HISTIDIN: EIGENSCHAFTEN, STRUKTUR, FUNKTIONEN, LEBENSMITTEL - BIOLOGIE - 2025

Das Histidin (His, H) ist eine Aminosäure, die für die Proteinsynthese verwendet wird. Da es sich um ein hydrophiles Molekül handelt, ist es in der Regel außerhalb der Proteinstrukturen ausgerichtet, wenn sie sich in einem flüssigen Medium befinden.

Es wird als essentielle Aminosäure für wachsende Kinder angesehen, da sie es nicht produzieren. Bei Erwachsenen gibt es eine geringe Produktion von Histidin, die jedoch nicht ausreicht, um den täglichen Bedarf zu decken, weshalb es als semi-essentielle Aminosäure angesehen wird.

Chemische Struktur der Aminosäure Histidin (Quelle: Borb, via Wikimedia Commons)

Für Tiere und Menschen ist Histidin eine essentielle oder zumindest semi-essentielle Aminosäure. Pflanzen, Pilze und Mikroorganismen produzieren jedoch effizient das Histidin, das sie benötigen, und sind neben Proteinen Teil der Nahrungsquellen für Histidin. Tiere.

Histidin erfüllt beim Menschen sehr wichtige physiologische Funktionen wie: Teil der aktiven Zentren vieler Enzyme zu sein, am Wachstum, am Immunsystem und an der Bildung von Myelin in Nervenfasern beteiligt zu sein.

Die Histidin-Biosynthese ist ein komplexer Prozess, der hauptsächlich in der Leber stattfindet und 9 bis 11 enzymatische Schritte erfordert. Sein Abbau erfolgt in Leber und Haut und erfolgt durch die Bildung von Glutamat, wobei er verschiedenen Wegen folgt.

Viele Lebensmittel sind reich an Histidin, wie tierische Proteine ​​wie Fleisch und Milchprodukte sowie pflanzliche Proteine. Diese stellen einen großen Teil des täglichen Histidinbedarfs dar, den unser Körper benötigt, um richtig zu funktionieren.

Ein Histidinmangel oder -überschuss, der durch erbliche Stoffwechsel- oder Transportprobleme oder ein Versagen der Ernährung bei der Aufnahme verursacht wird, hängt mit einigen wichtigen Problemen zusammen, die die Gesundheit von Kindern und Erwachsenen beeinträchtigen. Eine ausreichende Zufuhr von Histidin ermöglicht es Ihnen in den meisten Fällen, ein gesundes und gesundes Leben zu führen.

Eigenschaften

Ein auffälliges Merkmal von Histidin ist, dass es in Histamin umgewandelt werden kann, eine Substanz, die aktiv an vielen allergischen und entzündlichen Reaktionen beteiligt ist.

Bei Fischen, die der Umwelt ohne ausreichende Kühlung ausgesetzt sind, können Bakterien Histidin in Histamin umwandeln. Daher verursachen sie bei Verschlucken eine Lebensmittelvergiftung.

Ein weiteres Merkmal dieser Aminosäure ist, dass sie eine der wenigen unter den 22 vorhandenen ist, die im physiologischen pH-Bereich (um 7,4) ionisiert und daher aktiv an der katalytischen Stelle vieler Enzyme teilnehmen kann.

Im Hämoglobinmolekül ist proximales Histidin einer der Liganden der Hämgruppe. Mit anderen Worten, diese Aminosäure ist an der Sauerstofftransportfunktion von Hämoglobin beteiligt und für die Synthese dieses Proteins sowie für die von Myoglobin, das auch als "Muskelhämoglobin" bekannt ist, essentiell.

Struktur

Histidin ist eine basische polare hydrophile Aminosäure , die in die essentiellen Aminosäuren eingeteilt ist, da sie von Tieren nicht synthetisiert werden kann. Wie bereits erwähnt, wird es jedoch von Bakterien, Pilzen und Pflanzen synthetisiert.

Bei heranwachsenden Kindern ist Histidin unbedingt erforderlich. Der Erwachsene kann es synthetisieren, aber es ist nicht klar, ob dies den täglichen Histidinbedarf deckt, daher muss es mit der Nahrung aufgenommen werden.

Wie alle Aminosäuren hat Histidin einen α-Kohlenstoff, an den eine Aminogruppe, eine Carboxylgruppe, ein Wasserstoffatom und eine Seitenkette gebunden sind.

