Hydroxyproline Trong Quá Trình Tổng Hợp Collagen Và Lợi Ích Đối Với Sức Khỏe

Bạn có muốn biết về vai trò của Hydroxyproline trong quá trình tổng hợp Collagen? Nó là một axit amin không thiết yếu có vai trò cực kỳ quan trọng trong quá trình này. Vậy những lợi ích đối với sức khỏe cơ thể trên da, xương, và khớp mà nó mang đến là gì? Hãy cùng Ovanic tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

1. Collagen và vai trò của Hydroxyproline trong quá trình tổng hợp Collagen

1.1 Định nghĩa về Collagen

Collagen là một loại protein cấu trúc phong phú nhất ở động vật. Có 28 loại Collagen đã biết, trong đó Collagen type I chiếm 90% lượng Collagen trong cơ thể người.

Collagen là loại protein chịu trách nhiệm cho sự khỏe mạnh của các khớp và độ đàn hồi của da. Nó có trong xương, cơ bắp và máu, bao gồm 3/4 làn da và 1/3 protein trong cơ thể bạn.

Collagen cấu tạo chủ yếu từ ba axit amin: glycine, proline và hydroxyproline. Ba axit amin này tạo thành ba sợi và tạo nên cấu trúc xoắn ba đặc trưng của Collagen. Nó được sử dụng để tạo mô liên kết nhờ vào cấu trúc giống như sợi của bản thân. Collagen có thể sản xuất tự nhiên trong cơ thể bằng cách kết hợp các axit amin của cơ thể và từ thực phẩm.

Nguồn Collagen tự nhiên có trong nhiều loại thực phẩm cả động vật và thực vật. Các sản phẩm bổ sung collagen có sẵn trên thị trường cũng là một sự lựa chọn. Các dạng sản phẩm bổ sung collagen gồm: bột hoặc viên nang, kẹo dẻo và chất lỏng.

>>>  Tìm hiểu chi tiết về collagen là gì

1.2 Tầm quan trọng của Collagen đối với sức khỏe

Collagen có ở rất nhiều bộ phận quan trọng trong cơ thể chúng ta. Nó không chỉ có lợi mà còn cần thiết để duy trì sức khỏe tốt. Trong mô liên kết, da, gân, xương và sụn là các nơi Collagen được tìm thấy nhiều nhất. Nó cung cấp hỗ trợ cấu trúc cho các mô. Nó giúp làm cho các mô mạnh mẽ và đàn hồi, có thể chịu được sự kéo căng. Nó cũng đóng vai trò quan trọng trong các quá trình của tế bào như:

• Sửa chữa mô
• Phản ứng miễn dịch
• Thông tin giữa các tế bào
• Sự di cư của các tế bào để duy trì mô

Từ các vai trò quan trọng trên mà collagen đêm đếm một số lợi ích sức khỏe như:

• Xương chắc khỏe hơn.
• Độ đàn hồi và độ ẩm của da. Nó cũng có thể giúp làm giảm nếp nhăn.
• Tóc dày hơn.
• Móng tay khỏe mạnh hơn.
• Giảm đau nhức xương khớp.
• Tăng khối lượng cơ bắp.
• Cải thiện sức khỏe tim mạch.

Khi bạn già đi, Collagen bị phân mảnh, chức năng nguyên bào sợi suy giảm và quá trình sản xuất Collagen chậm lại. Một số nguyên nhân khác khiến quá trình sản xuất collagen giảm nhanh:

• Tiếp xúc với ánh nắng nhiều
• Hút thuốc, uống nhiều rượu
• Chế độ ăn uống kém, nhiều đường
• Thiếu ngủ và ít tập thể dục.

Những nguyên nhân này làm hỏng các sợi collagen, làm giảm độ dày và độ bền của chúng. Cùng với việc mất đi một loại protein cấu trúc quan trọng khác là Elastin. Kết quả dẫn đến các dấu hiệu lão hóa xuất hiện như da chảy xệ và nếp nhăn.

 

1.3 Vai trò của Hydroxyproline trong quá trình tổng hợp Collagen

Trong collagen, Glycine chiếm 1/3 hàm lượng axit amin. Phổ biến tiếp theo là proline và Hydroxyproline chiếm ∼23%. Và đến ∼99,8% Hydroxyproline của cơ thể được tìm thấy trong collagen. Từ đó cho thấy đây là thành phần quan trọng của collagen. Và các xét nghiệm về axit amin này hữu ích như một chất định lượng collagen.

