Lysylhydroxylasen

Lysylhydroxylasen vertegenwoordigen een groep enzymen die verantwoordelijk zijn voor de hydroxylering van lysineresiduen in eiwitten. Ze dragen dus vooral bij aan de opbouw van het bindweefsel. Stoornissen in de functie van lysylhydroxylasen komen tot uiting bij ziekten zoals scheurbuik of het erfelijke Ehlers-Danlos-syndroom.

Wat zijn lysylhydroxylasen?

Lysylhydroxylasen zijn enzymen die tot taak hebben de posttranslationele modificatie van het aminozuur lysine te katalyseren door een hydroxylgroep in hydroxyllysine op te nemen. Dit versterkt het bindweefsel doordat de eiwitketens de kans krijgen om verder te netwerken via de hydroxylgroepen.

Het menselijke lysylhydroxylase bestaat uit 727 aminozuren. De lysylhydroxylasen behoren ook tot de groep van hydroxylasen, d.w.z. enzymen die in het algemeen de opname van hydroxylgroepen in moleculen katalyseren. Naast lysylhydroxylasen omvatten de hydroxylasen of oxidoreductasen ook prolylhydroxylasen, fenylalaninehydroxylase, tyrosinehydroxylase of tryptofaanhydroxylase. Vooral samen met de prolylhydroxylasen spelen de lysylhydroxylasen een belangrijke rol in de functie van het bindweefsel. Beide enzymgroepen hebben het co-enzym vitamine C nodig voor hun functie.

Functie, effect en taken

De functie van de lysylhydroxylasen bestaat uitsluitend uit het katalyseren van de opname van hydroxylgroepen in lysineresiduen in een eiwit. In de loop van een posttranslationele modificatie wordt het aminozuur hydroxylamine gevormd uit lysine.

Hoewel hydroxylamine ook vrij is, kan het in deze vorm niet in eiwitten worden opgenomen. Posttranslationele modificatie betekent dus de daaropvolgende omzetting van dit aminozuur nadat het eiwit is opgebouwd. Wanneer een waterstofatoom wordt vervangen door de hydroxylgroep, wordt op dit punt een functionele groep ingebouwd die overbruggende functies kan vervullen in het eiwit. Met behulp van de hydroxylgroep kunnen verschillende eiwitketens aan elkaar worden gekoppeld. Bovendien kunnen suikermoleculen binden aan deze functionele groep. Beide reacties zijn onder meer erg belangrijk bij de ontwikkeling van bindweefsel.

Het bindweefsel omsluit het organisme en de inwendige organen. Het moet stevig en strak zijn om onderscheid te kunnen maken tussen de functioneel verschillende organen. Daarvoor zorgen de eiwitten van het bindweefsel, die een hoog percentage van de aminozuren lysine en proline bevatten.Voor dit doel worden beide aminozuren vervolgens gedeeltelijk gemodificeerd na hun opname in het eiwit door toevoeging van een hydroxylgroep. Zoals reeds vermeld, wordt deze reactie met proline gekatalyseerd door prolylhydroxylasen en met lysine door lysylhydroxylasen. Na eiwitvorming creëren deze modificatiereacties een netwerk van eiwitketens die strak bindweefsel vertegenwoordigen.

Zonder de functie van beide enzymen zou de ontwikkeling van functioneel bindweefsel helemaal niet mogelijk zijn. Beide enzymen werken echter alleen met behulp van het co-enzym ascorbinezuur, d.w.z. vitamine C. Met structureel veranderde enzymen door mutatie of een tekort aan vitamine C kan dit leiden tot verstoringen in de structuur van bindweefsel en dus tot ernstige ziekten.

Opleiding, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden

Het PLOD1-gen is verantwoordelijk voor het coderen van menselijk lysylhydroxylase. De naam PLOD1 is afgeleid van de naam van het lysylhydroxylase "Prokollagen-Lysin, 2-Oxoglutarat-5-Dioxygenase 1". Dit gen bevindt zich op chromosoom 1. Omdat er constant nieuw bindweefsel wordt aangemaakt, is er ook een permanente behoefte aan de productie van lysylhydroxylasen. Een mutatie van dit gen kan daarom zeer ernstige gevolgen hebben voor de gezondheid van het organisme.

Ziekten en aandoeningen

Stoornissen in de functie van lysylhydroxylasen spelen een bijzonder belangrijke rol bij scheurbuik en het Ehlers-Danlos-syndroom. Scheurbuik staat bekend als een oude zeevarende ziekte, die wordt veroorzaakt door een tekort aan vitamine C. Vitamine C, ook bekend als ascorbinezuur, functioneert als een co-enzym van lysylhydroxylasen en prolylhydroxylasen. Als het ontbreekt, kunnen de aminozuren lysine en proline in bindweefselproteïne niet langer worden gehydroxyleerd.

Doordat er een constante opbouw en afbraak van bindweefselproteïnen is, kunnen de eiwitketens steeds minder netwerken tijdens de periode van vitaminetekort. Het bindweefsel wordt slap en kan zijn functie niet meer goed vervullen. Er treden verschillende symptomen op, waaronder algemene uitputting, vatbaarheid voor infectie, bloedend tandvlees, verlies van tanden, slechte genezing van wonden, ernstige huidproblemen, spierverlies en vele andere gezondheidsproblemen. Scheurbuik kan uiteindelijk leiden tot de dood door algemeen hartfalen of ernstige infecties. Vooral de zeevarenden uit de oudheid werden getroffen omdat ze tijdens de lange reizen op zee niet genoeg vitamine C konden krijgen.

Het is aangetoond dat de ziekte onmiddellijk geneest wanneer bepaalde voedingsmiddelen zoals zuurkool worden gegeven. Pas later werd erkend dat de oorzaak van de ziekte een vitamine C-tekort was. Het uitbreken van de zeevarende ziekte scheurbuik werd later voorkomen door de zeevarenden te voeden met zuurkool. Een andere ziekte, die slechts gedeeltelijk kan worden toegeschreven aan een defect in menselijk lysylhydroxylase, is het Ehlers-Danlos-syndroom. Het Ehlers-Danlos-syndroom is een verzamelnaam voor verschillende erfelijke bindweefselaandoeningen met verschillende oorzaken. Dit syndroom wordt gekenmerkt door ernstige zwakte van het bindweefsel.

De huid is overrekbaar en de gewrichten zijn beweeglijk. Een genetisch gemodificeerde lysylhydroxylase veroorzaakt het Ehlers-Danlos-syndroom type VI. Een gemuteerd gen genaamd PLOD1, dat zich op chromosoom 1 bevindt, is hiervoor verantwoordelijk. Het hieruit gevormde defecte enzym is niet meer volledig functioneel en kan de hydroxyleringsreacties op lysine slechts onvoldoende katalyseren. Er ontstaat een zwak bindweefsel met de bekende symptomen en extra betrokkenheid van de ogen en inwendige organen. Type VI Ehlers-Danlos-syndroom kan worden overgeërfd als een autosomaal recessieve eigenschap.