Die Seitenkette dieser Aminosäure wird durch einen Imidazolring gebildet, der bei physiologischem pH eine positive Ladung protoniert und annimmt und als "Imidazolium", abgekürzt als ImH +, bezeichnet wird.

Histidin bildet zusammen mit Lysin und Arginin die Gruppe der basischen Aminosäuren. Von den dreien ist Histidin das am wenigsten basische und sein Imidazolring kann bei pH-Werten nahe 6 deprotonieren.

Da Histidin bei physiologischem pH-Wert Protonen austauschen kann, neigt es dazu, an der enzymatischen Katalyse teilzunehmen, bei der Protonen übertragen werden. Da es sich um eine polare Aminosäure handelt, befindet es sich normalerweise auf der äußeren Oberfläche von Proteinen, wo es in einem wässrigen Medium hydratisieren kann.

Eigenschaften

Als Teil des aktiven Zentrums von Enzymen

Histidin ist für die Synthese vieler Proteine ​​erforderlich, insbesondere von Enzymen, deren aktive Zentren diese Aminosäure in ihrer Struktur aufweisen. Es ist Teil des aktiven Zentrums von Aldolasen in Säugetieren, wo es als Protonendonor fungiert.

Es befindet sich im aktiven Zentrum von Carboxypeptidase A, einem Pankreasenzym, dessen aktives Zentrum aus Zn und Histidin besteht. In dem glykolytischen Enzym Phosphoglyceratmutase gibt es zwei Histidinreste in seinem aktiven Zentrum, die als Akzeptoren oder Donoren von Phosphorylgruppen wirken.

Es wird auch im aktiven Zentrum von Enzymen wie Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase, Lactat-Dehydrogenase, Papain, Chymotrypsin, RNase A und Histidin-Ammoniak-Lyase (Histidase) gefunden. Darüber hinaus ist es ein allosterischer Inhibitor des Enzyms Glutaminsynthetase.

Andere Funktionen

Diese Aminosäure ist für den Körper von großer Bedeutung, da durch ihre Decarboxylierung durch Histidin-Decarboxylase Histamin entsteht, ein starker Vasodilatator, der mit entzündlichen und allergischen Reaktionen im Darm und im Granulat der Zellen des mononukleären Phagozytensystems zusammenhängt.

Histidin wird von Neuronen des Zentralnervensystems mit neuromodulatorischen Funktionen produziert.

Es ist für die Bildung der Myelinscheiden von Nervenfasern notwendig, daher spielt es eine wichtige Rolle bei der Übertragung elektrischer Impulse in ihnen.

Zusammen mit Wachstumshormon und anderen Aminosäuren trägt Histidin zu Gewebereparaturmechanismen bei, hauptsächlich im Herz-Kreislauf-System.

Einige zusätzliche Funktionen umfassen:

- Trägt zur Entgiftung einiger Schwermetalle bei, da es als Chelator wirkt.

- Schützt vor Strahlenschäden.

- Beteiligt sich an der Bildung roter und weißer Blutkörperchen.

- Es ist notwendig für die Bildung von Hämoglobin.

- Hilft bei der Bekämpfung einiger negativer Auswirkungen von rheumatoider Arthritis wie Entzündungen und mangelnder Mobilität.

- Es ist eine wichtige Aminosäure für die Haarregeneration, das Wachstum und die sexuelle Funktion.

Carnosin, Anserin und Homocarnosin sind aus Histidin gebildete Dipeptide. Die ersten beiden kommen in Muskeln vor und haben wichtige Funktionen als Puffer und als Aktivatoren der Myosin-ATPase.

Homocarnosin wird im Gehirn in Mengen produziert, die 100-mal höher sind als Carnosin im Skelettmuskel.

Biosynthese

Histidin erhält sein Kohlenstoffgerüst aus Ribose-5-phosphat. In E. Coli-Bakterien wird diese Aminosäure aus dieser Verbindung in 11 enzymatischen Schritten hergestellt:

