Kollagen

Molekularer Aufbau: Kollagen hat eine einzigartige Primärstruktur: Jede dritte Aminosäure ist Glycin (Gly-X-Y-Repeats), und die Positionen X und Y werden häufig von Prolin und Hydroxyprolin besetzt. Drei Polypeptidketten (α-Ketten) winden sich zu einer rechtsgängigen Tripelhelix - der charakteristischen Kollagenstruktur. Diese Tripelhelix verleiht dem Kollagen seine enorme Zugfestigkeit.

Kollagentypen und Verteilung:

• Typ I (90 % des Gesamtkollagens): Haut, Knochen, Sehnen, Bänder, Zähne, Organkapseln. Bildet dicke, stark zugfeste Faserbündel.
• Typ II: Hyaliner Knorpel (Gelenkknorpel, Trachea, Nasenseptum). Dünnere Fasern, hoch wasseraufnahmefähig.
• Typ III: Haut (Dermis), Blutgefäße, innere Organe. Bildet retikuläre Fasern und ist oft mit Typ I kolokalisiert. In der Wundheilung wird zuerst Typ III gebildet und später durch Typ I ersetzt.
• Typ IV: Basalmembranen (keine Fibrillen, sondern Netzwerk). Bildet die Grundlage des Epithels, der Blutgefäß-Endothelien und der glomerulären Filtrationsmembran in der Niere.

Kollagensynthese: Die Synthese ist ein mehrstufiger Prozess:

1. Transkription und Translation: Pro-α-Ketten werden an Ribosomen synthetisiert.
2. Hydroxylierung: Prolyl-Hydroxylase und Lysyl-Hydroxylase hydroxylieren Prolin und Lysin - dieser Schritt ist Vitamin-C-abhängig. Ohne Vitamin C können die Pro-α-Ketten keine stabile Tripelhelix bilden -> Skorbut.
3. Glykosylierung: Hydroxylysin-Reste werden mit Galaktose und Glukose glykosyliert.
4. Tripelhelix-Bildung: Drei Pro-α-Ketten lagern sich zur Prokollagen-Tripelhelix zusammen (intrazellulär).
5. Sekretion und Prozessierung: Prokollagen wird sezerniert, Prokollagen-Peptidasen schneiden die N- und C-terminalen Propeptide ab -> reifes Tropokollagen.
6. Fibrillenbildung: Tropokollagen-Moleküle lagern sich extrazellulär zu Fibrillen zusammen.
7. Quervernetzung: Lysyl-Oxidase (kupferabhängig) bildet kovalente Cross-Links zwischen Kollagenmolekülen - sie verleihen den Fibrillen ihre mechanische Festigkeit.

Kollagenabbau: Matrix-Metalloproteinasen (MMPs) - insbesondere MMP-1, MMP-8 und MMP-13 (Kollagenasen) - bauen Kollagen ab. Unter physiologischen Bedingungen besteht ein Gleichgewicht zwischen Synthese und Abbau. Chronische Entzündung, UV-Strahlung und oxidativer Stress verschieben dieses Gleichgewicht zugunsten des Abbaus (erhöhte MMP-Aktivität, verminderte Synthese).

Kollagen im Darm: Die Basalmembran der Darmschleimhaut enthält vor allem Kollagen Typ IV. Die Submukosa - die Schicht unter der Mukosa - ist reich an Kollagen Typ I und III. Eine intakte Kollagenmatrix ist Voraussetzung für die Verankerung der Epithelzellen und die Wundheilung nach Mukosaschäden.