Histidin

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
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 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]