Proline được chuyển thành Hydroxyproline qua quá trình hydroxyl hóa. Quá trình này xảy ra sau dịch mã và được thực hiện bởi enzyme prolyl hydroxylase. Quá trình này cũng cần oxy, sắt và vitamin C làm đồng yếu tố.

Hydroxyproline sau đó đóng một vai trò quan trọng trong việc ổn định cấu trúc xoắn ba vòng của collagen. Vì nó hình thành liên kết hydro với các axit amin khác trong phân tử collagen.

Cả proline và Hydroxyproline đều rất quan trọng với quá trình sinh tổng hợp, cấu trúc và sức mạnh của collagen. Cấu trúc tuần hoàn của chúng hạn chế sự quay của chuỗi polypeptide, tạo ra và củng cố đặc tính xoắn của phân tử collagen. Và Hydroxyproline làm tăng tính đàn hồi của collagen, trong khi proline làm giảm nó.

Sự hiện diện của Hydroxyproline trong collagen cũng rất quan trọng đối với sự ổn định và khả năng chống lại sự phân hủy của các enzyme như collagenase.

Các nghiên cứu về mối tương quan giữa nhiệt độ co rút và hàm lượng Hydroxyproline cho thấy rằng:

• Giúp ổn định cấu trúc xoắn ba collagen do đặc tính hóa học lập thể của vòng pyrrolidine.
• Mang lại sự ổn định bằng cách hình thành các liên kết hydro bổ sung thông qua nhóm γ-hydroxyl.

2. Quá trình sản xuất Hydroxyproline

Có hai nguồn Hydroxyproline lưu thông trong cơ thể là:

• Từ chế độ ăn (nguồn tự nhiên) hoặc sản phẩm chức năng (nhân tạo)
• Từ quá trình hủy xương và thoái hóa collagen

2.1 Nguồn gốc và cách sản xuất Hydroxyproline trong tự nhiên

Nguồn gốc

Nguồn Hydroxyproline tự nhiên mà bạn dễ dàng thu nạp được là trong thức ăn.

Nguồn từ động vật là dồi dào nhất.

Gelatin: Nó có nguồn gốc từ collagen và thường được tìm thấy trong các loại thực phẩm như kẹo dẻo, thạch. Bạn cũng có thể mua gelatin không hương vị để bổ sung.

Nước hầm xương: Được tạo ra bằng cách ninh xương và các mô liên kết trong một thời gian dài. Uống hoặc sử dụng nước hầm xương để nấu súp và món hầm là một cách tuyệt vời để bổ sung Hydroxyproline.

Thịt: Ăn các bộ phận giàu mô liên kết của động vật như gân và sụn (sụn cá mập). Chúng có thể cung cấp một lượng đáng kể. Thịt gia cầm còn da và thịt có các mô liên kết đặc biệt phong phú hàm lượng Hydroxyproline.

Cá và hải sản: Cá có xương ăn được (như cá mòi hoặc cá hồi đóng hộp) và động vật có vỏ (như tôm và cua) cũng là nguồn cung cấp dồi dào.

Ngoài ra còn có trong trứng, sữa và các sản phẩm từ sữa,… cũng có Hydroxyproline.

Gần như rất ít các nguồn Hydroxyproline tự nhiên từ thực vật: hạt carob, mầm cỏ linh lăng. Bạn có thể sử dụng thêm các loại rau giàu vitamin C hay các loại quả có múi, trái cây. Chúng sẽ giúp quá trình tổng hợp Hydoxyproline từ proline của bạn được thuận lơi hơn.

Cách sản xuất

Hydroxyproline được hình thành trong quá trình biến đổi protein sau dịch mã thông qua quá trình hydroxyl hóa Proline bởi enzyme prolyl hydroxylase cần Vitamin C, sắt làm đồng yếu tố.

Trong cơ thể, Hydroxyproline không thể sản xuất trực tiếp. Việc tiêu thụ thực phẩm giàu collagen như nước hầm xương, có thể giúp hỗ trợ quá trình tổng hợp collagen. Và qua đó làm tăng mức độ Hydroxyproline trong cơ thể một cách tự nhiên.

2.2 Phương pháp tổng hợp Hydroxyproline nhân tạo

Ngoài thực phẩm tự nhiên, bạn có thể sử dụng một số thực phẩm bổ sung Hdroxyproline:

• Sản phẩm bổ sung collagen, bột protein có nguồn gốc từ động vật. Chúng đều có chứa một lượng đáng kể hydroxyproline.
• Sản phẩm bổ sung axit amin đơn chất chứa Hydroxyproline có sẵn ở dạng viên nang hoặc viên nén.

