Hast du jemals von Kollagen gehört? In den Bereichen Sport und Ernährung, aber auch und vor allem in den Bereichen Kosmetik und Gesundheitsprodukte sind Kollagen und seine Fasern immer mehr in aller Munde.
Als echter Bestandteil vieler Organe und Teile des menschlichen Körpers werden diese Fasern zunehmend auch in kosmetische Präparate eingebaut, um von den Vorteilen zu profitieren, die Kollagen bereits bei uns Menschen natürlicherweise bringt. Widerstandsfähigkeit gegen Torsion, Druck und Spannung, Lebendigkeit, Heilung, gute Konstitution sind nur ein paar Punkte, die Kollagen positiv beeinflusst.
Das Wichtigste in Kürze
- Kollagenfasern sind die Hauptbestandteile des Bindegewebes und sind ein menschliches selbst erzeugtes Protein.
- Die große Kollagen-Familie besteht aus 29 Proteine. Jeder Kollagen-Typ hat sein eigenes spezifischeres Nutzen. Dennoch besteht die primäre Rolle der Kollagenfasern allgemein darin, zur Gestaltung des Körpers beizutragen, Widerstand gegen Dehnung am meisten zu leisten und Wunden bzw. Entzündungen zu heilen.
- Kollagen kann mit verschiedenen Krankheiten verlinkt werden, wenn ein Kollagen-Typ sich in Mangel befindet oder manche Gene sich transformieren. Der Stoff Kollagen wird in der Industrie meist für Gelatine, in der Biochemie als Medikamentenverpackung und für kosmetische Pflege benutzt und eingesetzt.
Glossareintrag: Der Begriff Kollagenfasern im Detail erklärt
Um dich mit möglichst vielen Informationen über Kollagenfasern zu versorgen, haben wir hier alle wichtigen und häufig gestellten Fragen zu diesem Thema gesammelt und beantwortet.
Auf diese Weise kannst du dich über all dies erkundigen oder auf dem Laufenden bleiben, denn was ist wichtiger als das, was deine Gesundheit und die Gesundheit deiner Familie und Freunde betrifft?
Was sind Kollagenfasern?
Die Matrix des Bindegewebes besteht hauptsächlich aus Fasern. Unter diesen Fasern befinden sich hauptsächlich Kollagenfasern. (7)
Mit bloßem Auge sehen diese weißlich aus. Aber unter dem Mikroskop kann man sogar sehen, dass sie in Bündeln von gewellten Fasern organisiert sind, von denen einige parallel zueinander verlaufen, ohne sich zu verzweigen. (8)
Das Wort Kollagen kommt aus dem Griechischen "kolla" für Leim und "gennan" für erzeugen. (14) (Bildquelle: Arthur Lambillotte / Unsplash)
Die Kollagen Proteinfamilie enthält mindestens 19 Proteine, welche formal als Kollagene definiert sind und 10 weitere Proteine, die kollagenähnliche Domänen aufweisen. (3)
Dieser Stoff liegt meist in fibrillärer Form vor, weshalb es auch als Kollagenfasern bezeichnet wird. Es besteht aus langen Ketten von Aminosäuren, den Bausteinen aller Proteine, die sich in drei Teilen zu Dreifachhelixen winden, die sich ihrerseits zu Fasern zusammenbinden. (2)
Kollagen ist ein essenzielles, vom Menschen erzeugtes Protein. (2)
Entscheidend für die Struktur des Kollagens ist die Kombination der Aminosäuren Glycin - Prolin - Hydroxyprolin. Es ist diese Kombination, die ständig mit oder ohne Variationen wiederholt wird und so die dreifach schraubenförmige Form des Prokollagens bewirkt. (9)
Prokollagen wird in Tropokollagen umgewandelt, wobei letzteres, wenn es miteinander verklumpt, einen Primärfaden bildet. Schließlich verbinden sich mehrere Primärfilamente zu Kollagenfibrillen und mehrere dieser bilden schließlich das Kollagenfaserbündel. (9)
Kollagen gehört zu einer Familie von sogenannten Strukturproteinen, die insbesondere dem Menschen eigen sind und von den funktionellen Proteinen, der zweiten Kategorie von Eiweißen zu unterscheiden sind. (2) Strukturproteine werden so genannt, weil sie Organismen formen, indem sie zu ihrer Struktur beitragen. Unter ihnen ist Kollagen besonders stark vertreten. Dieses faserige Protein ist bei allen Säugetieren bei weitem das am häufigsten vorkommende: Es macht 25 bis 35 % all ihrer Proteine und etwa 5 % ihrer Gesamtmasse aus. (1,4,5)
Das Molekulargewicht von Kollagen beträgt 300 kDa. (5)
Dieses faserige Strukturprotein besteht also genauer gesagt aus einem rechtshändigen Bündel von drei parallelen und linkshändigen Helixen vom Polyprolin-II-Typ.
