Ιστιδίνη

Η ιστιδίνη (σύντμηση His ή H) είναι α-αμινοξύ με έναν ετεροκυκλικό δακτύλιο ιμιδαζολίου στην πλευρική αλυσίδα. Είναι ένα από τα πρωτεϊνογόνα αμινοξέα και κωδικοποιείται στο DNA με τις τριπλέτες βάσεων (κωδικόνια) CAU και CAC. Είναι διαιτητικώς απαραίτητο αμινοξύ για τους ανθρώπους και όλα τα θηλαστικά. Υπάρχει σε δύο οπτικά ισομερή, την L- και D- μορφή. Στους βιολογικούς οργανισμούς απαντά αποκλειστικά ως L-ιστιδίνη.

 Ο ιμιδαζολικός δακτύλιος της ιστιδίνης είναι επίπεδος και έχει αρωματικό χαρακτήρα. Τα άτομα αζώτου του δακτυλίου της ιστιδίνης ονομάζονται με τα ελληνικά προθέματα προς (σύμβολο «π») και τηλε (σύμβολο «τ») για να δηλώσουν τη θέση τους κοντά (π-Ν) και μακριά (τ-Ν) σε σχέση με την πλευρική αλυσίδα. Το άτομο άνθρακα μεταξύ των δύο ατόμων αζώτου έχει τον αριθμό θέσης 2, όπως και στο ιμιδαζόλιο, ενώ τα άτομα άνθρακα της αλειφατικής αλυσίδας λαμβάνουν τα προσδιοριστικά θέσης α και β. Το παραπάνω σύστημα προτάθηκε από την IUPAC με σκοπό να εξαλειφθεί η σύγχιση που προέκυπτε από τη χρήση διαφορετικών και αντιφατικών συστημάτων αρίθμησης. Ωστόσο σημειώνεται ότι σε παλαιότερα συγγράμματα καθώς και σε ειδικές περιπτώσεις όπου η διόρθωση της ονοματολογίας συναντά αντικειμενικές δυσχέρειες, τα άτομα π-Ν και τ-Ν μπορεί να ονομάζονται αντίστοιχα Νδ (ή Νδ1) και Νε (ή Νε2). Το ιμιδαζόλιο της ιστιδίνης έχει σταθερά διάστασης οξέος (pKa) περίπου 6 και αυτό καθιστά το αμινοξύ ευαίσθητο σε μικρές αλλαγές του pH στις συνθήκες που επικρατούν στους βιολογικούς οργανισμούς. Όταν το pH είναι κάτω από 6, τότε και τα δύο άτομα αζώτου του δακτυλίου είναι πρωτονιωμένα (ΝΗ), με συνέπεια το αμινοξύ να φέρει συνολικά θετικό φορτίο. Όταν το pH είναι πάνω από 6 τότε μόνο ένα από τα άτομα αζώτου φέρει πρωτόνιο και η πλευρική αλυσίδα του αμινοξέος είναι ηλεκτρικά ουδέτερη. Η συνολική πρωτεολυτική συμπεριφορά του αμινοξέος σε υδατικό διάλυμα απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα: Ανεξάρτητα από το βαθμό πρωτονίωσης του ιμιδαζολίου, ο δακτύλιος έχει πάντοτε αρωματικό χαρακτήρα. Όταν φέρει ένα μόνο πρωτόνιο, ο ιμιδαζολικός δακτύλιος της ιστιδίνης υπόκειται σε ταυτομέρεια, και συγκεκριμένα σε ταυτομέρεια ιμίνης - εναμίνης. Αυτό σημαίνει ότι το άτομο υδρογόνου που ενώνεται με το ένα από τα δύο άτομα αζώτου μπορεί να αλλάξει θέση και να μεταπηδήσει στο άλλο άτομο αζώτου. Επακόλουθο αυτής της μετακίνησης είναι και η αλλαγή της θέσης του διπλού δεσμού από το ένα άζωτο στο άλλο. Η αντίδραση είναι αναστρέψιμη και τα δύο ταυτομερή βρίσκονται σε χημική ισορροπία, εκτός αν υπάρχουν παράγοντες (για παράδειγμα δεσμοί υδρογόνου με γειτονικά αμινοξέα ή δεσμοί συναρμογής με μεταλλικά ιόντα) που ευνοούν ή επιβάλλουν μία από τις δύο δυνατές διαμορφώσεις του δακτυλίου. Το ιμιδαζόλιο της ιστιδίνης συναρμόζεται με μεταλλικά ιόντα στα καταλυτικά κέντρα πολλών ενζύμων (μεταλλοπρωτεΐνες). Λόγω της ύπαρξης δύο ατόμων αζώτου που μπορούν να υπάρξουν σε πρωτονιωμένη και μη μορφή, η ιστιδίνη χρησιμοποιείται συχνά για την μετακίνηση πρωτονίων στα ένζυμα: όταν βρίσκεται στην ουδέτερη μορφή (με μία ομάδα ΝΗ) το μη πρωτονιωμένο άτομο αζώτου δρα σαν βάση και αποσπά ένα πρωτόνιο από την πλευρική αλυσίδα γειτονικού αμινοξέος (τυπικά από το υδροξύλιο της σερίνης, θρεονίνης ή τρυπτοφάνης) και στη συνέχεια το ήδη πρωτονιωμένο άζωτο δρα σαν οξύ και μεταφέρει το πρωτόνιό του σε κάποιον πιο βασικό δέκτη. Λόγω των παραπάνω ιδιοτήτων της, η ιστιδίνη είναι το κεντρικό αμινοξύ στην λεγόμενη καταλυτική τριάδα των πρωτεασών σερίνης (Asp-His-Ser), όπου παίζει τον ρόλο του μεταφορέα πρωτονίων κατά την επιτέλεση της ενζυμικής αντίδρασης. Στον μεταβολισμό η ιστιδίνη είναι πρόδρομη ένωση της ισταμίνης και της καρνοσίνης. Ο ανθρώπινος οργανισμός λαμβάνει την ιστιδίνη από πρωτεϊνούχες τροφές ζωικής και φυτικής προέλευσης. D. Whitford, Proteins: structure and function, Wiley, 2005. J. M. Berg, L. Stryer, J. L. Tymoczko, Βιοχημεία, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, 2005. M. B. Smith, J. March, March's Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure, 6η Έκδοση, Wiley, 2007. J. McMurry, Οργανική Χημεία, Μετάφραση Α. Βάρβογλης, Μ. Ορφανόπουλος, Ι. Σμόνου, Μ. Στρατάκης, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, 2012. ISBN 9789605240547. Ιμιδαζόλιο Ισταμίνη