Lời khuyên: Bạn có thể mua collagen có chứa thành phần Hdroxyproline để bổ sung cho cơ thể của bạn.

Dưới đây là một số phương pháp để tổng hợp Hydroxyproline nhân tạo:

Tổng hợp từ quá trình hydroxyl hóa proline

• Hợp chất ban đầu: L-proline (C₅H₉NO₂). Bạn có thể mua nó từ nhà cung cấp hoặc sử dụng phương pháp như tổng hợp Strecker để chuẩn bị.
• Hydroxyl hóa proline: Để thực hiện phản ứng này trong ống nghiệm, bạn sẽ cần enzyme prolyl hydroxylase. Nó được lấy từ các sinh vật như vi khuẩn, nấm, thực vật và động vật. Enzym này xúc tác phản ứng với sự có mặt của 2-oxoglutarate, O₂ và ion Fe²⁺.  L-Proline + 2-Oxoglutarate + O2 + Fe2+ -> L-Hydroxyproline + Succinate + CO2 + Fe2+
• Điều kiện phản ứng: pH từ 7 đến 8, nhiệt độ từ 25-37 độ C. Bạn nên thực hiện phản ứng trong dung dịch đệm để duy trì độ pH ổn định.
• Tách và tinh chế: Hydroxyprolin thu được phải được tách ra khỏi hỗn hợp phản ứng. Điều này có thể được thực hiện thông qua các phương pháp như sắc ký lỏng, sắc ký trao đổi ion hoặc kết tinh sau đó lọc. Các bước tinh chế có thể bao gồm kết tinh lại, kết tủa hoặc làm bay hơi để thu được Hydroxyprolin tinh khiết.

Thủy phân Collagen

Đây là phương pháp dễ dàng và nhanh chóng nhất để tạo ra Hydroxyproline. Dưới tác dụng của NaOH, collagen bị cắt đứt các liên kết peptide làm phá vỡ liên kết trong collagen. Từ đó ta thu được Hydroxyproline sau quá trình tách và tinh chế.

3. Sự liên quan giữa Hydroxyproline và chất lượng Collagen

3.1 Ảnh hưởng của lượng Hydroxyproline đến chất lượng Collagen

Hydroxyproline là một axit amin đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất collagen trong cơ thể con người. Việc tăng lượng hấp thụ axit amin này có thể giúp cải thiện quá trình tổng hợp collagen. Và chất lượng của collagen phụ thuộc phần lớn vào lượng Hydroxyproline có trong cơ thể.

Sự ổn định nhiệt của collagen có ảnh hưởng quan trọng đến các ứng dụng thực tế của nó. Hydroxyproline với vai trò cải thiện sự ổn định cấu trúc của collagen. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng:

• Hàm lượng Hydroxyproline, đặc biệt là ở vị trí thứ ba trong trình tự (Gly-R2-R3)n cao có lợi trong việc cải thiện khả năng chịu nhiệt của cấu trúc collagen.
• Sự mở rộng nhiệt thường bắt đầu ở những vùng có ít hàm lượng Hydroxyproline hơn.

3.2 Các nghiên cứu về hàm lượng Hydroxyproline để tăng chất lượng Collagen

Nghiên cứu đầu tiên năm 1957 tiến hành trên collagen từ hai nguồn là mô liên kết của động vật có vú và mô liên kết xương. Kết quả phát hiện mối quan hệ trực tiếp giữa hàm lượng hydroxyproline của collagen và nhiệt độ co rút của nó nhờ các liên kết hydro từ nhóm hydroxyl của Hydroxyproline.

Một nghiên cứu tiến hành năm 1960 với kết quả: Sự biến tính và co rút của collagen là một quá trình phụ thuộc vào thời gian. Collagen sẽ biến tính ở nhiệt độ dưới nhiệt độ co rút tức thời trong một thời gian đủ dài. Thời gian này sẽ bị giảm nếu tỷ lệ hydroxyproline cũng giảm.

Nghiên cứu vào năm 2019, lần đầu tiên mô tả phương pháp xây dựng mô hình phân tử collagen tự nhiên. Các kết quả cho thấy hàm lượng Hyp đã cải thiện độ ổn định nhiệt của phân tử collagen. Trong cùng một môi trường nhiệt độ, hàm lượng càng cao thì khả năng chịu nhiệt càng mạnh. Trong quá trình biến tính nhiệt, cấu trúc xoắn ba của collagen không bị phá hủy đồng thời trên toàn bộ phân tử mà liên kết hydro giữa các chuỗi bị phá vỡ trước tiên ở vùng có hàm lượng Hyp thấp hơn.