Wo befinden sich Kollagenfasern?
Sie sind in der extrazellulären Matrix vorhanden, also außerhalb der Zellen, die sie im Bindegewebe der Tiere absondern. Darin verstehen wir eigentlich alle Säugetiere, also sowohl Menschen als auch Tiere wie Schweine und viele andere. (5)
Da es das am häufigsten vorkommende Protein bei Tieren ist und ein Viertel der Proteinmasse von Säugetieren ausmacht, werden Kollagenfasern als fast überall implantiert erkannt:
- in den Knochen (5,6)
- in den Zähnen (10)
- im Knorpel (5,6)
- im pulmonalen Interstitium (das Stützgewebe der Lunge) (5)
- in den Muskeln (5)
- in den Sehnen (4,6)
- in den Bändern (4,6)
- in der Haut (4,6)
- in der Hornhaut (10)
- in den Wänden der Blutgefäße (1,4,5)
Welche Typen von Kollagenfasern gibt es?
Es gibt verschiedene Arten von Kollagen, insgesamt 29, die sich alle durch die Struktur ihrer Molekülkette unterscheiden. (8) Die folgende Tabelle listet einige der Kollagentypen auf, von denen die wichtigsten von Typ I bis Typ IV reichen. (8)
Es gibt verschiedene Arten von Kollagen, je nach dem betreffenden Organ.
| Typ | Beschreibung |
|---|---|
| Kollagen Typ I | Es ist die meist vorkommende Art von Kollagen. Man findet sie in der Tat in den heilenden Wunden und überall (90 %) in fibrillärer Form im Körper, sei es in den Knochen, in den Zähnen, im Knorpel, in den Muskeln, in den Sehnen, in den Bändern, in der Haut, in der Hornhaut und in den Blutgefäßen. (4,5,6,8) |
| Kollagen Typ II | Es bildet 50 % aller Knorpelproteine und kommt auch im Glaskörper in fibrillärer Form vor. (4,5,6,8) |
| Kollagen Typ III | In fibrillärer Form ist dieser in der Hornhaut und ganz normaler Unterhaut, in Muskeln, Blutgefäßen, Uterus, Haaren und inneren Organe auffindbar. Zudem wird Kollagen Typ III in Granulationsgewebe in früheren Zeiten der Wunde eingesetzt, bevor später Kollagen Typ I synthetisiert wird. (4,5,6,8) |
| Kollagen Typ IV | Es ist ein Bestandteil der Augenlinse, der Kapillaren, der Niere und der Basallamina. (4,5,6,8) |
| Kollagen Typ V | Ebenso in fibrillärer Form in dem Interstitium und Plazenta- sowie anderen Gewebe zu finden, der Typ V wirkt zusammen mit dem Typ I. (4,5,6,8) |
| Kollagen Typ VI | Der Typ VI wird ebenso oft mit dem Kollagen Typ I assoziiert und dient zur Integrität von verschiedenen Geweben (4,5,6) |
| Kollagen Typ VII | Aggregiert sich zu Fibrillen zur Fixierung von dermalen und epidermalen Hautmembranen (4,5,6,8) |
| Kollagen Typ IX | Ist in Knorpel meistens lokalisiert und funktioniert in Geweben mit Typ II und XI Kollagenfibrillen. (4,5,6) |
