Hydroxylysin

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 18. November 2016
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Hydroxylysin ist eine nichtklassische proteinogene Aminosäure. Sie wird als Lysin in das entsprechende Protein eingebaut und innerhalb des Polypeptids mithilfe eines Enzyms zu Hydroxylysin hydrolisiert. Es stellt eines der Hauptbestandteile der Kollagenproteine des Bindegewebes dar.

Inhaltsverzeichnis

Was ist Hydroxylysin?

Hydroxylysin ist eine proteinogene Aminosäure, die zunächst als Lysin in ein Protein eingebaut wird. Deshalb handelt es sich um eine nicht-kanonische proteinogene Aminosäure. Der Begriff "kanonisch" bedeutet klassisch.

Also gibt es für diese Aminosäure kein eigenes Codon. Hydroxylysin befindet sich hauptsächlich im Kollagen des Bindegewebes und in Glykoproteinen. Dort wird Lysin über enzymatische Prozesse in Hydroxylysin umgewandelt. Dabei wird nur ein Teil des Lysins in Hydroxylysin umgesetzt. Die Eigenschaften der jeweiligen Kollagene sind von Menge der hydrolysierten Lysin- und Prolinreste abhängig.

In freier Form kann Hydroxylysin als Hydrochlorid isoliert werden. Das Hydrochlorid von Hydroxylysin ist ein beigefarbenes Pulver mit einem Schmelzpunkt, der bei 225 bis 230 Grad liegt. Es ist eine basische Aminosäure, die auch hydroxylysinhaltige Proteine basisch reagieren lässt. Hydroxylysin wurde von dem amerikanischen Biochemiker und Mitbegründer der "Klinischen Chemie" Donald Van Slyke (1883 - 1971) entdeckt.

Funktion, Wirkung & Aufgaben

Hydroxylysin besitzt eine große Bedeutung für den Aufbau des Bindegewebes. Auch Glykoproteine enthalten Hydroxylysin, um am Hydroxylrest glykosidische Verbindungen des Proteins mit Zuckerresten zu bilden.

Innerhalb des Kollagens ist es für die Quervernetzung der einzelnen Proteinmoleküle verantwortlich. Zusammen mit Hydroxylprolin, der hydrolysierten Form des Prolins, ist es auch maßgeblich am Aufbau der tertiären und quarternären Strukturen des Kollagens beteiligt. Die Hydroxylysierung von Lysin wird durch das Enzym Lysylhydroxylase unter Beteiligung der Cofaktoren Eisenionen und Ascorbinsäure (Vitamin C) katalysiert. Das Verteilungsmuster der hydroxylierten Lysinreste im Kollagen ist weder besonders starr noch flexibel. Es gibt immer wiederkehrende Muster.

Allerdings gibt es auch ganze Areale innerhalb des Proteins, die keine hydroxylierten Lysinreste enthalten. Während Hydroxyprolin für die Helixstruktur des Kollagens durch die Bindung von drei Proteinketten verantwortlich ist, werden über die Hydroxylgruppen des Hydroxylysins Quervernetzungen zwischen den verschiedenen Proteinmolekülen ausgebildet. Außerdem dienen diese Molekülgruppen auch als Bindungsstelle für eine glykosidische Bindung mit einem Zucker. Insgesamt wird dadurch die Festigkeit des Bindegewebes gewährleistet.

Wenn innerhalb der Proteine ein Mangel an Hydroxylysin besteht, kann dieser nicht durch eine zusätzliche Aufnahme der Aminosäure behoben werden. Für freies Hydroxylysin gibt es kein Codon, sodass sein Einbau in das entsprechende Protein nicht möglich ist. Der Wert von Nahrungsergänzungsmitteln mit Zusätzen von Hydroxylysin ist daher sehr fraglich. Deshalb muss der Mangel auf eine zu geringe Hydroxylysierung von Lysin zurückzuführen sein.

