Hydroxyprolin

Strukturformel
	; (2S,4R)-4-Hydroxyprolin (2R,4S)-4-Hydroxyprolin; ; (2S,4S)-4-Hydroxyprolin (2R,4R)-4-Hydroxyprolin
Allgemeines
Name	Hydroxyprolin
Andere Namen	4-Hydroxypyrrolidin-2-carbonsäure
Summenformel	C5H9NO3
Kurzbeschreibung	farbloser Feststoff
Externe Identifikatoren/Datenbanken
ECHA-InfoCard	100.000.084
PubChem	825
DrugBank	DB08847
Wikidata	Q12460151
Eigenschaften
Molare Masse	131,13 g/mol
Aggregatzustand	fest
Schmelzpunkt	274 °C [(2S,4R)-4-Hydroxyprolin] ; 238-241 °C [(2S,4S)-4-Hydroxyprolin];
Löslichkeit	gut in Wasser (500 g/l bei 20 °C)
Sicherheitshinweise
	GHS-Gefahrstoffkennzeichnung{{{GHS-Piktogramme}}}
H- und P-Sätze	H: {{{H}}}
	EUH: {{{EUH}}}
	P: {{{P}}}
	Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Hydroxyprolin (exakter L-4-Hydroxyprolin) ist eine α-Aminosäure, welche im Kollagen vorkommt. Die genaue chemische Bezeichnung der in der Natur vorkommenden Aminosäure lautet (2S,4R)-4-Hydroxypyrrolidin-2-carbonsäure. L-4-Hydroxyprolin entsteht durch Hydroxylierung in der 4-Stellung am Pyrrolidinring von L-Prolin, welches bereits in eine Polypeptidkette eines Kollagenmoleküls eingebaut ist, katalysiert durch das Enzym Prolylhydroxylase, unter Mitwirkung von Ascorbinsäure (Vitamin C). Hydroxyprolin hat im Kollagenmolekül die Funktion, den Zusammenhalt der Kollagen-Tripelhelix über Wasserstoffbrücken zu stabilisieren. Von der 4-Hydroxypyrrolidin-2-carbonsäure gibt es insgesamt vier Stereoisomere, in unserer Umwelt spielt jedoch 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, meint man das natürliche (2S,4R)-Hydroxyprolin [Synonym:L-4-Hydroxyprolin].

Eigenschaften

Hydroxyprolin liegt überwiegend als „inneres Salz“ bzw. Zwitterion vor, dessen Bildung dadurch zu erklären ist, dass das Proton der Carboxylgruppe 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 das Hydroxyprolin auch seine geringste Löslichkeit in Wasser hat. Die beiden anderen Stereoisomeren mit (2S,4S)- bzw. (2R,4R)-Konfiguration verhalten sich analog, bilden also auch Zwitterionen.

Herstellung und Gewinnung

Die saure Hydrolyse gelatinehaltiger Proteine ergibt nach der Neutralisation ein Proteinhydrolysat, das aus den etwa 20 proteinogenen α-Aminosäuren besteht. Daraus läßt sich nach der 'Extraktionsmethode' (konkret mit der Hilfe von Ionenaustauschern) L-Hydroxyprolin [Synonym: (2S,4R)-4-Hydroxyprolin] gewinnen. Bis heute wird L-Hydroxyprolin nach dieser Trennmethode kommerziell gewonnen.^[4]

Chemie und Verwendung

(2S,4R)-N-Acetyl-4-hydroxyprolin wird als Arzneistoff verwendet. Für die vielstufige Synthese eines ACE-Hemmers wird (2S,4R)-4-Hydroxyprolin als Ausgangsstoff eingesetzt. (2S,4R)-4-Hydroxyprolin decarboxyliert thermisch durch Erhitzen in Tetraethylenglykoldimethylether in Gegenwart katalytischer Mengen Cyclohexen-3-on unter Bildung des cyclischen chiralen Aminoalkohols (R)-3-Hydroxypyrrolidin.^[5]

Strukturisomere

Strukturisomere der vier 4-Hydroxyproline sind die vier 3-Hydroxyproline. Letztere sind durchgängig Exoten und besitzen nur geringe Bedeutung. Es gibt vier stereoisomere 3-Hydroxyproline: Die (2S,3R)-Form, die (2R,3S)-Form, die (2S,3S)-Form und die (2R,3R)-Form.

Bestimmung des Hydroxyprolingehaltes

Die quantitative Analyse von Hydroxyprolin wird zur Bestimmung des Bindegewebsanteils in Fleischwaren herangezogen. Die Qualität von Fleischwaren kann bestimmt werden, da Hydroxyprolin nur in Kollagen und damit maßgeblich in Bindegewebe (Sehnen-, Knochen-, Knorpel- und Hautteilen) vorkommt; ein hoher Gehalt an Hydroxyprolin gilt daher als Indiz für eine erhöhte Verwendung minderwertiger Rohstoffe.

Die Probe wird mit Salzsäure aufgeschlossen und hydrolysiert (Hydrolyse), wobei insbesondere Polypeptide (Eiweisse) in die einzelnen Aminosäuren zerlegt werden. Das Fett wird abgetrennt und die Aminosäure mit Chloramin T oxidiert (Oxidation). Das Oxidationsprodukt bildet mit p-Dimethylaminobenzaldehyd ein rotgefärbtes Kondensationsprodukt. Dieses wird photometrisch bei 558 nm quantitativ nachgewiesen (Photometrie).

Quellen

↑ ^a ^b ^c ^d Sicherheitsdatenblatt Carl Roth.
↑ The Merck Index. An Encyclopaedia of Chemicals, Drugs and Biologicals. 14. Auflage, 2006, S. 839, ISBN 978-0-911910-00-1.
↑ Gefahrstoffliste (BGIA).
↑ Izumi, Y. et al. (1978): Herstellung und Verwendung von Aminosäuren. In: Angewandte Chemie 90(3) (1978) 187–194; doi:10.1002/ange.19780900307
↑ Wallbaum, S. et al. (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

[roth-1] Sicherheitsdatenblatt Carl Roth.

[MerckIndex-2] The Merck Index. An Encyclopaedia of Chemicals, Drugs and Biologicals. 14. Auflage, 2006, S. 839, ISBN 978-0-911910-00-1.

[Gefahrstoffliste-3] Gefahrstoffliste (BGIA).

[Izumi-4] Izumi, Y. et al. (1978): Herstellung und Verwendung von Aminosäuren. In: Angewandte Chemie 90(3) (1978) 187–194; doi:10.1002/ange.19780900307

[5] Wallbaum, S. et al. (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

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