Zusammenfassend und bezüglich der Haupttypen von Kollagenen, nämlich von I bis IV, können wir dies festhalten:
- Kollagen Typ I ist besonders voluminös und kommt daher in Knochen, Sehnen, Haut und im Dentin der Zähne vor. (9)
- Kollagen Typ II ist dünner und kommt hauptsächlich in Knorpel, Bandscheiben und im Glaskörper des Auges vor. (9)
- Typ-III-Kollagen gehört zu den dünnsten von allen und kommt hauptsächlich in glatter Muskulatur, Lymphgewebe und Knochenmark vor. (9)
- Im Gegensatz zu den anderen oben erwähnten Kollagentypen ist Typ-IV-Kollagen nicht fibrillär und findet sich daher in der Basalmembran und der äußeren Lamelle der Linsenkapsel. (9)
Alle diese Kollagenderivate vereinigen sich jedoch zu Tropokollagen. (8)
Welche Rollen haben Kollagenfasern im Körper?
Generell besteht die primäre Rolle des Kollagens darin, zur Struktur des Organismus beizutragen. In der Tat hat Kollagen die Eigenschaft, nicht dehnbar und daher zugfest zu sein, im Gegensatz zu Elastin, das auch im Bindegewebe vorhanden ist. (5)
Diese Faserproteine verleiht den Geweben mechanischen Widerstand gegen Dehnung. (1) Kollagenfasern sind in der Tat sehr resistent gegen Streckung und Zugspannung. (8)
Eine Sehne, die hauptsächlich aus Kollagenfasern besteht, hat eine Zugfestigkeit von 500 bis 1000 kg pro cm2. (8) Dies geht von dem durchschnittlichen Gewicht eines ausgewachsenen Bullen zu dem einem klassischen Auto!
Dies ist auf ihre gewellte Beschaffenheit zurückzuführen, die ihnen Verformbarkeit und zweckmäßige Beweglichkeit verleiht. (8)
Man versteht also die Rolle der Kollagenfasern in den Muskeln. Sie ermöglichen Widerstand und Ausdauer bei Widerstandstraining. Insbesondere verleihen sie der Haut von Säugetieren Festigkeit und Elastizität. (2)
Darüber hinaus sind spezielle Kollagenfasertypen für spezifischere Funktionen zuständig:
Kollagenfasern sind zum Beispiel für den Heilungsprozess besonders unentbehrlich. (5) Kollagene Typ I und IV spielen eine entscheidende Rolle bei der Regulation von Entzündung und der Tumorprogression. (11)
Wozu wird Kollagen in der Industrie verwendet?
Aus industrieller und wirtschaftlicher Sicht ist Kollagen der Rohstoff für die Herstellung von Gelatine. (5) Daneben werden Hydrogele auf Kollagenbasis insbesondere für biomedizinische Anwendungen wie die Verpackung und Verabreichung von Medikamenten und "Tissue Engineering" untersucht. (12)
Kollagen wird auch wegen seiner verjüngenden Eigenschaften, insbesondere auf Haut und Haar, untersucht, und deshalb findet seine Einarbeitung in kosmetische Pflege immer mehr Verbreitung. (5)
Welche Krankheiten sind mit Kollagen verbunden?
