Hydroxylysine

Hydroxylysine is een niet-klassiek proteïnogeen aminozuur. Het wordt als lysine in het overeenkomstige eiwit opgenomen en met behulp van een enzym in het polypeptide gehydrolyseerd tot hydroxylysine. Het is een van de belangrijkste componenten van de collageeneiwitten in bindweefsel.

Wat is Hydroxylysine?

Hydroxylysine is een proteïnogeen aminozuur dat eerst als lysine in een proteïne wordt opgenomen. Daarom is het een niet-canoniek proteïnogeen aminozuur. De term "canoniek" betekent klassiek.

Er is dus geen codon voor dit aminozuur. Hydroxylysine wordt voornamelijk aangetroffen in bindweefselcollageen en in glycoproteïnen. Daar wordt lysine via enzymatische processen omgezet in hydroxylysine. Slechts een deel van de lysine wordt omgezet in hydroxylysine. De eigenschappen van de respectievelijke collagenen zijn afhankelijk van de hoeveelheid gehydrolyseerde lysine- en prolineresiduen.

Hydroxylysine kan in vrije vorm worden geïsoleerd als het hydrochloride. Het hydrochloride van hydroxylysine is een beige poeder met een smeltpunt van 225 tot 230 graden. Het is een basisch aminozuur dat er ook voor zorgt dat hydroxylysine-bevattende eiwitten basisch reageren. Hydroxylysine werd ontdekt door de Amerikaanse biochemicus en medeoprichter van "Clinical Chemistry" Donald Van Slyke (1883-1971).

Functie, effect en taken

Hydroxylysine is van groot belang voor de opbouw van het bindweefsel. Glycoproteïnen bevatten ook hydroxylysine om glycosidische verbindingen van het eiwit te vormen met suikerresten op het hydroxylresidu.

Binnen het collageen is het verantwoordelijk voor de verknoping van de individuele eiwitmoleculen. Samen met hydroxylproline, de gehydrolyseerde vorm van proline, speelt het ook een belangrijke rol bij de opbouw van de tertiaire en quaternaire structuren van collageen. De hydroxylering van lysine wordt gekatalyseerd door het enzym lysylhydroxylase met de deelname van de cofactoren ijzerionen en ascorbinezuur (vitamine C). Het distributiepatroon van de gehydroxyleerde lysineresiduen in collageen is niet bijzonder stijf of flexibel. Er zijn altijd terugkerende patronen.

Er zijn echter ook hele gebieden in het eiwit die geen gehydroxyleerde lysineresten bevatten. Terwijl hydroxyproline verantwoordelijk is voor de helixstructuur van het collageen door de binding van drie eiwitketens, worden dwarsverbindingen tussen de verschillende eiwitmoleculen gevormd via de hydroxylgroepen van het hydroxylysine. Bovendien dienen deze moleculaire groepen ook als bindingsplaats voor een glycosidebinding met een suiker. Over het algemeen zorgt dit voor de sterkte van het bindweefsel.

Als er een tekort aan hydroxylysine in de eiwitten zit, kan dit niet worden verholpen door een extra opname van het aminozuur. Er is geen codon voor vrij hydroxylysine, zodat het niet in het overeenkomstige eiwit kan worden opgenomen. De waarde van voedingssupplementen met toegevoegde hydroxylysine is daarom zeer twijfelachtig. Daarom moet het tekort het gevolg zijn van onvoldoende hydroxylering van lysine.

Opleiding, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden

Hydroxylysine wordt alleen aangetroffen in menselijk en dierlijk collageen. Er zijn ook enkele glycoproteïnen die ook hydroxylysine bevatten. Dit omvat adiponectine. Adiponectin is een hormoon dat wordt aangemaakt in vetweefsel en een beslissende invloed heeft op de effectiviteit van insuline. Hydroxylysine is ook aangetroffen in sommige bacteriën, zoals Staphylococcus aureus.

De verdeling van het gehydroxyleerde lysine is niet uniform in het collageen. Er zijn locaties waar het bijna altijd wordt gevonden. In andere gebieden wordt hydroxylysine bijna nooit gevonden. Deze ongelijke verdeling bepaalt de structuur van het collageen. Binnen de drievoudige helixstructuur van collageen bevindt hydroxylysine zich altijd op de Y-positie van de herhalende sequentie Gly-X-Y. In de korte gebieden met een niet-helixstructuur komt hydroxylysine ook op andere plaatsen voor.

Ziekten en aandoeningen

Het bindweefsel is absoluut afhankelijk van de aanwezigheid van hydroxylysine. Collageen kan alleen stabiel en stevig zijn als de kruisverbindingen tussen de eiwitmoleculen werken. Een tekort aan hydroxylysine veroorzaakt zwakte van het bindweefsel.

Als het slechts in zeer kleine hoeveelheden of helemaal niet aanwezig is, zou het overeenkomstige organisme niet levensvatbaar zijn. Het bindweefsel kon zijn taak als beperkend en ondersteunend weefsel voor de organen niet meer vervullen. In feite zijn er ziekten die terug te voeren zijn op een tekort aan hydroxylysine. Aangezien dit aminozuur tijdens de eiwitsynthese aanvankelijk als lysine wordt opgenomen, kan het geen primaire tekortkoming zijn. Hydroxylysine wordt gevormd uit lysine in het collageeneiwit met behulp van lysylhydroxylasen. Een tekort aan hydroxylysine kan alleen het gevolg zijn van een defect in dit enzym of zijn onvoldoende functie.

Er is een groep heterogene aangeboren zwakke punten van het bindweefsel die bekend staat als het Ehlers-Danlos-syndroom. Een aantal mutaties kan verantwoordelijk zijn voor dit ziektebeeld. Het lysylhydroxylase kan onder andere ook defect zijn, waardoor te weinig lysine wordt gehydroxyleerd. Het Ehlers-Danlos-syndroom manifesteert zich door overrekbaarheid van de huid en overbeweeglijkheid van de gewrichten. Inwendige organen, bloedvaten, pezen, ligamenten en spieren worden ook aangetast. De prognose hangt af van de ernst van het defect. Als het om schepen gaat, is een ongunstige koers te verwachten. Het volledig falen van het enzym lysylhydroxylase is onverenigbaar met leven en wordt daarom niet waargenomen.

Maar zelfs met een intact enzym kan er zwak bindweefsel zijn vanwege de lage activiteit. Lysylhydroxylase vereist ijzerionen en ascorbinezuur (vitamine C) als cofactoren. Als er bijvoorbeeld vitamine C ontbreekt, ontstaat er wat bekend staat als scheurbuik. Scheurbuik is een verworven bindweefselziekte die wordt veroorzaakt door een gebrek aan hydroxylgroepen op de proline- en lysineresiduen van collageen. De oorzaak is de lage activiteit van prolinehydroxylase en lysinehydroxylase als gevolg van het tekort aan ascorbinezuur.