Kollagen

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer
Letzte Aktualisierung am: 16. November 2021
Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Kollagen ist das wichtigste Strukturprotein des Bindegewebes von Tier und Mensch. Mit 30 Prozent Anteil gehört es im menschlichen Organismus zu den häufigsten Proteinen. Es bildet netzartige Strukturen aus, welche die einzelnen Organe voneinander abgrenzen.

Inhaltsverzeichnis

Definition

Kollagen ist ein Strukturprotein des Bindegewebes und bildet eine netzartige Struktur aus. Während des Alterungsprozesses wird Kollagen abgebaut, welches die Zugfestigkeit der Haut reduziert und zu Falten führt.

Kollagen ist der Hauptbestandteil des Bindegewebes aller Organe. So bildet es das Fasermaterial von Knochen, Haut, Sehnen, Knorpel, Blutgefäßen und Zähnen. Im Griechischen bedeutet Kollagen Leim erzeugend. So wurde in der Vergangenheit häufig Knochenleim daraus hergestellt.

Außerdem ist es der Hauptgrundstoff für die Herstellung von Gelatine. Es wurden bisher 28 verschiedene Kollagentypen gefunden, wobei bei den Meisten die genaue Funktion nicht bekannt ist. Das Kollagen vom Typ I ist das wichtigste faserbildende Strukturprotein und kommt im Körper am häufigsten vor.

Anatomie

Kollagen setzt sich aus langen Proteinmolekülen zusammen, wobei sich jeweils drei Moleküle zu einer Superhelix zusammenschließen. Gleichzeitig bilden sich Querverbindungen zwischen den Fasermolekülen in Form eines Netzes aus. Innerhalb der Proteinkette ist jede dritte Aminosäure Glyzin. Häufig wiederholt sich auch die Aminosäuresequenz Glyzin-Prolin-Hydroxyprolin. Glyzin ist eine sehr kleine Aminosäure und passt deshalb gut in die Struktur der Tripelhelix.

Die Windungen dieser Helix sind sehr eng und daher ideal für die Besetzung durch Glyzin geeignet. Prolin besitzt im Molekül eine starre Ringstruktur und kann als Ecke im Polypeptidmolekül die Ausbildung der engen Windungen fördern. Hydroxyprolin kann wiederum Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den benachbarten Polypeptidketten ausbilden und die Helixstruktur dadurch stabilisieren.

Des Weiteren sind Hydoxyprolin und weitere Hydroxy-Aminosäuren für die extreme Ausbildung der Quervernetzung verantwortlich. Insgesamt erlangen dadurch die Kollagenfasern eine sehr starke Zugfestigkeit und können kaum ausgedehnt werden.

Bei der Bildung von Gelatine bleiben die Aminosäuresequenzen zwar erhalten, aber die Querverbindungen werden gelöst, sodass sich eine leimartige Konsistenz herausbildet. Je nach Typ setzt sich eine Kollagen-Helix aus bis mehreren Tausend Aminosäuren zusammen.

Innerhalb der einzelnen Typen befinden sich immer wieder über weite Domänen gleiche Strukturelemente. Besonders die primäre Struktur (Aminosäuresequenz) wiederholt sich immer wieder. Außer in den 28 Kollagen-Typen gibt es noch weitere Proteine, welche Domänen mit diesen Strukturen zeigen.

Funktion

Aufgrund ihrer Eigenschaften besteht die wichtigste Funktion der Kollagene darin, Oberflächenschichten auszubilden, um damit die Organe und den gesamten Körper zusammenzuhalten. So sind Kollagene die wichtigsten Bestandteile des Bindegewebes, welches den Hauptbestandteil der extrazellulären Matrix darstellt.

Die extreme Zugfestigkeit des Bindegewebes ist auf die Fähigkeit der Proteinketten des Kollagens zurückzuführen, sich untereinander vernetzen zu können. So bewirkt Kollagen die Reißfestigkeit von Sehnen und Bändern, die Flexibilität der Knochen und die Druckfestigkeit der Gelenkknorpel. Ohne Kollagen würden die Organe auseinanderfließen. Auch der gesamte Organismus wäre nicht stabil.

Es bildet die Grenzstrukturen zwischen den Organen aus. Allerdings ist das Zusammenspiel von Bindegewebe und Körperorganen so kompliziert, dass bisher noch nicht alle komplexen Zusammenhänge vollständig erfasst worden sind. So handelt es sich beim Bindegewebe nicht um inaktives Gewebe, welches die Organe nur zusammenhält.

Es finden intensive Stoffwechselvorgänge statt, bei denen auch das Kollagen eine aktive Rolle spielt. Ein wichtiges Beispiel dafür ist die Biomineralisation. In Knochen und Zähnen wirkt es beispielsweise als Kristallisationskeim für Hydroxylapatit und beeinflusst so zusätzlich die Festigkeit von Knochen und Zähnen.


Erkrankungen

  • Sjögren-Syndrom
  • Überstreckbarkeit der Gelenke
  • Knochendeformation
  • Reißen des Bindegewebes

Im Zusammenhang mit Kollagen können einige Erkrankungen auftreten. So gibt es die sogenannten Kollagenosen. Bei Kollagenosen handelt es sich um Autoimmunerkrankungen des Bindegewebes. Es ist jedoch eine uneinheitliche Gruppe von Erkrankungen mit unterschiedlichen Symptomen, Verlaufsformen und Ausprägungen. So kann das Bindegewebe von Haut, Muskeln, Drüsengewebe oder Sehnen betroffen sein.

Es treten teilweise auch Mischkollagenosen auf, wobei gleichzeitig das Bindegewebe der Haut, Muskeln oder innerer Organe angegriffen wird. Die Kollagenosen gehören zu den rheumatischen Erkrankungen. Meist sind auch Sehnen und Gelenke am Krankheitsgeschehen beteiligt.

Am häufigsten kommt das sogenannte Sjögren-Syndrom vor. Bei diesem Syndrom werden durch die Immunzellen Speichel- und Tränendrüsen angegriffen. Es kommt zu Mundtrockenheit und Trockenheit der Augen, die dadurch entzünden. Auch die Haut, die Gelenke und die Muskeln werden angegriffen.

Andere Erkrankungen des Bindegewebes sind teilweise genetisch bedingt. So kommt es dadurch häufig zu Defekten in der Kollagenbildung. Die Symptome richten sich danach, welches Bindegewebe betroffen ist. Dabei treten solche Erscheinungen wie Überstreckbarkeit der Gelenke, Knochendeformationen, Überdehnbarkeit und häufiges Reißen des Bindegewebes durch eine geringe Zugfestigkeit und vieles mehr auf.

Eine weitere Störung der Kollagenbildung beruht auf dem Mangel an Vitamin C. Vitamin C unterstützt die Bildung von Kollagen. Bei seinem Mangel wird mehr Bindegewebe abgebaut als aufgebaut. Es entwickelt sich das typische Krankheitsbild des Skorbuts.

Quellen

  • Furter, S., Jasch, K.C.: Crashkurs Dermatologie. Urban & Fischer, München 2007
  • Dirschka, T., Hartwig, R., Oster-Schmidt, C. (Hrsg.): Klinikleitfaden Dermatologie. Urban & Fischer, München 2010
  • Rassner, G.: Dermatologie – Lehrbuch und Atlas. Urban & Fischer, München 2009
  • Ellsässer, S.: Körperpflege und Kosmetik. Springer, Berlin 2008
  • Abeck, D. & Cremer, H.: Häufige Hautkrankheiten im Kindesalter: Klinik - Diagnose - Therapie, Springer Verlag, 3. Auflage, 2006

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