné metabolické poruše histidinemii. Histidin má oproti alfa-ketoglutarátu jeden uhlík navíc, k odpojení uhlíku ve čtvrtém kroku je využíván kofaktor tetrahydrofolát.^[10]

Odkazy

Reference

1. Histidine. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov [online]. PubChem [cit. 2021-05-23]. Dostupné online. (anglicky) 
2. KOPPLE, JD.; SWENDSEID, ME. Evidence that histidine is an essential amino acid in normal and chronically uremic man.. J Clin Invest. May 1975, roč. 55, čís. 5, s. 881–91. Dostupné online. DOI 10.1172/JCI108016. PMID 1123426. 
3. JONES, M. E. Albrecht Kossel, a biographical sketch. Yale J Biol Med.. 1953, roč. 26, čís. 1, s. 80–97. Dostupné online. ISSN 0044-0086. 
4. WHITFORD, David. Proteins: Structure and Function. 1.. vyd. [s.l.]: Wiley, 2005. 542 s. Dostupné online. ISBN 978-0471498940. Kapitola 2. Amino acids: the building blocks of proteins, s. 44–45. (anglicky) 
5. ZHENG, G.; SCHAEFER, M.; KARPLUS, M. Hemoglobin Bohr effects: atomic origin of the histidine residue contributions.. Biochemistry. Nov 2013, roč. 52, čís. 47, s. 8539–55. DOI 10.1021/bi401126z. PMID 24224786. 
6. WANG, L.; SUN, N.; TERZYAN, S., et al. A histidine/tryptophan pi-stacking interaction stabilizes the heme-independent folding core of microsomal apocytochrome b5 relative to that of mitochondrial apocytochrome b5.. Biochemistry. Nov 2006, roč. 45, čís. 46, s. 13 750 – 13 759. DOI 10.1021/bi0615689. PMID 17105194. 
7. BARNES, Michael R. Bioinformatics for Geneticists: A Bioinformatics Primer for the Analysis of Genetic Data. [s.l.]: Wiley, 2007. 576 s. ISBN 978-0470026205. Kapitola 14: Amino Acid Properties and Consequences of Substitutions, s. en. (anglicky) 
8. ATTWOOD, PV. Histidine kinases from bacteria to humans.. Biochem Soc Trans. Aug 2013, roč. 41, čís. 4, s. 1023–8. DOI 10.1042/BST20130019. PMID 23863173. 
9. SCHAFFRATH, R.; ABDEL-FATTAH, W.; KLASSEN, R., et al. The diphthamide modification pathway from Saccharomyces cerevisiae - revisited.. Mol Microbiol. Dec 2014, roč. 94, čís. 6, s. 1213–26. DOI 10.1111/mmi.12845. PMID 25352115. 
10. NELSON, David L.; COX, Michael M. Lehninger Principles of Biochemistry. [s.l.]: W.H. Freeman, 2013. Dostupné online. ISBN 978-1429234146. Kapitola 18: Amino Acid Oxidation and the Production of Urea. (anglicky) 

Externí odkazy

• Biosyntéza histidinu (Raná fáze)
• Biosyntéza histidinu (Pozdní fáze)
• Katabolismus histidinu

Autoritní data	NDL: 00563277

Portály: Chemie