Nghiên cứu vào năm 1979 cho thấy sự phụ thuộc độ ổn định nhiệt của collagen vào hàm lượng hydroxyproline ở vị trí thứ ba trong trình tự (Gly-R2-R3)n.

Kết quả trên được khẳng đinh lại ở nghiên cứu năm 2021. Phân tích tương quan chuyên sâu chứng minh rằng hydroxyproline ở vị trí thứ ba Yaa của Gly-Xaa-Yaa chủ yếu của chuỗi xoắn ba collagen có mối tương quan thuận cao nhất với nhiệt độ biến tính.

4. Các sản phẩm chứa Hydroxyproline và tác dụng của chúng đối với sức khỏe

4.1 Các sản phẩm làm đẹp chứa hydroxyproline và tác dụng của chúng đối với da và tóc

Dipalmitoyl hydroxyproline là một thành phần có nguồn gốc tự nhiên thường được tìm thấy trong các sản phẩm chăm sóc làm đẹp chống lão hóa. Nhờ vào tác dụng bảo vệ tiềm năng của nó đối với collagen và elastin. Tổn thương collagen và elastin làm da mất đi độ căng và đàn hồi, dẫn đến nếp nhăn và chảy xệ.

Dẫn xuất Dipalmitoyl Hydroxyproline với các đặc tính:

• Tan trong dầu giúp cải thiện khả năng thâm nhập
• Hydroxyproline là axit amin chính trong collagen của da
• Giúp bảo vệ các yếu tố hỗ trợ của da
• Phần palmitoyl đến từ axit palmitic có tác dụng dưỡng ẩm.
• Thành phần này hoạt động tốt nhất khi được kết hợp với dầu hoặc glycol vì cả hai đều làm tăng ái lực của nó đối với da.
• Mức sử dụng đề nghị của dipalmitoyl hydroxyproline là 0,1-2%. Các nghiên cứu lâm sàng từ các nhà cung cấp đã cho thấy sự cải thiện đáng kể về độ sâu của nếp nhăn khi sử dụng ở mức 0,5%.

4.2 Các sản phẩm chăm sóc khớp chứa Hydroxyproline và tác dụng của chúng đối với khớp

Sụn bị thoái hóa do nhiều nguyên nhân như vận động nhiều lần, khớp hoạt động không ổn định… dẫn đến viêm khớp. Những người bị viêm khớp có thể bị viêm khớp dạng thấp hoặc viêm xương khớp. Ngày nay, việc điều trị bệnh viêm xương khớp bằng thuốc chỉ giới hạn trong việc làm giảm các triệu chứng. Phổ biến nhất là thuốc chống viêm không steroid (NSAID) với nhiều tác dụng phụ. Do đó mà nhu cầu về cách điều trị an toàn hơn tăng cao.

Các sản phẩm chăm sóc khớp chứa Hydroxyproline như: sụn cá mập, collagen ở dạng đơn lẻ hay phối hợp. Các chế phẩm chứa curcuminoit với polyphenol trong trà xanh hoặc với sự kết hợp của glycine, proline và Hydroxyproline để sử dụng trong việc ngăn ngừa hoặc điều trị viêm xương khớp. Các dạng chế phẩm phối hợp sẽ cho tác dụng mạnh và hiệu quả hơn.

5. Kết luận

Hydroxyproline là thành phần chính của protein collagen. Hydroxyproline đóng vai trò quan trọng cho sự ổn định cấu trúc của collagen. Hydroxyproline về cơ bản có mặt trong tất cả các mô và tất cả các loại collagen. Nhờ vậy, nó amng lại các lợi ích sức khỏe cho xương, gân, sụn và da của cơ thể.

Nhiều bất thường trong quá trình chuyển hóa hydroxyproline đã được chứng minh là đóng vai trò chính trong sinh lý bệnh và cơ chế bệnh sinh của các bệnh khác nhau. Đây là tiềm năng sử dụng hydroxyproline như một dấu ấn sinh học trong tương lai.

Hãy theo dõi Ovanic để cập nhật thêm các bài viết mới nhất từ các chuyên gia của chúng tôi. Mong rằng những bài viết của chúng tôi sẽ hữu ích đối với bạn.

Nguồn tham khảo thông tin:

• https://www.healthline.com/nutrition/Collagen
• https://www.hsph.harvard.edu/nutritionsource/collagen/
• https://www.webmd.com/diet/collagen-health-benefits
• https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.9b05006#
• https://www.nature.com/articles/1881120b0
• https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/435609/
• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8233474/
• https://www.nature.com/articles/180243a0
• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5657141/#