Hidroxiprolina

(2S,4R)-4-hidroxiprolina, o L-hidroxiprolina (C₅H₉O₃N), es un aminoácido, abreviado como Hyp o O, p. ej., en Protein Data Bank.

Estructura y descubrimiento

En 1902, Hermann Emil Fischer aisló la hidroxiprolina de la gelatina hidrolizada. En 1905, Hermann Leuchs sintetizó una mezcla racémica de 4-hidroxiprolina.

La hidroxiprolina se diferencia de la prolina por la presencia de un grupo hidroxilo (OH) unido al átomo de carbono gamma.

Zwitterionic structure of (2S,4R)-4-hidroxiprolina (izquierda) y (2)R,4S)-4-hidroxiprolina (derecha)

Producción y función

La hidroxiprolina se produce mediante la hidroxilación del aminoácido prolina por la enzima prolil hidroxilasa después de la síntesis de proteínas (como una modificación postraduccional). La reacción catalizada por enzimas tiene lugar en la luz del retículo endoplásmico. Aunque no se incorpora directamente a las proteínas, la hidroxiprolina comprende aproximadamente el 4% de todos los aminoácidos que se encuentran en el tejido animal, una cantidad mayor que otros siete aminoácidos que se incorporan traduccionalmente.

Animales

Colágeno

La hidroxiprolina es un componente principal de la proteína colágeno y comprende aproximadamente el 13,5 % del colágeno de los mamíferos. La hidroxiprolina y la prolina juegan un papel clave para la estabilidad del colágeno. Permiten la torsión brusca de la hélice de colágeno. En la tríada canónica de colágeno Xaa-Yaa-Gly (donde Xaa y Yaa son cualquier aminoácido), una prolina que ocupa la posición Yaa se hidroxila para dar una secuencia Xaa-Hyp-Gly. Esta modificación del residuo de prolina aumenta la estabilidad de la triple hélice de colágeno. Inicialmente se propuso que la estabilización se debía a que las moléculas de agua formaban una red de puentes de hidrógeno que unía los grupos prolil hidroxilo y los grupos carbonilo de la cadena principal. Posteriormente se demostró que el aumento de la estabilidad se debe principalmente a efectos estereoelectrónicos y que la hidratación de los residuos de hidroxiprolina proporciona poca o ninguna estabilidad adicional.

Sin colágeno

La hidroxiprolina se encuentra en pocas proteínas además del colágeno. Por esta razón, el contenido de hidroxiprolina se ha utilizado como indicador para determinar la cantidad de colágeno y/o gelatina. Sin embargo, las proteínas de mamíferos elastina y argonaute 2 tienen dominios similares al colágeno en los que se forma hidroxiprolina. Algunos venenos para caracoles, las conotoxinas, contienen hidroxiprolina, pero carecen de secuencias similares al colágeno.

Se ha demostrado que la hidroxilación de la prolina participa en la selección de la subunidad alfa (HIF-1 alfa) del factor inducible por hipoxia (HIF) para la degradación por proteólisis. En normoxia (condiciones normales de oxígeno), la proteína EGLN1[1] hidroxila la prolina en la posición 564 de HIF-1 alfa, lo que permite la ubiquitilación por parte del supresor de tumores de von Hippel-Lindau (pVHL) y la subsiguiente orientación para la degradación del proteasoma.

Plantas

Las glicoproteínas ricas en hidroxiprolina (HRGP) también se encuentran en las paredes celulares de las plantas. Estas hidroxiprolinas sirven como puntos de unión para las cadenas de glucano que se agregan como modificaciones postraduccionales.

Importancia clínica

La hidroxilación de prolina requiere ácido ascórbico (vitamina C). Los primeros efectos más obvios (problemas gingivales y capilares) de la ausencia de ácido ascórbico en humanos provienen del defecto resultante en la hidroxilación de los residuos de prolina del colágeno, con una estabilidad reducida de la molécula de colágeno, lo que provoca el escorbuto.

También se han demostrado niveles elevados de hidroxiprolina en suero y orina en la enfermedad de Paget.

Otras hidroxiprolinas

También existen otras hidroxiprolinas en la naturaleza. Los más notables son 2,3-cis-, 3,4-trans- y 3,4-dihidroxiprolina, que se encuentran en las paredes celulares de las diatomeas y se postula que tienen un papel en la deposición de sílice. La hidroxiprolina también se encuentra en las paredes de los oomicetos, protistas similares a hongos relacionados con las diatomeas. (2S,4S)-cis-4-hidroxiprolina se encuentra en los péptidos cíclicos tóxicos de Amanita hongos (por ejemplo,, faloidina).