WAS IST KOLLAGEN UND WORAUS BESTEHT ES? EIN AUSFLUG IN DIE CHEMIE

kollagen collagen Titelbild

Kollagen (oder Collagen auf Englisch) kann in unserem Körper scheinbar wahre Wunder vollbringen. Es verleiht der Haut Spannkraft, macht das Haar stark und unsere Knochen und Knorpel druckfest. Kurzum: Kollagen hält uns elastisch. [12]

Aber was ist Kollagen eigentlich genau? Wir machen einen kleinen Ausflug mit dir in die Chemie.

  1. Was ist Kollagen? (Definition, Geschichte & Aufbau)
  2. Warum ist Kollagen so besonders?
  3. Was ist der Unterschied zu Gelatine und Kollagen-Hydrolysat, Hyaluronsäure und Elastin?
  4. Interessante Alternativen: BCAA, Biotin, Botox, Molke, MSM und Retinol

 

Was ist Kollagen?

1. Definition 

Fast überall im Körper findet sich Kollagen, denn es ist unser wichtigstes Strukturprotein. Es handelt sich um das häufigste Protein im menschlichen Körper (bis zu 35%) und sogar um das am häufigsten vorkommende Protein im gesamten Tierreich. Durch seine Struktur bestimmt Kollagen die Elastizität und Zugfestigkeit des Gewebes. Es befindet sich vor allem im Bindegewebe, ist aber ebenso wichtig für die Gesundheit von Knochen, Knorpeln, Gelenken und Eingeweiden. Das Wort Kollagen leitet sich vom griechischen Wort kolla ab, was „Leim“ bedeutet. Kollagen ist also der natürliche „Klebstoff“ unseres Körpers und hält uns gewissermaßen zusammen. Es ist der Hauptgrundstoff für die Herstellung von Gelatine. Die internationalisierte Schreibweise ist Collagen [1].

 

2. Geschichte

Kollagen kommt schon bei Schwämmen vor, d.h. evolutionär gesehen, handelt es sich um ein sehr altes Protein. Schwämme gelten nämlich als die ältesten Vielzeller der Erde. Seit hunderten Millionen von Jahren sind diese urtümlichen Tiere schon in den Meeren zuhause. [2]

Im 19. und 20. Jahrhundert untersuchten Chemiker erstmals Gelatine – also die Substanz, die beispielsweise eine Brühe gelieren lässt und entsteht, wenn man Kollagen kocht.

Die erste industrielle Produktion von Kollagenpeptiden begann in Europa in den 1940er Jahren. In den 1970er Jahren begann man dann, die Kollagenpeptide als Ersatz für Zucker und Fett in diätischen Produkten zu verwenden. In den späten 1970er Jahren nahm die Popularität von proteinreichen Diäten stark zu – und somit auch die Nachfrage nach Kollagenpeptiden. Zugleich fanden Kollagenpeptide immer mehr Verwendung in Kosmetikprodukten. Auch immer mehr Nahrungsmittel wurden mit Kollagen angereichert und man fand heraus, dass der Salzgehalt in Fleisch- und Wurstwaren durch den Zusatz von Kollagenpeptiden reduziert werden konnte, ohne dass es Auswirkungen auf den Geschmack hatte. 1985 wurden die ersten wissenschaftlichen Studien zur Wirkung von Kollagen auf die Gelenke durchgeführt. 

Heute kommt das Protein häufig in Trinkampullen, Pulvern, Kapseln oder Crémes vielfältig zum Einsatz. [3]

 

3. Aufbau

Wie beschrieben, handelt es sich bei Kollagen um ein Protein.

Proteine sind aus Aminosäuren zusammengesetzt; in diesem Fall hauptsächlich Glycin (33 %), Prolin (12 %) und Hydroxyprolin (10 %). Aber wie bildet sich Kollagen im Körper nun genau?

