ISTIDINA: CARATTERISTICHE, STRUTTURA, FUNZIONI, ALIMENTI - BIOLOGIA - 2025

L' istidina (His, H) è un amminoacido utilizzato per la sintesi proteica. È una molecola idrofila, quindi è generalmente orientata verso l'esterno delle strutture proteiche quando si trovano in un mezzo liquido.

È considerato un amminoacido essenziale per la crescita dei bambini poiché non lo producono. Negli adulti c'è una piccola produzione di istidina, ma è insufficiente a fornire il fabbisogno giornaliero, motivo per cui è considerata un amminoacido semi essenziale.

Struttura chimica dell'amminoacido Istidina (Fonte: Borb, tramite Wikimedia Commons)

Per gli animali e l'uomo, l'istidina è un amminoacido essenziale o almeno semi-essenziale, tuttavia, piante, funghi e microrganismi producono in modo efficiente l'istidina di cui hanno bisogno e fanno parte delle fonti alimentari di istidina, oltre alle proteine. animali.

L'istidina svolge funzioni fisiologiche molto importanti nell'uomo, come ad esempio: essere parte dei centri attivi di molti enzimi, partecipare alla crescita, al sistema immunitario e alla formazione della mielina nelle fibre nervose, tra gli altri.

La biosintesi dell'istidina è un processo complesso che avviene principalmente nel fegato e richiede da 9 a 11 passaggi enzimatici. La sua degradazione avviene nel fegato e nella pelle e passa attraverso la formazione di glutammato, seguendo quindi vie diverse.

Molti alimenti sono ricchi di istidina, come proteine ​​animali come carne e latticini, nonché proteine ​​vegetali. Questi forniscono gran parte del fabbisogno giornaliero di istidina di cui il nostro corpo ha bisogno per funzionare correttamente.

La carenza o l'eccesso di istidina causati da problemi ereditari del metabolismo o del trasporto, o la mancanza di assunzione alimentare, sono correlati ad alcuni importanti problemi che influiscono sulla salute sia dei bambini che degli adulti. Un apporto sufficiente di istidina consente di mantenere una vita sana e sana nella maggior parte dei casi.

caratteristiche

Una caratteristica sorprendente dell'istidina è che può essere convertita in istamina, una sostanza che è attivamente coinvolta in molte reazioni allergiche e infiammatorie.

Nei pesci esposti all'ambiente senza una refrigerazione sufficiente, i batteri possono convertire l'istidina in istamina ed è per questo che, se ingeriti, provocano un'intossicazione alimentare.

Un'altra caratteristica di questo amminoacido è che è uno dei pochi, tra i 22 esistenti, che ionizza nel range di pH fisiologico (intorno a 7,4) e, quindi, può partecipare attivamente al sito catalitico di molti enzimi.

Nella molecola dell'emoglobina, l'istidina prossimale è uno dei ligandi del gruppo eme. In altre parole, questo amminoacido partecipa alla funzione di trasporto dell'ossigeno dell'emoglobina ed è essenziale per la sintesi di questa proteina, oltre che per quella della mioglobina, nota anche come "emoglobina muscolare".

Struttura

L'istidina è un amminoacido idrofilo polare basico , classificato tra gli amminoacidi essenziali, poiché non può essere sintetizzato dagli animali. Tuttavia, come accennato in precedenza, è sintetizzato da batteri, funghi e piante.

Nella crescita dei bambini, l'istidina è assolutamente necessaria; l'adulto può sintetizzarla, ma non è chiaro se questa soddisfi il fabbisogno giornaliero di istidina, quindi va ingerita con la dieta.

Come tutti gli amminoacidi, l'istidina ha un α-carbonio a cui sono attaccati un gruppo amminico, un gruppo carbossilico, un atomo di idrogeno e una catena laterale.

La catena laterale di questo amminoacido è formata da un anello imidazolico che, a pH fisiologico, protona e acquisisce una carica positiva ed è chiamato "imidazolio" abbreviato in ImH +.

Insieme alla lisina e all'arginina, l'istidina forma il gruppo degli amminoacidi di base. Dei tre, l'istidina è la meno basica e il suo anello imidazolico può deprotonarsi a pH vicini a 6.

Poiché a pH fisiologico l'istidina può scambiare protoni, tende a partecipare alla catalisi enzimatica che comporta il trasferimento di protoni. Inoltre, poiché è un amminoacido polare, di solito si trova sulla superficie esterna delle proteine, dove può idratarsi in un mezzo acquoso.

Caratteristiche

Come parte del sito attivo degli enzimi

L'istidina è necessaria per la sintesi di molte proteine, in particolare enzimi i cui centri attivi hanno questo amminoacido nella loro struttura. Fa parte del centro attivo delle aldolasi nei mammiferi, dove funziona come donatore di protoni.

Si trova nel centro attivo della carbossipeptidasi A, un enzima pancreatico che ha un sito attivo costituito da Zn e istidina. Nell'enzima glicolitico fosfoglicerato mutasi, ci sono due residui di istidina nel suo centro attivo che agiscono come accettori o donatori di gruppi fosforilici.

