ヒスチジン

ヒスチジン

ヒスチジンの構造
ボールと棒のモデル 空間充填モデル
名前
IUPAC名 ヒスチジン
その他の名前 2-アミノ-3-(1H-イミダゾール-4-イル)プロパン酸
識別子
CAS番号	71-00-1 はい
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像 双性イオン：インタラクティブ画像 プロトン化双性イオン:インタラクティブ画像
バイルシュタイン参考文献	84088
チェビ	チェビ:15971 はい
チェムBL	チェルノブイリ原子力発電所 はい
ケムスパイダー	6038 はい
ドラッグバンク	DB00117 はい
ECHA 情報カード	100.000.678
EC番号	200-745-3
グメリン参照	83042
国際連合食糧農業機関（IUPHAR）	3310
ケッグ	D00032 はい
パブケム CID	6274
ユニ	4QD397987E はい
CompTox ダッシュボード ( EPA )	DTXSID9023126
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 はい キー: HNDVDQJCIGZPNO-YFKPBYRVSA-N はい
笑顔 O=C([C@H](CC1=CNC=N1)N)O 両性イオン：O=C([C@H](CC1=CNC=N1)[NH3+])[O-] プロトン化双性イオン: O=C([C@H](CC1=CNC=[NH1+]1)[NH3+])[O-]
プロパティ
化学式	Ｃ6Ｈ9Ｎ3Ｏ2の​​​​​​
モル質量	155.157 グラムモル−1
水への溶解度	4.19g/100g @ 25℃ [1]
危険
NFPA 704 (ファイアダイヤモンド)	1 1 0
補足データページ
ヒスチジン（データページ）
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。 インフォボックス参照

ヒスチジン（記号HisまたはH）^[2]は、タンパク質の生合成に使われる必須アミノ酸です。ヒスチジンは、α-アミノ基（生物学的条件下ではプロトン化された-NH ₃ ⁺型）、カルボン酸基（生物学的条件下では脱プロトン化された-COO ⁻型）、およびイミダゾール側鎖（部分的にプロトン化されている）を含み、生理学的pHでは正に帯電したアミノ酸に分類されます。当初は乳児のみに必須であると考えられていましたが、長期の研究で成人にも必須であることが示されました。^[3]ヒスチジンはコドンCAUおよびCACによってコードされています。

ヒスチジンは、1896年にアルブレヒト・コッセルとスヴェン・グスタフ・ヘディンによって初めて単離されました。^[4]ヒスチジンの名前は、組織で発見されたことに由来し、ἱστός histós「組織」に由来しています。^{[2]ヒスチジンは、免疫反応における重要な炎症性物質である}ヒスタミンの前駆体でもあります。アシルラジカルはヒスチジルです。

ヒスチジンのイミダゾール 側鎖の共役酸（プロトン化された形態）のp Ka_は約 6.0 です。したがって、pH 6 未満では、イミダゾール環は大部分がプロトン化されています（ヘンダーソン–ハッセルバルヒの式で説明されるように）。結果として生じるイミダゾリウム環は 2 つの NH 結合を持ち、正に帯電します。正電荷は両方の窒素に均等に分配され、2 つの同等に重要な共鳴構造で表すことができます。このプロトン化された形態には、通常の His の代わりに記号Hip が使用されることがあります。 ^{[5] [6] [7]} pH 6 を超えると、2 つのプロトンのうち 1 つが失われます。イミダゾール環の残りのプロトンはどちらの窒素にも存在することができ、N3-H または N1-H互変異性体と呼ばれるものを生じます。N3-H 互変異性体は上の図に示されています。N1-H 互変異性体では、NH が骨格に近い位置にあります。これらの中性互変異性体はNεおよびNδとも呼ばれ、それぞれHieおよびHidという記号で示されることもある。^{[5] [6] [7]}ヒスチジンのイミダゾール/イミダゾリウム環は、すべてのpH値で芳香族である。 ^[8]特定の条件下では、ヒスチジンの3つのイオン形成基すべてが帯電し、ヒスチジニウムカチオンを形成する。^[9]

