Hydroxyprolin

Základní charakteristika

Hydroxyprolin (Hyp, O) je neesenciální, nekódující proteinogenní aminokyselina. Vzniká hydroxylací prolinu a spolu s hydroxylysinem hraje zásadní roli ve stabilizaci trojšroubovice kolagenu, konkrétně ve stabilizaci α-řetězců kolagenu prostřednictvím vodíkových můstků.

Chemická struktura a vlastnosti

Systematický název dle IUPAC: (2S,4R)-4-hydroxypyrrolidin-2-karboxylová kyselina

Molekulární vzorec: C₅H₉NO₃

Kódování: Třípísmenkové „Hyp“, jednopísmenkové „O“

Hydroxyprolin je derivát L-α-prolinu (aminokyseliny s pyrrolidinovým kruhem), jehož struktura obsahuje hydroxylovou skupinu na uhlíku s lokantem 4. Tato hydroxylová skupina zvyšuje schopnost molekuly tvořit vodíkové můstky, což je klíčové pro stabilitu kolagenu.

Stereochemie

Hydroxyprolin obsahuje dvě stereogenní centra na uhlících s lokanty 2 a 4, což umožňuje existenci čtyř stereoisomerů:

1. (2S,4R)-4-hydroxyprolin – biologicky významný izomer.

2. (2S,4S)-4-hydroxyprolin – syntetický izomer.

3. (2R,4R)-4-hydroxyprolin – syntetický izomer.

4. (2R,4S)-4-hydroxyprolin – syntetický izomer.

Biologicky aktivní je pouze konfigurace (2S,4R), zatímco ostatní izomery se nevyskytují volně v přírodě a využívají se při chemických studiích.

Pozice v kolagenu

V primární sekvenci fibrilárních proteinů tvořících kolagen (-Gly-X-Y-Gly-X-Y-Gly-X-Y-) je každou třetí aminokyselinou glycin. Pozice X a Y obsazují aminokyseliny, přičemž nejdůležitější je prolin. V pozici Y se často vyskytuje 4-hydroxyprolin, méně často 5-hydroxylysin nebo 3-hydroxyprolin.

Vznik

Hydroxyprolin vzniká posttranslační modifikací L-α-proteinogenní kódované aminokyseliny – prolinu. Tento proces probíhá během biosyntézy kolagenu v endoplazmatickém retikulu.

Proces hydroxylace:

1. Enzymatická reakce: Hydroxylaci katalyzuje enzym prolylhydroxyláza (patřící do skupiny oxidáz).

2. Kofaktory: Pro reakci jsou nezbytné:

• Kyslík (O₂),

• Askorbát (vitamin C),

• Železo (Fe²⁺),

• Redukční činidlo – 2-oxoglutarová kyselina, která přijímá jeden atom z dvouatomové molekuly O₂ a mění se na kyselinu jantarovou.

3. Význam: Hydroxylace prolinu je nezbytná pro tvorbu vodíkových můstků mezi alfa-řetězci kolagenu, což zajišťuje jeho mechanickou pevnost.

Využití

Diagnostika

Hydroxyprolin slouží jako biomarker metabolismu kolagenu. Zvýšené hladiny hydroxyprolinu v krvi nebo moči mohou indikovat poruchy metabolismu pojivových tkání, jako například:

• Osteoporóza,

• Pagetova choroba,

• Nadměrná degradace pojivových tkání.

Modelová sloučenina

Hydroxyprolin se využívá ke studiu struktury a stability proteinů, zejména kolagenu, díky své schopnosti tvořit vodíkové vazby.

Doplňky stravy

Hydroxyprolin je součástí doplňků stravy určených k podpoře zdraví kloubů, kůže a pojivových tkání díky své klíčové roli při syntéze kolagenu.

Závěr

Hydroxyprolin představuje jednu z nejdůležitějších aminokyselin pro stabilitu a funkci kolagenu v lidském těle. Jeho význam spočívá nejen v biochemických procesech spojených s tvorbou pojivových tkání, ale také v diagnostice poruch metabolismu kolagenu a jeho využití v medicíně i doplňcích stravy.