Si trova anche nel sito attivo di enzimi come gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi, lattato deidrogenasi, papaina, chimotripsina, RNasi A e istidina ammoniaca liasi (istidasi). Inoltre, è un inibitore allosterico dell'enzima glutammina sintetasi.

Altre funzioni

Questo amminoacido è di grande importanza per l'organismo, poiché la sua decarbossilazione da parte dell'istidina decarbossilasi produce l'istamina, un potente vasodilatatore correlato a reazioni infiammatorie e allergiche, presente nell'intestino e nei granuli delle cellule del sistema fagocitico mononucleare.

L'istidina è prodotta dai neuroni del sistema nervoso centrale con funzioni neuromodulatorie.

È necessario per la formazione delle guaine mieliniche delle fibre nervose, quindi svolge un ruolo importante nella trasmissione degli impulsi elettrici in esse.

Insieme all'ormone della crescita e ad altri amminoacidi, l'istidina contribuisce ai meccanismi di riparazione dei tessuti, principalmente nel sistema cardiovascolare.

Alcune funzionalità aggiuntive includono:

- Contribuisce alla disintossicazione di alcuni metalli pesanti in quanto agisce come chelante.

- Protegge dai danni da radiazioni.

- Partecipa alla formazione dei globuli rossi e bianchi.

- È necessario per la formazione dell'emoglobina.

- Aiuta a combattere alcuni effetti negativi dell'artrite reumatoide come infiammazioni e mancanza di mobilità.

- È un aminoacido importante per la rigenerazione, la crescita e la funzione sessuale dei capelli.

La carnosina, l'anserina e l'omocarnosina sono dipeptidi formati dall'istidina. I primi due si trovano nei muscoli e hanno importanti funzioni come tamponi e come attivatori della miosina ATPasi.

L'omocarnosina è prodotta nel cervello in quantità 100 volte maggiori della carnosina nel muscolo scheletrico.

biosintesi

L'istidina ottiene il suo scheletro di carbonio dal ribosio 5-fosfato. Nei batteri E. Coli, questo amminoacido viene prodotto da questo composto attraverso 11 passaggi enzimatici:

1. La prima fase della sintesi consiste nel trasferimento di un fosforibosile dall'ATP al carbonio 1 del ribosio 5-fosfato, generando 5-fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP). L'enzima fosforibosil-pirofosfato sintetasi (PRPP sintetasi) catalizza questa reazione.
2. Quindi si verifica il trasferimento del gruppo pirofosfato dal carbonio 1 all'N-1 dell'ATP e viene prodotto l'N1- (5'-fosforibosil) -ATP. L'enzima che catalizza questa reazione è la fosforibosiltransferasi ATP.
3. Attraverso l'azione della fosforibosil-ATP-pirofosfato idrossilasi, il legame α, β-pirofosfato dell'ATP viene idrolizzato e si forma N1- (5'-fosforibosil) -AMP.
4. L'enzima fosforibosil-AMP ciclo idrossilasi apre l'anello purinico tra N-1 e C-6 e si forma il ribonucleotide N1- (5'-fosforibosil formimino) -5-amminoimidazolo-4-carbossammide-1-ribonucleotide.
5. Quindi, l'anello ribofuranosio che proviene dal PRPP si apre e viene isomerizzato a un chetosio, formando N1- (5'-fosforibosil formimino) -5-aminoimidazolo-4-carbossammide-1-ribonucleotide per effetto di un enzima isomerasi.
6. L'enzima aminotransferasi trasferisce il gruppo ammido dalla glutammina, che viene convertita in glutammato, e rompe il legame formimino, rilasciando così 5-amminoimidazolo-carbossamide-1-ribonucleotide e generando imidazolo glicerolo fosfato.
7. Una molecola di acqua viene rimossa dall'imidazolo glicerolo fosfato per mezzo dell'imidazolo glicerolo fosfato disidratasi e si forma imidazolo acetol fosfato.
8. Un gruppo amminico viene trasferito all'imidazolo acetol fosfato tramite l'istidinolo fosfato transaminasi e si forma l'istidinolo fosfato.
9. Il gruppo estere fosforico dell'istidinolo fosfato viene idrolizzato per formare istidinolo. L'istidinolo fosfato fosfatasi catalizza questa reazione.
10. Successivamente, l'istidinolo viene ossidato dall'istidinolo deidrogenasi e si forma istidinalmente.
11. L'istidinolo deidrogenasi stesso ossida l'istidina e la converte in istidina.

Il primo enzima della via biosintetica dell'istidina è inibito dal prodotto della via, cioè l'istidina partecipa all'inibizione allosterica dell'ATP fosforibosiltransferasi, che rappresenta il principale meccanismo di regolazione della via.

Degradazione

Istidina, prolina, glutammato, arginina e glutammina sono amminoacidi che, se degradati, finiscono per formare α-chetoglutarato. Quattro di loro vengono prima convertiti in glutammato, che per transaminazione dà origine all'α-chetoglutarato.