イミダゾール側鎖の酸塩基特性は、多くの酵素の触媒機構に関係している。^[10]触媒三量体では、ヒスチジンの塩基性窒素がセリン、トレオニン、またはシステインからプロトンを抽出し、それらを求核剤として活性化する。ヒスチジンプロトンシャトルでは、ヒスチジンはプロトンを素早くシャトルするために使用される。ヒスチジンは、塩基性窒素でプロトンを抽出して正に帯電した中間体を作り、次に別の分子である緩衝液を使用して酸性窒素からプロトンを抽出することによってこれを実行する。炭酸脱水酵素では、ヒスチジンプロトンシャトルは、亜鉛結合水分子からプロトンを素早くシャトルし、酵素の活性型を素早く再生するために利用される。ヘモグロビンのヘリックスEとFでは、ヒスチジンは二酸素と一酸化炭素の結合に影響を与える。この相互作用により、Fe(II) の O2 に対する親和性が高まりますが、CO の結合が不安定になります。CO の結合はヘモグロビンでは 200 倍しか強くありませんが、遊離ヘムでは 20,000 倍強くなります。

イミダゾール側鎖の互変異性および酸塩基特性は、¹⁵ N NMR 分光法によって特徴付けられている。2 つの¹⁵ N 化学シフトは類似している (硝酸に対するシグマスケールでの相対値で約 200 ppm、このスケールでは遮蔽の増加は化学シフトの増加に対応する)。NMR スペクトル測定では、N1-H の化学シフトはわずかに低下するのに対し、N3-H の化学シフトは大幅に低下する (約 190 ppm 対 145 ppm)。この変化は、N1-H 互変異性体が優先されることを示しており、これはおそらく隣接するアンモニウムとの水素結合によるものと考えられる。N3 での遮蔽は、窒素孤立電子対と芳香環の励起 π* 状態との間の対称性許容相互作用を伴う二次常磁性効果により大幅に減少する。pH > 9 では、N1 と N3 の化学シフトは約 185 ppm と 170 ppm である。^[11]

ヒスチジンは多くの金属イオンと錯体を形成する。ヒスチジン残基のイミダゾール側鎖は、一般に金属タンパク質のリガンドとして働く。一例として、ミオグロビンとヘモグロビンの Fe に結合した軸塩基が挙げられる。ポリヒスチジンタグ（6 個以上の連続した H 残基）は、マイクロモルの親和性でニッケルまたはコバルトを含むカラムに結合することでタンパク質の精製に利用される。^[12]クサリヘビAtheris squamigeraの毒液に含まれる天然ポリヒスチジンペプチドは、Zn(2+)、Ni(2+)、Cu(2+) と結合し、毒液メタロプロテアーゼの機能に影響を及ぼすことがわかっている。^[13]

l-ヒスチジンは必須アミノ酸であり、ヒトでは新規に^{合成されない。 [14]}ヒトや他の動物はヒスチジンまたはヒスチジン含有タンパク質を摂取しなければならない。ヒスチジンの生合成は、大腸菌などの原核生物で広く研究されている。大腸菌におけるヒスチジン合成には8つの遺伝子産物（His1、2、3、4、5、6、7、8）が関与し、10段階で起こる。これは、単一の遺伝子産物が複数の反応を触媒する能力を持っているために可能となる。例えば、経路に示されているように、His4は経路の4つの異なるステップを触媒する。^[15]

ヒスチジンは、ペントースリン酸経路においてリボースリン酸ジホスホキナーゼによってリボース-5-リン酸から作られるホスホリボシルピロリン酸（PRPP）から合成される。ヒスチジン生合成の最初の反応は、酵素ATP-ホスホリボシルトランスフェラーゼによるPRPPとアデノシン三リン酸（ATP）の縮合である。ATP-ホスホリボシルトランスフェラーゼは、図中ではHis1で示されている。^[15]次に、His4遺伝子産物が縮合生成物であるホスホリボシルATPを加水分解し、不可逆的なステップであるホスホリボシルAMP（PRAMP）を生成する。次に、His4はホスホリボシルホルムイミノAICAR-リン酸の形成を触媒し、これがHis6遺伝子産物によってホスホリブロースシルホルムイミノAICAR-Pに変換される。^[16] His7はホスホリブロシルホルミミノ-AICAR-Pを分解してd-エリスロ-イミダゾール-グリセロール-リン酸を形成する。その後、His3はイミダゾールアセトリン酸を形成して水を放出する。次にHis5はl-ヒスチジノール-リン酸を生成し、これがHis2によって加水分解されてヒスチジノールを生成する。His4はl-ヒスチジノールの酸化を触媒してアミノアルデヒドであるl-ヒスチジナールを生成する。最後の段階で、l-ヒスチジナールはl-ヒスチジンに変換される。 ^{[16] [17]}