Bildung, Vorkommen, Eigenschaften & optimale Werte

Hydroxylysin kommt nur im Kollagen von Menschen und Tieren vor. Daneben gibt es noch einige Glykoproteine, die ebenfalls Hydroxylysin enthalten. Dazu zählt unter anderem Adiponektin. Adiponektin ist ein Hormon, welches im Fettgewebe produziert wird und maßgeblichen Einfluss auf die Wirksamkeit von Insulin besitzt. In einigen Bakterien wie Staphylococcus aureus wurde auch Hydroxylysin nachgewiesen.

Die Verteilung des hydroxylierten Lysins ist nicht gleichmäßig im Kollagen. Es gibt Positionen, an denen es fast immer gefunden wird. In anderen Bereichen kommt Hydroxylysin fast nie vor. Diese ungleichmäßige Verteilung bestimmt die Struktur des Kollagens. Innerhalb der Tripelhelixstruktur des Kollagens befindet sich Hydroxylysin immer an der Y-Position der sich wiederholenden Sequenz Gly-X-Y. In den kurzen Bereichen mit nichthelikaler Struktur kommt Hydroxylysin auch an anderen Stellen vor.

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Krankheiten & Störungen

Das Bindegewebe ist auf die Anwesenheit von Hydroxylysin unbedingt angewiesen. Kollagen kann nur stabil und fest sein, wenn auch die Quervernetzungen der Proteinmoleküle funktionieren. Ein Mangel an Hydroxylysin verursacht eine Bindegewebsschwäche.

Wenn es nur in extrem geringen Mengen oder überhaupt nicht vorliegt, wäre der entsprechende Organismus nicht lebensfähig. Das Bindegewebe könnte seine Aufgabe als begrenzendes und stützendes Gewebe für die Organe nicht mehr wahrnehmen. Tatsächlich gibt es Erkrankungen, die auf einen Mangel an Hydroxylysin zurückzuführen sind. Da diese Aminosäure zunächst als Lysin während der Proteinbiosynthese eingebaut wird, kann es sich nicht um einen primären Mangel handeln. Hydroxylysin wird innerhalb des Kollagenproteins mithilfe von Lysylhydroxylasen aus Lysin gebildet. So kann sich ein Hydroxylysinmangel nur durch einen Defekt dieses Enzyms oder dessen unzureichende Funktion ergeben.

So gibt es eine Gruppe heterogener angeborener Bindegewebsschwächen, die als Ehlers-Danlos-Syndrom bezeichnet wird. Eine Reihe von Mutationen können für dieses Krankheitsbild verantwortlich sein. So kann unter anderem auch die Lysylhydroxylase defekt sein, sodass zu wenig Lysin hydroxyliert wird. Das Ehlers-Danlos-Syndrom äußert sich durch eine Überdehnbarkeit der Haut und einer Überbeweglichkeit der Gelenke. Auch innere Organe, Gefäße, Sehnen, Bänder und Muskeln sind betroffen. Die Prognose hängt von der Schwere des Defekts ab. Bei Beteiligung der Gefäße ist ein ungünstiger Verlauf zu erwarten. Der vollständige Ausfall des Enzyms Lysylhydroxylase ist mit dem Leben nicht vereinbar und wird daher auch nicht beobachtet.

Aber auch bei einem intakten Enzym kann es unter Umständen zu einer Bindegewebsschwäche aufgrund dessen geringer Aktivität kommen. Lysylhydroxylase benötigt als Cofaktoren Eisenionen und Ascorbinsäure (Vitamin C). Wenn beispielsweise Vitamin C fehlt, kommt es zum sogenannten Skorbut. Skorbut ist eine erworbene Erkrankung des Bindegewebes, die durch fehlende Hydroxylgruppen an Prolin- und Lysinresten des Kollagens verursacht wird. Ursache ist die geringe Aktivität der Prolinhydroxylase und der Lysinhydroxylase aufgrund des Ascorbinsäuremangels.

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