Kollagen (von griech. "Leim erzeugend") ist das häufigste Protein
im Säugetier (Anteil etwa 30 %). Es sind etwa 19 verschiedene Typen bekannt,
die unterschiedliche Genprodukte darstellen und sich durch verschiedene a-Ketten
unterscheiden.
Insgesamt sind 5 verschiedene a1-Ketten
und 2 verschiedene a2-Ketten bekannt.
Typen:
| Typ | Anteil | Struktur | Vorkommen |
| Typ I | 80% | Fibrillen aus 2 a1- und 1 a2-Kette | Haut, Sehnen, Bänder, Knochen, nahezu ubiquitär |
| Typ II | fibrillenbildend | Knorpel, Glaskörper | |
| Typ III | fibrillenbildend | Haut, Gefäße, innere Organe | |
| Typ IV | keine Fibrillen | Basalmembran | |
| Typ V | in geringen Mengen ubiquitär |
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Proteinfamilienklasse |
identifizierte Kollagene |
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Fibrilläre Kollagene |
I, II, III, V, XI |
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Netzwerkbildende Kollagene |
IV, VIII, X |
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Kollagene mit Transmembrandomäne |
XIII, XVII |
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Kollagene mit mehrfach unterbrochener Helix |
XV, XVIII |
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Verankernde Fibrillen in Basalmembranen |
VII |
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Mikrofibrilläre Kollagene |
VI |
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Fibrillenassoziierte Kollagene mit unterbrochenen Helices |
XI, XII, XIV, XVI, XIX |
Prockop D.J., Kivirikko KI. (1995): Collagens: molecular biology, diseases, and potentials for therapy. Annu. Rev. Biochem. 1995;64:403-34
Kollagen ist insgesamt aus drei Ketten aufgebaut, von denen jede einzelne an die tausend Aminosäuren enthält. Diese Ketten sind in Form einer Dreifach–Helix miteinander verdrillt. Die Helix hat einen Durchmesser von ca. 1.4nm und eine Länge von ca. 300nm. An den Enden der Moleküle kommen kurze, nicht-helikale Sequenzen vor (Am N-terminalen Ende 16 AS, am C-terminalen 25 AS), diese sind wichtig für die Quervernetzung.
In der Struktur des Kollagens kommen Aminosäuren in bestimmten Dreiergruppen vor: Gly-X-Y, wobei die beiden Plätze X und Y zumeist von Prolin, Hydroxyprolin oder Hydroxylysin besetzt sind. Die Hydroxylierung von Prolin und Lysin ist eine weitere wichtige Voraussetzung für die Quervernetzung (mechanische Stabilität!).
Die Entstehung der Hydroxylformen der beiden Aminosäuren ist vom Vorhandensein der Ascorbinsäure abhängig. Sie wird sowohl von der Prolin- als auch von der Lysin–Hydroxylase als Cofaktor unbedingt benötigt. Bei dieser Reaktion fungiert Ascorbinsäure jedoch nicht als Wasserstoff–Donator, wie man das annehmen könnte, sondern es reduziert das Eisen, den Metallkatalysator des Enzyms (Fe3+ à Fe2+). Durch diese Reaktion kann das Enzym erst seine Wirksamkeit entfalten.
Diese Tatsache erklärt die Zusammenhänge zwischen Ascorbinsäure und Wundheilungsprozessen sowie Narbenbildungen. Auch das Erscheinungsbild der massivsten Mangelerscheinung bei unzureichender Ascorbinsäurezufuhr, Skorbut, lässt sich auf die oben genannten Funktionen von Vitamin C zurückführen.
Die Synthese der Ketten findet in Form von Prokollagen im
rER der Fibroblasten statt. Posttranslatorisch werden Prä-Sequenzen von den
Ketten abgespalten, die Aminosäuren durch Prolyl- bzw. Lysyl-Hydroxylase
hydroxyliert sowie einige Hydroxylysinreste glykosyliert.
Intrazellulär finden eine Kettenauswahl und die Verdrillung der Ketten statt.
Danach werden die Pro-Fibrillen aus der Zelle ausgeschleust, nach Abspaltung der
Prokollagensequenzen entsteht das fertige Kollagenmolekül.
Extrazellulär erfolgt nun die Quervernetzung zu Mikrofibrillen und schließlich
zu Kollagenfasern. Durch die sog. Amadori-Umlagerung an den helikalen
Enden entstehen stabile Quervernetzungen.
Die Basalmembran besteht aus 2 Schichten, der Lamina lucida (Laminin) und der Lamina densa (Typ-IV-Kollagen). Das Typ-IV-Kollagen ist notwendig für die mechanische Stabilität der Basalmembran. Seine Ketten sind deutlich größer als beim Typ-I-Kollgen und haben neben helikalen auch globuläre Segmente, wodurch sich eine deutlich größere Flexibilität der Strukturen ergibt, die als Netzwerk angeordnet werden können.