ヒスチジン生合成経路は真菌Neurospora crassaで研究されており、細菌E. coliのHis4遺伝子に類似した多酵素複合体をコードする遺伝子（ His-3）が発見された。^[18] N. crassaヒスチジン変異体 の遺伝学的研究は、多酵素複合体の個々の活性がHis-3遺伝子地図の別個の連続したセクションで発生することを示し、多酵素複合体の異なる活性が互いに別々にコードされていることを示唆した。^[18] しかし、3つの活性すべてを同時に欠く変異体も発見されており、いくつかの変異は複合体全体の機能喪失を引き起こすことを示唆している。

動物や微生物と同様に、植物も成長と発達にヒスチジンを必要とします。^[10]微生物と植物は、ヒスチジンを合成できるという点で似ています。^[19]どちらも生化学的中間体であるホスホリボシルピロリン酸からヒスチジンを合成します。一般的に、ヒスチジンの生合成は植物と微生物で非常に似ています。^[20]

この経路はエネルギーを必要とするため、ATPの存在により経路の最初の酵素であるATPホスホリボシルトランスフェラーゼ（右図ではHis1として表示）が活性化されます。ATPホスホリボシルトランスフェラーゼは速度決定酵素であり、フィードバック阻害によって制御され、生成物であるヒスチジンの存在下では阻害されます。^[21]

ヒスチジンは、トリカルボン酸（TCA）回路（クエン酸回路としても知られる）の中間体に変換できるアミノ酸の1つです。^[22]ヒスチジンは、プロリンやアルギニンなどの他のアミノ酸とともに、アミノ基が除去されるプロセスである脱アミノ化に関与しています。原核生物では、ヒスチジンは最初にヒスチダーゼによってウロカネートに変換されます。次に、ウロカネートはウロカネートを4-イミダゾロン-5-プロピオネートに変換します。イミダゾロンプロピオナーゼは、4-イミダゾロン-5-プロピオネートからフォルミミノグルタミン酸（FIGLU）を形成する反応を触媒します。 ^[23]フォルミノ基はテトラヒドロ葉酸に転移され、残りの5つの炭素はグルタミン酸を形成します。^[22]全体として、これらの反応はグルタミン酸とアンモニアの形成をもたらします。^{[24]グルタミン酸はその後}グルタミン酸脱水素酵素によって脱アミノ化されるか、アミノ基転移されてα-ケトグルタル酸が形成される。^[22]

• ヒスチジンアミノ酸は、炎症に必要な体内で生成されるアミンであるヒスタミンの前駆体です。 ^[25]
• ヒスチジンアンモニアリアーゼという酵素は、ヒスチジンをアンモニアとウロカニン酸に変換します。この酵素の欠損は、まれな代謝障害であるヒスチジン血症に見られ、重要な診断所見としてウロカニン酸尿症を引き起こします。
• ヒスチジンは、特定のメチルトランスフェラーゼ酵素によって3-メチルヒスチジンに変換され、骨格筋損傷のバイオマーカーとして機能します。^[26]
• ヒスチジンは骨格筋に含まれるジペプチドであるカルノシン 生合成の前駆体でもある。 ^[27]
• 放線菌やNeurospora crassaなどの糸状菌では、ヒスチジンは抗酸化物質 エルゴチオネインに変換されます。^[28]

米国医学研究所の食品栄養委員会（FNB）は、 2002年に必須アミノ酸の推奨摂取量（RDA）を設定しました。ヒスチジンについては、19歳以上の成人の場合、1日あたり体重1kgあたり14mgです。^[29]ヒスチジンのサプリメントは、神経疾患、アトピー性皮膚炎、メタボリックシンドローム、糖尿病、尿毒症性貧血、潰瘍、炎症性腸疾患、悪性腫瘍、激しい運動中の筋肉のパフォーマンスなど、さまざまな症状への使用が研究されています。^[30]

• カルノシン血症
• ベータアラニン
• ジフタミド
• ポーリーの反応

• ヒスチジン MS スペクトル

ウィキメディア・コモンズには、 L-ヒスチジンに関連するメディアがあります。