1. Der erste Schritt der Synthese besteht in der Übertragung eines Phosphoribosyls von ATP auf Kohlenstoff 1 von Ribose-5-phosphat, wobei 5-Phosphoribosyl-1-pyrophosphat (PRPP) erzeugt wird. Das Enzym Phosphoribosylpyrophosphat-Synthetase (PRPP-Synthetase) katalysiert diese Reaktion.
2. Dann erfolgt die Übertragung der Pyrophosphatgruppe von Kohlenstoff 1 auf N-1 von ATP, und N1- (5'-Phosphoribosyl) -ATP wird hergestellt. Das Enzym, das diese Reaktion katalysiert, ist ATP-Phosphoribosyltransferase.
3. Durch die Wirkung von Phosphoribosyl-ATP-Pyrophosphat-Hydroxylase wird die α, β-Pyrophosphat-Bindung von ATP hydrolysiert und N1- (5'-Phosphoribosyl) -AMP gebildet.
4. Das Enzym Phosphoribosyl-AMP-Cyclohydroxylase öffnet den Purinring zwischen N-1 und C-6 und es wird das Ribonukleotid N1- (5'-Phosphoribosylformimino) -5-aminoimidazol-4-carboxamid-1-ribonukleotid gebildet.
5. Dann öffnet sich der Ribofuranose-Ring, der von PRPP stammt, und wird zu einer Ketose isomerisiert, wobei durch die Wirkung eines Isomerase-Enzyms N1- (5'-Phosphoribosylformimino) -5-aminoimidazol-4-carboxamid-1-ribonukleotid gebildet wird.
6. Das Enzym Aminotransferase überträgt die Amidogruppe von Glutamin, das in Glutamat umgewandelt wird, und bricht die Formiminobindung, wodurch 5-Aminoimidazolcarboxamid-1-ribonukleotid freigesetzt und Imidazolglycerinphosphat erzeugt wird.
7. Ein Wassermolekül wird mittels der Imidazol-Glycerinphosphat-Dehydratase aus dem Imidazol-Glycerinphosphat entfernt und Imidazol-Acetolphosphat gebildet.
8. Eine Aminogruppe wird über Histidinolphosphat-Transaminase auf Imidazolacetolphosphat übertragen und Histidinolphosphat gebildet.
9. Die Phosphorsäureestergruppe von Histidinolphosphat wird unter Bildung von Histidinol hydrolysiert. Histidinolphosphatphosphatase katalysiert diese Reaktion.
10. Später wird Histidinol durch Histidinoldehydrogenase oxidiert und histidinal gebildet.
11. Histidinoldehydrogenase selbst oxidiert Histidin und wandelt es in Histidin um.

Das erste Enzym des Histidin-Biosynthesewegs wird durch das Wegprodukt gehemmt, dh Histidin ist an der allosterischen Hemmung der ATP-Phosphoribosyltransferase beteiligt, die den Hauptregulationsmechanismus des Weges darstellt.

Degradierung

Histidin, Prolin, Glutamat, Arginin und Glutamin sind Aminosäuren, die beim Abbau α-Ketoglutarat bilden. Vier von ihnen werden zunächst in Glutamat umgewandelt, das durch Transaminierung zu α-Ketoglutarat führt.

Histidin verliert durch Histidinase die α-Aminogruppe und wird zu Urocanat. Dann hydratisiert die Urocanase die Positionen 1 und 4 des Urocanats und bildet 4-Imidazolon-5-propionat. Anschließend erfolgt die Hydrolyse der Iminogruppe des 4-Imidazolon-5-propionats unter Bildung des N-Formiminoglutamats.

Die letztere Reaktion beinhaltet den Transfer von Formyl von N-Formiminoglutamat zu Tetrahydrofolat, das mit dem Enzym Glutamatformimintransferase arbeitet. Die Endprodukte dieser Reaktion sind Glutamat und N5-Formimino-Tetrahydrofolat.

Α-Ketoglutarat entsteht durch Transaminierung von Glutamat. Α-Ketoglutarat ist ein Zwischenprodukt im Krebszyklus und kann auch in den glukoneogenen Weg zur Glukosebildung eintreten.

Die Aminogruppe von Glutamat tritt in den Harnstoffproduktionszyklus ein, um im Urin eliminiert zu werden. Alle diese Reaktionen treten in der Leber und einige in der Haut auf.

Histidinreiche Lebensmittel

Der tägliche Bedarf an Histidin beträgt ungefähr 10 bis 11 mg pro kg Körpergewicht pro Tag. Bei heranwachsenden Kindern ist Histidin eine essentielle Aminosäure, die über die Nahrung zugeführt werden muss.

Bei anderen Tieren ist Histidin ebenfalls eine essentielle Aminosäure, und diejenigen, die in Ställen aufgezogen werden, müssen Histidin erhalten, um ihren normalen Hämoglobinspiegel aufrechtzuerhalten.

