Hydroxyprolin ist wesentlicher Bestandteil des Kollagens und biochemisch das Produkt einer Hydroxylierung der Aminosäure Prolin. Bei verschiedenen Knochenerkrankungen, die mit einem Abbau von Knochensubstanz einhergehen, ist die Ausscheidung von Hydroxyprolin im Urin erhöht.

Hydroxyprolin ist wie das Prolin eine Aminosäure und stellt gemeinsam mit dem Prolin etwa ein Drittel des Aminosäurenbestands des Kollagens. Hydroxyprolin wird durch eine Vitamin-C-abhängige Hydroxylierung von Prolin im Körper synthetisiert; diese Hydroxylierung geschieht jedoch erst im bereits synthetisierten Kollagenmolekül. Bei Kollagenabbau, etwa im Rahmen von generalisierten Knochenstoffwechselstörungen (Kollagen ist wichtiger Bestandteil des organischen Knochens!), kommt es zu einer erhöhten Ausscheidung von Hydroxyprolin und Prolin im Urin. Die Ausscheidung von Hydroxyprolin ist jedoch ein recht unspezifischer Marker des Knochenabbaus; spezifischer ist die Bestimmung anderer Parameter des Knochenabbaus wie Desoxypyridinolin und Pyridinolin („cross links“). Aufgrund des Vitamin-C-abhängigen Biosynthesewegs des Hydroxyprolins kommt es bei Vitamin-C-Mangel zu einer Störung des Kollagenaufbaus mit den vom Skorbut bekannten Symptomen.