Hydroxyprolin

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Strukturformel
(2S,4R)-4-Hydroxyprolin   (2R,4S)-4-Hydroxyprolin
(2S,4R)-4-Hydroxyprolin     (2R,4S)-4-Hydroxyprolin
(2S,4S)-4-Hydroxyprolin   (2R,4R)-4-Hydroxyprolin
(2S,4S)-4-Hydroxyprolin     (2R,4R)-4-Hydroxyprolin
Allgemeines
Name Hydroxyprolin
Andere Namen

4-Hydroxypyrrolidin-2-carbonsäure

Summenformel C5H9NO3
CAS-Nummer
  • 51-35-4 (2S,4R)
  • 618-27-9 (2S,4S)
  • 3398-22-9 (2R,4S)
  • 2584-71-6 (2R,4R)
PubChem 825
Kurzbeschreibung

farbloser Feststoff[1]

Eigenschaften
Molare Masse 131,13 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Schmelzpunkt
  • 274 °C [(2S,4R)-4-Hydroxyprolin] [1]
  • 238-241 °C [(2S,4S)-4-Hydroxyprolin][2]
Löslichkeit

gut in Wasser (500 g·l−1 bei 20 °C)[1]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [1]
keine GHS-Piktogramme
H- und P-Sätze H: keine H-Sätze
P: keine P-Sätze [1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.
Vorlage:Infobox Chemikalie/Summenformelsuche vorhanden

Hydroxyprolin (exakter L-4-Hydroxyprolin) ist eine α-Aminosäure, die chemisch gebunden im Kollagen vorkommt. Die exakte Bezeichnung der in der Natur vorkommenden Aminosäure lautet (2S,4R)-4-Hydroxypyrrolidin-2-carbonsäure.

Nahaufnahme menschlicher Haut: Das Kollagen menschlicher Haut ist reich an peptidisch gebundenem L-Hydroxyprolin.

L-4-Hydroxyprolin entsteht durch Hydroxylierung in der 4-Stellung am Pyrrolidinring von L-Prolin, das in eine Polypeptidkette (Eiweiß) eines Kollagenmoleküls eingebaut ist. Das Enzym Prolylhydroxylase katalysiert dies unter Mitwirkung von Ascorbinsäure (Vitamin C). Hydroxyprolin stabilisiert im Kollagenmolekül den Zusammenhalt der Kollagen-Tripelhelix über einen gauche-Effekt. Die Theorie, dass von Hydroxyprolin ausgehende Wasserstoffbrücken die Tripelhelix stabilisieren, gilt als widerlegt. 4-Hydroxypyrrolidin-2-carbonsäure existiert in vier Stereoisomeren, in unserer Umwelt spielt nur das (2S,4R)-Isomere als proteinogene Aminosäure eine Rolle. Enantiomer zur natürlichen (2S,4R)-Form ist die (2R,4S)-Form. Die (2S,4S)-Form und die (2R,4R)-Form sind Diastereomere der proteinogenen (2S,4R)-4-Hydroxypyrrolidin-2-carbonsäure [Synonym: (2S,4R)-4-Hydroxyprolin].

Wenn in der Literatur und in diesem Artikel von Hydroxyprolin – ohne weitere Zusätze – die Rede ist, ist das natürliche (2S,4R)-Hydroxyprolin [Synonym: L-4-Hydroxyprolin] gemeint.

Eigenschaften[Bearbeiten]

Hydroxyprolin in Reinform liegt überwiegend als „inneres Salz“ bzw. Zwitterion vor, dessen Bildung dadurch zu erklären ist, dass das Proton der Carboxygruppe an das einsame Elektronenpaar des Stickstoffatoms der Aminogruppe wandert.

Zwitterionen von (2S,4R)-4-Hydroxyprolin(links) bzw. (2R,4S)-4-Hydroxyprolin (rechts)

Im elektrischen Feld wandert das Zwitterion nicht, da es als Ganzes ungeladen ist. Genaugenommen ist dies am isoelektrischen Punkt (einem bestimmten pH-Wert) der Fall, bei dem Hydroxyprolin seine geringste Löslichkeit in Wasser hat. Die beiden anderen Stereoisomeren mit (2S,4S)- bzw. (2R,4R)-Konfiguration bilden also ebenso Zwitterionen.