Zu den histidinreichen Lebensmitteln gehören:

- Rind, Lamm, Schweinefleisch, Huhn und Pute. Es kommt auch in Fischen wie Thunfisch (sogar in Dosen), Lachs, Forelle, Schnapper und Wolfsbarsch sowie einigen Schalentieren vor.

- Milch und ihre Derivate, insbesondere in gereiften Käsesorten wie Parmesan, Gruyère, Schweizer Käse und Gouda. In Cremes, Molke, Joghurt und Sauerrahm.

- Sojabohnen und getrocknete Früchte wie Walnüsse und Samen. In Sonnenblumen-, Kürbis-, Wassermelonen-, Sesam-, Mandel-, Pistazien-, Erdnussbutter- und Chiasamen.

- Eier und Bohnen oder weiße Bohnen.

- Vollkornprodukte wie Quinoa, Weizen, brauner Reis usw.

Vorteile seiner Aufnahme

Es gibt eine Reihe von pathologischen Zuständen, bei denen Histidin als Ergänzung zur Behandlung nützlich sein kann.

Unter diesen Pathologien können wir rheumatoide Arthritis, arterielle Hypertonie (da eine blutdrucksenkende Wirkung von Histidin beschrieben wurde), Infektionen, Frigidität und sexuelle Impotenz, Schwermetallvergiftung, toxische Synovitis, Neuritis, Erbrechen während der Schwangerschaft und Herz-Kreislauf-Erkrankungen nennen und von Gehör, Geschwüren und Anämie.

In der Haut entsteht beim Abbau von verbrauchtem Histidin Urocansäure, die die Haut durch Absorption ultravioletter Strahlen schützen kann.

Der übermäßige Konsum von Histidin durch gesunde Personen führt zu keinen wesentlichen Veränderungen, da es schnell abgebaut wird. Die Verwendung von Histidin-Nahrungsergänzungsmitteln sollte jedoch bei Patienten mit schweren Leber- und / oder Nierenproblemen eingeschränkt werden.

Mangelstörungen

Ein Histidinmangel hängt mit Veränderungen der Immunantwort zusammen, die auf eine verminderte Produktion von Histamin und weißen Blutkörperchen, eine Akkumulation freier Radikale sowie Missbildungen oder Zwergwuchs bei Feten zurückzuführen sind.

Knochenprobleme, Taubheit und Anämie im Zusammenhang mit Histidinmangel wurden ebenfalls berichtet.

Die Hartnup-Krankheit ist eine Erbkrankheit, die den Transport von Histidin und Tryptophan durch die Schleimhaut des Dünndarms und der Nieren beeinflusst und einen Mangel an beiden Aminosäuren verursacht.

Die wichtigsten klinischen Manifestationen sind das Auftreten von schuppigen und roten Läsionen auf der Haut nach Sonneneinstrahlung, verschiedene Grade von Bewegungsstörungen und einige Symptome von psychiatrischen Erkrankungen.

Histidinämie ist eine autosomal-rezessive Erkrankung, die durch einen Mangel des Enzyms Histidase gekennzeichnet ist und einen erhöhten Histidinspiegel im Blut und Urin verursacht.

Infolgedessen können diese Patienten Histidin in Leber und Haut nicht zu Urocansäure abbauen. Diese Krankheit geht mit mäßiger geistiger Behinderung, Sprach- und Hörstörungen ohne Taubheit einher.

Die Einschränkung der Histidinaufnahme als Behandlung hat die klinische Verbesserung nicht wirksam bewirkt und birgt das Risiko, bei Kindern, die von dieser Krankheit betroffen sind, Wachstumsstörungen hervorzurufen.

Verweise

1. C. Mathews, K. van Holde & K. Ahern (2000). Biochemistry (3. Aufl.). San Francisco, Kalifornien: Pearson.
2. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V. & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (28. Ausgabe). McGraw-Hill Medical.
3. Nelson, DL & Cox, MM (2009). Lehninger Prinzipien der Biochemie. Omega Editions (5. Aufl.). doi.org
4. P. Pencharz, L. Farri & A. Papageorgiou (1983). Die Auswirkungen von Muttermilch und proteinarmen Formeln auf die Rate des Gesamtkörperproteinumsatzes und die 3-Methylhistidin-Ausscheidung im Urin von Frühgeborenen. Clinical Science, 64, 611–616.
5. Song, BC, Joo, N., Aldini, G. & Yeum, K. (2014). Biologische Funktionen von Histidin-Dipeptiden und metabolischem Syndrom. Ernährungsforschung und -praxis, 8 (1), 3–10.