La histidina (símbolo His o H ) es un α-aminoácido que se usa en la biosíntesis de proteínas. Contiene un α-amino grupo (que se encuentra en la protonado -NH 3 forma bajo condiciones biológicas ), un ácido carboxílico grupo (que se encuentra en la -COO desprotonada – forma en condiciones biológicas), y un imidazol de la cadena lateral (que es parcialmente protonado), clasificándolo como un aminoácido cargado positivamente a pH fisiológico.
Inicialmente se pensó esencialsolo para bebés, los estudios a más largo plazo han demostrado que también es esencial para los adultos. Está codificado por los codones CAU y CAC.
La histidina fue aislada por primera vez por el médico alemán Albrecht Kossel y Sven Gustaf Hedin en 1896. También es un precursor de la histamina, un agente inflamatorio vital en las respuestas inmunes. El radical acilo es histidilo.
Propiedades de la cadena lateral de imidazol
El ácido conjugado (forma protonada) de la cadena lateral de imidazol en histidina tiene una p K a de aproximadamente 6.0. Por lo tanto, a un pH inferior a 6, el anillo de imidazol está protonado en su mayoría (como se describe en la ecuación de Henderson-Hasselbalch ). El anillo de imidazolio resultante tiene dos enlaces NH y tiene una carga positiva.
La carga positiva se distribuye por igual entre ambos nitrógenos y se puede representar con dos estructuras de resonancia igualmente importantes. Por encima de pH 6, uno de los dos protones se pierde. El protón restante del anillo de imidazol puede residir en nitrógeno, dando lugar a lo que se conoce como los tautómeros N1-H o N3-H.
El tautómero N3-H, que se muestra en la figura anterior, está protonado en el nitrógeno n. º 3, más lejos del esqueleto de aminoácidos que contiene los grupos amino y carboxilo, mientras que el tautómero N1-H está protonado en el nitrógeno más cercano al esqueleto. El anillo imidazol / imidazolio de histidina es aromático a todos los valores de pH.
Las propiedades ácido-base de la cadena lateral de imidazol son relevantes para el mecanismo catalítico de muchas enzimas. En las tríadas catalíticas, el nitrógeno básico de la histidina extrae un protón de la serina, la Treonina o la cisteína para activarlo como nucleófilo. En una lanzadera de protones de histidina, la histidina se usa para transportar protones rápidamente.
Puede hacer esto abstrayendo un protón con su nitrógeno básico para hacer un intermedio cargado positivamente y luego usar otra molécula, un tampón, para extraer el protón de su nitrógeno ácido. En anhidrasas carbónicas, una lanzadera de protones de histidina se utiliza para transportar rápidamente protones lejos de una molécula de agua unida por zinc para regenerar rápidamente la forma activa de la enzima.
En las hélices E y F de hemoglobina, la histidina influye en la unión del dioxígeno y el monóxido de carbono. Esta interacción mejora la afinidad de Fe (II) por el O2 pero desestabiliza la unión del CO, que se une solo 200 veces más fuerte en la hemoglobina, en comparación con 20,000 veces más fuerte en el hemo libre.
Las propiedades tautomería y ácido-base de la cadena lateral de imidazol se ha caracterizado por 15 espectroscopía N RMN. Los dos desplazamientos químicos 14N son similares (aproximadamente 200 ppm, en relación con el ácido nítrico en la escala sigma, en la que el aumento de la protección corresponde al aumento del desplazamiento químico ).
Las mediciones espectrales de RMN muestran que el desplazamiento químico de N1-H cae ligeramente, mientras que el desplazamiento químico de N3-H cae considerablemente (aproximadamente 190 frente a 145 ppm). Este cambio indica que se prefiere el tautómero N1-H, posiblemente debido a la unión de hidrógeno al amonio vecino.
El blindaje en N3 se reduce sustancialmente debido a la paramagnética de segundo orden.efecto, que implica una interacción de simetría permitida entre el par solitario de nitrógeno y los estados π * excitados del anillo aromático. A pH> 9, los cambios químicos de N1 y N3 son de aproximadamente 185 y 170 ppm.
Enlace
La cadena lateral de imidazol de histidina comúnmente sirve como ligando en metaloproteínas. Un ejemplo es la base axial unida a Fe en mioglobina y hemoglobina.