L'istidina, attraverso l'istidinasi, perde il gruppo α-ammino per diventare urocanato. Quindi, l'urocanasi idrata le posizioni 1 e 4 dell'urocanato, formando 4-imidazolone-5-propionato. Successivamente avviene l'idrolisi del gruppo immino del 4-imidazolone-5-propionato, formando l'N-formiminoglutammato.

Quest'ultima reazione comporta il trasferimento del formile dall'N-formiminoglutammato al tetraidrofolato, che lavora con l'enzima glutammato formimina transferasi. I prodotti finali di questa reazione sono glutammato e N5-formimino tetraidrofolato.

L'α-chetoglutarato è formato dalla transaminazione del glutammato. L'α-chetoglutarato è un intermedio nel ciclo di Krebs e può anche entrare nella via gluconeogenica per la formazione del glucosio.

Il gruppo amminico del glutammato entra nel ciclo di produzione dell'urea per essere eliminato nelle urine. Tutte queste reazioni si verificano nel fegato e alcune di esse nella pelle.

Alimenti ricchi di istidina

Il fabbisogno giornaliero di istidina è di circa 10-11 mg per kg di peso corporeo, al giorno. Nella crescita dei bambini, l'istidina è un amminoacido essenziale che deve essere fornito attraverso la dieta.

In altri animali, l'istidina è anche un amminoacido essenziale e quelli allevati nelle stalle devono ricevere istidina per mantenere i loro normali livelli di emoglobina.

Gli alimenti ricchi di istidina includono:

- Manzo, agnello, maiale, pollo e tacchino. Si trova anche in pesci come tonno (anche in scatola), salmone, trota, dentice e branzino, così come alcuni crostacei.

- Latte e suoi derivati, soprattutto in formaggi stagionati come parmigiano, gruviera, formaggio svizzero e gouda, tra gli altri. In creme, siero di latte, yogurt e panna acida.

- Soia e frutta secca come noci e semi. In girasole, zucca, anguria, sesamo, mandorle, pistacchi, burro di arachidi e semi di chia.

- Uova e fagioli o fagioli bianchi.

- Cereali integrali come quinoa, grano, riso integrale, ecc.

Benefici della sua assunzione

Esistono numerose condizioni patologiche in cui l'istidina può essere utile in aggiunta al trattamento.

Tra queste patologie possiamo citare artrite reumatoide, ipertensione arteriosa (poiché è stato descritto un effetto ipotensivo dell'istidina), nelle infezioni, frigidità e impotenza sessuale, avvelenamento da metalli pesanti, sinovite tossica, neurite, vomito di gravidanza, disturbi cardiovascolari e dell'udito, ulcere e anemia.

Nella pelle, la degradazione dell'istidina consumata produce acido urocanico, che è in grado di proteggere la pelle assorbendo i raggi ultravioletti.

Il consumo eccessivo di istidina da parte di individui sani non produce alterazioni importanti, poiché viene rapidamente degradata. Tuttavia, l'uso di integratori alimentari di istidina deve essere limitato a quei pazienti con gravi problemi al fegato e / o ai reni.

Disturbi da carenza

La carenza di istidina è correlata ad alterazioni della risposta immunitaria dovute alla ridotta produzione di istamina e globuli bianchi, accumulo di radicali liberi e malformazioni o nanismo nei feti.

Sono stati segnalati anche problemi alle ossa, sordità e anemia associati a carenza di istidina.

La malattia di Hartnup è una condizione ereditaria che colpisce il trasporto di istidina e triptofano attraverso la mucosa dell'intestino tenue e dei reni, provocando una carenza di entrambi gli amminoacidi.

Le manifestazioni cliniche più rilevanti sono la comparsa di lesioni squamose e arrossate sulla pelle dopo l'esposizione al sole, vari gradi di compromissione del movimento e alcuni sintomi di malattie psichiatriche.

L'istidinemia è una malattia autosomica recessiva caratterizzata da un deficit dell'enzima istidasi, che causa un aumento dei livelli di istidina nel sangue e nelle urine.

Di conseguenza, questi pazienti non possono degradare l'istidina in acido urocanico nel fegato e nella pelle. Questa malattia è accompagnata da moderato ritardo mentale, difetti della parola e memoria uditiva senza sordità.

La restrizione dell'assunzione di istidina come trattamento non è stata efficace nel generare un miglioramento clinico e comporta il rischio di generare disturbi della crescita nei bambini affetti da questa malattia.

Riferimenti

1. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochimica (3a ed.). San Francisco, California: Pearson.
2. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (28 ° ed.). McGraw-Hill Medical.
3. Nelson, DL e Cox, MM (2009). Principi di biochimica di Lehninger. Omega Editions (5a ed.). doi.org
4. Pencharz, P., Farri, L. e Papageorgiou, A. (1983). Gli effetti del latte umano e delle formule a basso contenuto proteico sui tassi di turnover proteico corporeo totale e sull'escrezione urinaria di 3-metilistidina dei neonati prematuri. Clinical Science, 64, 611–616.
5. Song, BC, Joo, N., Aldini, G. e Yeum, K. (2014). Funzioni biologiche di istidina-dipeptidi e sindrome metabolica. Ricerca e pratica sulla nutrizione, 8 (1), 3–10.