Es ist zu beachten, dass viele Krankheiten mit Defekten in der Kollagensynthese verbunden sind. Bestimmte Kollagengene können die Ursache von Bindegewebspathologien und insbesondere der Haut sein. Diejenigen, die den Typ V kodieren, sind zum Beispiel für Mutationen bestimmt, die zum klassischen Ehlers-Danlos-Syndrom führen, einer Krankheit, die hauptsächlich die Haut und die Struktur der Dermis betrifft und bei welchen Haut und Gelenke besonders dehnbar werden. (13,10)
Zudem können zum Beispiel Veränderungen im Zustand des Typ-I-Kollagens zu Osteogenesis imperfecta oder sogar zu Glasknochenerkrankungen führen. Der Schweregrad der Erkrankung hängt in diesem Fall vom Ausmaß der Mutation ab, eine Letalität kann jedoch nicht ausgeschlossen werden. (5,10)
Schließlich, beim Typ IV kann eine erbliche Missbildung der Kollagenfasern die Ursache für eine Nierenentzündung namens Alport-Syndrom sein, von der ca. eine von 7500 Personen und vier von fünfmal bei Männern betroffen ist. Die Folgen reichen bis zum Nierenversagen. (6)
Fazit
Kollagenfasern sind also wesentliche Bestandteile des ganzen Körpers und spielen viele Rollen: Widerstand gegen Dehnung und Zugkraft in Muskeln, Haut usw., Gestaltung der Anatomie in Knochen, Sehnen, Bändern, Knorpeln usw. sowie eine Beteiligung an vielen Organen wie Lungen, Augen usw.
Ebenso hat Kollagen nützliche Charakteristiken für die Industrie wegen seiner verjüngenden Eigenschaften und seiner mehr oder weniger elastischen Textur.
Obwohl die Familie der Kollagentypen groß ist (29 "Derivate"), reichen die wichtigsten von I bis IV und kommen an verschiedenen Stellen des Körpers mit ihren eigenen Besonderheiten und Verwendungszwecken vor. Ebenso hat jeder Kollagentyp seine eigenen Schwächen und damit verbundenen potenziellen Krankheiten, manche sogar mit schwerwiegenden Folgen.
Einzelnachweise
- Di Lullo GA, Sweeney SM, Korkko J, Ala-Kokko L, San Antonio JD. Mapping the ligand-binding sites and disease-associated mutations on the most abundant protein in the human, type I collagen. J Biol Chem. 2002;277(6):4223-4231. Quelle
- The Economist. (2017, August 24). Leather grown using biotechnology is about to hit the catwalk. Quelle
- COLLAGENS: Molecular Biology, Diseases, and Potentials for Therapy Darwin J. Prockop and Kari I. Kivirikko Annual Review of Biochemistry 1995 64:1, 403-434 Quelle
- Wikipedia contributors. (2020, August 29). Collagen. Wikipedia. Quelle
- Wikipedia contributors. (2020, Juni 15). Collagène. Wikipedia. Quelle
- Wikipedia-Autoren. (2003, Januar 30). Kollagene. Wikipedia. Quelle
- unifr.ch. (2019, Januar 22). Extrazelluläre Matrix. Lehrplattform Histologie. Quelle
- Kollagene Fasern. (2019, Januar 22). unifr.ch. Quelle
- Lecturio. (2017, Februar 1). Das Gewebe – Die Gewebetypen im Überblick. Lecturio Magazin. Quelle
- Futura, L. R. (o. J.). Collagène. Futura. Quelle
- Pasco, S. (2017, April 4). Effets biologiques de peptides des collagènes I et IV | Biologie Aujourd’hui. biologie-journal. Quelle
- Biomedical hydrogels. (2005, Januar 1). ScienceDirect. Quelle
- Ruggiero, F. (2017). Les collagènes du derme : au-delà de leurs propriétés structurales | Biologie Aujourd’hui. biologie-journal. Quelle
- GmbH, K. L. M. (o. J.). Woher kommt Kollagen | Wortherkunft von Kollagen | wissen.de. Konradin Medien GmbH, Leinfelden-Echterdingen. Quelle
