Histydyna

Histydyna (łac. Histidinum; His, H) – organiczny związek chemiczny, jeden z 20 aminokwasów białkowych^[6]. Ze względu na budowę cząsteczki histydyna zaliczana jest zarówno do aminokwasów zasadowych, gdyż jej łańcuch boczny zawiera 2 atomy azotu, jak i aromatycznych, ze względu na obecność aromatycznego pierścienia imidazolowego. Jest kodowana przez kodony CAU i CAC w procesie translacji białka.

Histydyna

L–Histydyna (jon obojnaczy)
Nazewnictwo Nomenklatura systematyczna (IUPAC) kwas 2-amino-3-(imidazolo-4-ilo)propanowy Inne nazwy i oznaczenia farm. Histidinum, Histidini hydrochloridum monohydricum inne kwas 2-amino-3-imidazopropionowy, His, H
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny	C6H9N3O2
Masa molowa	155,15 g/mol
Wygląd	biały krystaliczny proszek lub bezbarwne kryształy, bez zapachu[1][2]
Identyfikacja
Numer CAS	71-00-1 5934-29-2 (chlorowodorek, monohydrat)
PubChem	6274
DrugBank	DB00117
SMILES C1=C(NC=N1)CC(C(=O)O)N
Właściwości Rozpuszczalność w wodzie 45,6 g/l[1] w innych rozpuszczalnikach etanol: bardzo trudno[1][2] eter dietylowy, aceton: nierozpuszczalna[1] Temperatura topnienia 272–273 °C (rozkład przy 282–287 °C[3])[4][5] logP −3,32[1] Kwasowość (pKa) 2,76[1] Punkt izoelektryczny 7,4
Niebezpieczeństwa Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Substancja nie jest klasyfikowana jako niebezpieczna według kryteriów GHS (na podstawie podanej karty charakterystyki). Europejskie oznakowanie substancji oznakowanie ma znaczenie wyłącznie historyczne Substancja nie jest klasyfikowana jako niebezpieczna według europejskich kryteriów (na podstawie podanej karty charakterystyki). Numer RTECS MS3070000 Dawka śmiertelna LD50 >2 g/kg (mysz, dożylnie)
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Właściwości fizyczne

Histydyna to białe ciało stałe, które topi się z rozkładem w temperaturze = 273 °C dla mieszaniny racemicznej^[4], a znacznie wyższej = 282 °C dla występującego naturalnie izomeru L^[5]. Wartość pK dla grupy karboksylowej –COOH wynosi 1,80; łańcucha bocznego (imidazolu) pK = 6,04; a protonowanej grupy α–aminowej (NH₃)⁺ pK = 9,33^[7].

Właściwości chemiczne

Iminowy atom azotu w łańcuchu bocznym tego aminokwasu stosunkowo łatwo tworzy wiązanie koordynacyjne z kationami metali w metaloproteinach. W środowisku wodnym pierścień imidazolowy ulega tautomerii iminowo–enaminowej:

Tautomeria histydyny

Ponadto w środowisku fizjologicznym pierścień imidazolowy jest częściowo protonowany (pK_a ≈ 6) i może służyć zarówno jako katalizator zasadowy (nieprotonowany nukleofilowy atom azotu jest akceptorem jonu wodorowego), jak i katalizator kwasowy (protonowany atom azotu jest donorem H⁺). W efekcie histydyna jest często obecna jako kluczowy aminokwas w centrach aktywnych wielu enzymów^[8].

W reakcji dekarboksylacji w obecności fosforanu pirydoksalu powstaje histamina:

Dekarboksylacja histydyny

Występowanie w białkach

Hemoglobina w formie utlenowanej i nieutlenowanej. Na fioletowo zaznaczono grupy hemowe i histydyny proksymalne

Triada katalityczna chymotrypsyny

Pierścienie imidazolowe trzech reszt histydyn koordynują kation Zn²⁺ w anhydrazie węglanowej

• Hemoglobina^[9]

Każdy z czterech kationów żelaza Fe²⁺ obecnych w cząsteczce hemoglobiny znajduje się wewnątrz niemal całkowicie płaskiej struktury protoporfiryny IX tworząc prostetyczną grupę hemową. Kation Fe²⁺ jest w grupie hemowej koordynowany przez 4 atomy azotu protoporfiryny. W formie nieutlenowanej piąte wiązanie koordynacyjne jonu żelaza (prostopadle do płaszczyzny grupy hemowej) tworzy tzw. histydyna proksymalna, a szóste miejsce koordynacyjne, po drugiej stronie płaszczyzny jest puste (formie utlenowanej miejsce to zajmuje cząsteczka tlenu O₂). Po przeciwnej stronie płaszczyzny niż histydyna proksymalna znajduje się tzw. histydyna dystalna. Nie jest ona związana z grupą prostetyczną jednak odgrywa ważną rolę. Histydyna dystalna zabezpiecza jony żelaza grup hemowych sąsiednich cząsteczek hemoglobiny, aby nie doszło do kontaktu między nimi, chroni jon żelaza przed utlenieniem, gdyż forma utleniona (methemoglobina) nie jest zdolna do skutecznego transportu tlenu. Ponadto histydyna dystalna utrudnia wiązanie się tlenku węgla (CO) do kationu żelaza, co jest szczególnie ważne, gdyż powinowactwo grupy hemowej do czadu jest znacznie wyższe niż do tlenu, a wiązanie CO jest praktycznie nieodwracalne.

• Triady katalityczne^[10]

Histydyna wchodzi w skład triady katalitycznej wielu enzymów

Asp••••His••••Ser

Przykłady:

karboksypeptydazy II: Asp 338 – His 397 – Ser 146

subtylizyny: Asp 32 – His 64 – Ser 221

trypsyny: Asp 102 – His 57 – Ser 195

chymotrypsyny: Asp 102 – His 57 – Ser 195

• Proteazy cysteinowe^[10]

W proteazach cysteinowych cysteina aktywowana jest przez histydynę podobnie jak enzymach z rodziny chymotrypsyny seryna. Np. papaina

His••••Cys

• Anhydraza węglanowa^[10]

Metaloproteina, której miejscem aktywnym jest kation cynku Zn²⁺ koordynowany przez atomy azotu trzech pierścieni imidazolowych histydyny.

(His)₃••••Zn²⁺