Physiologische Funktion[Bearbeiten]

Hydroxyprolin wird nicht direkt genetisch codiert, sondern entsteht als posttranslationale Modifikation. In Kollagen eingebautes L-Prolin wird durch das Enzym Prolyl-4-Hydroxylase und unter Beteiligung von Vitamin C zu L-Hydroxyprolin hydroxyliert. Hydroxyprolin ist erforderlich für dessen mechanische Eigenschaften als Strukturprotein. Die Mangelerkrankung Skorbut resultiert in einer Bindegewebsschwäche mit vermindertem oder fehlendem Gehalt von Hydroxyprolin und Hydroxylysin im Kollagen.

Pathophysiologie[Bearbeiten]

Bei der Osteodystrophia deformans, einer chronischen Überaktivität der Osteoklasten, wird durch Knochenabbau vermehrt Hydroxyprolin freigesetzt. Das Hydroxyprolin kann im Urin zur Diagnostik bestimmt werden.[4]

Herstellung und Gewinnung[Bearbeiten]

Die saure Hydrolyse von Kollagen ergibt nach der Neutralisation ein Proteinhydrolysat proteinogener α-Aminosäuren. Daraus gewinnt man bis heute durch Ionenaustausch L-Hydroxyprolin kommerziell.[5]

Chemie und Verwendung[Bearbeiten]

(2S,4R)-N-Acetyl-4-hydroxyprolin (INN: Oxaceprol) ist ein Arzneistoff gegen degenerative Gelenkerkrankungen. Für die vielstufige Synthese eines ACE-Hemmers wird (2S,4R)-4-Hydroxyprolin als Ausgangsstoff eingesetzt. Es decarboxyliert thermisch durch Erhitzen in Tetraethylenglykoldimethylether in Gegenwart katalytischer Mengen von Cyclohexen-3-on unter Bildung des cyclischen chiralen Aminoalkohols (R)-3-Hydroxypyrrolidin.[6]

Strukturisomere[Bearbeiten]

Strukturisomere der vier 4-Hydroxyproline sind vier stereoisomeren 3-Hydroxyproline von geringer Bedeutung.

Stereoisomere des 3-Hydroxyprolins: (2S,3R)-Form (oben links), (2R,3S)-Form (oben rechts), (2S,3S)-Form (unten links) und (2R,3R)-Form (unten rechts)

Bestimmung des Hydroxyprolingehaltes[Bearbeiten]

Die quantitative Analyse von Hydroxyprolin dient zur Bestimmung des Bindegewebsanteils in Fleischwaren. Die Qualität von Fleischwaren ist aufschlussreich, da Hydroxyprolin nur in Kollagen und damit maßgeblich in Bindegewebe (Sehnen-, Knochen-, Knorpel- und Hautteilen) vorkommt; ein hoher Gehalt von Hydroxyprolin gilt daher als Indiz für eine erhöhte Verwendung minderwertiger Rohstoffe. Nach Messung des Gesamtstickstoffs nach Kjeldahl kann der BEFFE-Wert berechnet werden.

Die Probe wird dazu mit Salzsäure aufgeschlossen und hydrolysiert, wobei Polypeptide in die Aminosäuren zerlegt werden. Das Fett wird abgetrennt und die Aminosäuren werden mit Chloramin T oxidiert. Das Oxidationsprodukt bildet mit p-Dimethylaminobenzaldehyd ein rotgefärbtes Kondensationsprodukt. Dieses wird fotometrisch bei 558 nm quantitativ nachgewiesen.[7]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c d e Datenblatt Hydroxyprolin (PDF) bei Carl Roth, abgerufen am 14. Dezember 2010.
  2. The Merck Index. An Encyclopaedia of Chemicals, Drugs and Biologicals. 14. Auflage, 2006, S. 839, ISBN 978-0-911910-00-1.
  3. Gefahrstoffliste (BGIA).
  4. Morbus Paget im DocCheck-Flexikon, abgerufen am 15. September 2012.
  5. Izumi, Y. et al. (1978): Herstellung und Verwendung von Aminosäuren. In: Angewandte Chemie 90(3) (1978) 187–194; doi:10.1002/ange.19780900307.
  6. Sabine Wallbaum, Thomas Mehler. Jürgen Martens (1994): Decarboxylation of α-Amino Acids containing two and three Stereogenic Centers: A Simple One-Step Procedure to Prepare Two Opticall Active β-Amino Alcohols and a Bicyclic Pyrrolidine Derivative. In: Synthetic Communications 24(10); 1381–1387; doi:10.1080/00397919408011741.
  7.  Reinhard Mattisek, Gabriele Steiner, Markus Fischer: Lebensmittelanalytik. 4. Auflage. Springer, Berlin 2010, ISBN 978-3-540-92205-6.