Metabolismo
Biosíntesis
L -Histidina, es un Aminoácido esencial que no se sintetiza de novo en humanos. Los humanos y otros animales deben ingerir histidina o proteínas que contienen histidina. La biosíntesis de histidina ha sido ampliamente estudiada en procariotas como E. coli. La síntesis de histidina en E. coli involucra ocho productos génicos (His, 2, 3, 4, 5, 6, 7 y 8) y ocurre en diez pasos.
Esto es posible porque un solo producto génico tiene la capacidad de catalizar más de una reacción. Por ejemplo, como se muestra en la ruta, His cataliza 4 pasos diferentes en la ruta.
La histidina se sintetiza a partir del pirofosfato de fosforibosilo (PRPP), que está hecho de ribosa–fosfato por la difosfoquinasa de ribosa-fosfato en la vía de la pentosa fosfato. La primera reacción de la biosíntesis de histidina es la condensación de PRPP y trifosfato de adenosina (ATP) por la enzima ATP-fosforibosil transferasa.
La ATP-fosforibosil transferasa está indicada por His en la imagen.El producto del gen His hidroliza el producto de la condensación, fosforibosil-ATP, produciendo fosforibosil-AMP (PRAMP), que es un paso irreversible. His cataliza la formación de fosfforibosilformiminoAICAR-fosfato, que luego se convierte en fosforibulosilformimino-AICAR-P por el producto del gen His.
His divide el fosforibulosilformimino-AICAR-P para formar d -eritro-imidazol-glicerol-fosfato. Después, His forma imidazol acetol-fosfato liberando agua. His produce entonces l -histidinol-fosfato, que luego es hidrolizado por His para producir histidinol. His cataliza la oxidación de l -histidinol para formar l-histidinal, un amino aldehído.
En el último paso, l -histidinal se convierte en l -histidina.
Al igual que los animales y los microorganismos, las plantas necesitan histidina para su crecimiento y desarrollo. Los microorganismos y las plantas son similares en que pueden sintetizar histidina. Ambos sintetizan histidina a partir del pirofosfato de fosforibosilo intermedio bioquímico. En general, la biosíntesis de histidina es muy similar en plantas y microorganismos.
Regulación de la biosíntesis
Esta vía requiere Energía para ocurrir, por lo tanto, la presencia de ATP activa la primera enzima de la vía, ATP-fosforibosil transferasa (que se muestra como His en la imagen de la derecha). La ATP-fosforibosil transferasa es la enzima determinante de la velocidad, que se regula mediante la inhibición por retroalimentación, lo que significa que se inhibe en presencia del producto, histidina.
Degradación
La histidina es uno de los aminoácidos que se puede convertir en intermedios del ciclo del ácido tricarboxílico (TCA). La histidina, junto con otros aminoácidos como la prolina y la arginina, participa en la desaminación, un proceso en el que se elimina su grupo amino. En los procariotas, la histidina se convierte primero en urocanato por la histidasa.
Luego, la urocanasa convierte el urocanato en 4-imidazolona–propionato. La imidazolonapropionasa cataliza la reacción para formar formiminoglutamato (FIGLU) a partir de 4-imidazolona–propionato. El grupo formimino se transfiere a tetrahidrofolato, y los cinco carbonos restantes forman glutamato.En general, estas reacciones dan como resultado la formación de glutamato y amoníaco.
El glutamato puede ser desaminado por la glutamato deshidrogenasa o transaminado para formar α-cetoglutarato.
Conversión a otras aminas biológicamente activas
El aminoácido histidina es un precursor de la histamina, una amina producida en el cuerpo necesaria para la inflamación.
La enzima histidina amoniaco-liasa convierte la histidina en amoníaco y ácido urocanico. Una deficiencia en esta enzima está presente en la histidinemia del trastorno metabólico raro, produciendo aciduria urocanica como un síntoma diagnóstico clave.
La histidina se puede convertir en 3-metilhistidina, que sirve como biomarcador para el daño del músculo esquelético, por ciertas enzimas metiltransferasas.
La histidina también es un precursor de la biosíntesis de carnosina, que es un dipéptido que se encuentra en el músculo esquelético.
En las actinobacterias y hongos filamentosos, como la Neurospora crassa, la histidina se puede convertir en el antioxidante ergotioneina.
Requisitos
La Junta de alimentos y nutrición (FNB) del Instituto de Medicina de EE. UU. Estableció las Dietas Recomendadas (RDA) para Aminoácidos esenciales en 2002. Para histidina, para adultos mayores de 19 años, 14 mg / kg de peso corporal / día.