Gebildet wird Kollagen von Bindegewebszellen, auch Fibroblasten genannt. Diese Fibroblasten reihen mehr als 1.000 Aminosäuren zu sogenannten Alpha-Ketten aneinander. Das sind die Polypeptide. Die Alpha-Ketten winden sich in Form einer Helix und werden durch Wasserstoffbrückenbindungen stabilisiert. Aufgrund der Helix-Struktur muss jede dritte Aminosäure besonders klein sein – an diese Stelle passt perfekt das Glycin, denn es ist die kleinste aller Aminosäuren. Glycin macht ein Drittel der Aminosäuren im Kollagen aus. Prolin und Hydroxyprolin ermöglichen eine dichte Zusammenlagerung der Alpha-Ketten und kommen daher ebenfalls häufig im Kollagen vor. 

Wenn sich drei solcher Alpha-Ketten nun umeinander winden, nennt man das Tropokollagen-Einheit. Lagern sich mehrere Tropokollagen-Einheiten im Extrazellulärraum (außerhalb der Zelle) aneinander, bilden sich dünne Kollagenfibrillen. Fügen sie sich weiter zusammen, entstehen dickere Kollagenfasern. Die Kollagenfaser wird durch die Verknüpfungen innerhalb des Tropokollagens und zwischen benachbarten Tropokollagenen stark, flexibel und zugfest. Kollagen kannst du dir also wie Stahlkabel vorstellen: Es bildet außerhalb der Zellen zusammen mit anderen Komponenten ein Gerüst um die Zellen. Daher wird Kollagen auch als Strukturprotein bezeichnet. Wegen ihrer geringen Dehnungsfähigkeit stellen die Fasern ein ideales Baumaterial für Bänder, Sehnen und Muskelfaszien dar. [4]

Mehr erfährst du im Artikel Wo kommt Kollagen vor – Pflanzliche Alternativen?

 

4. Kollagen-Typen

Es gibt verschiedene Kollagen-Typen. Diese unterscheiden sich je nach ihrer Zusammensetzung. Insgesamt sind mittlerweile 28 Typen entdeckt worden. Deren Funktion ist jedoch zum Teil noch ungeklärt. Welche Funktion die einzelnen Typen im Körper übernehmen, bestimmten ihre Eigenschaften. Typ I ist etwa besonders breit und von daher in Knochen, Sehnen, Haut und im Dentin der Zähne zu finden. Dagegen ist Typ II dünner und befindet sich vornehmlich in Knorpel, Bandscheiben und im Glaskörper des Auges. Typ III ist von diesen Typen das feinste Kollagen und ist in glatter Muskulatur, lymphatischem Gewebe und im Knochenmark anzutreffen. Typ IV liegt in der Basalmembran und der Lamina externa, der Linsenkapsel, vor, während sich Typ V in Basallamina von glatten und gestreiften Muskelzellen findet. Die wichtigsten sind Kollagen Typ I, II, III und IV. 

Hier nochmal auf einen Blick:

  • Typ I: in Haut, Sehnen, Knochen, Dentin, Faszien, Gefäße, innere Organe
  • Typ II: in Knorpel, Glaskörper des Auges
  • Typ III: in Haut, Uterus, Blutgefäßen
  • Typ IV: in Nieren-Glomeruli, Augenlinse, Basallamina von Epithel- und Endothelzellen
  • Typ V: in Basallamina von glatten und gestreiften Muskelzellen

 

Was macht Kollagen so besonders?

Kollagen ist ein echtes Multitalent: es verleiht unserer Haut Straffheit, macht die Knochen stabil, sorgt für eine starke Haarpracht und schmiert die Gelenke. Es ist verantwortlich für gesunde Organe, flexible Bänder und Sehen – kurzum für einen widerstandsfähigen Körper. In Form von Knorpelmasse lässt es unsere Ohren und Nasenspitze flexibel werden, während die Knorpel an den Rippen und der Wirbelsäule uns vor Stauchungen schützen. Im Erwachsenenalter baut der Körper jedoch immer weniger Kollagen auf. Das macht sich bemerkbar: Die Gelenke verschleißen, die Knochen werden brüchiger, Muskeln schwächer und die ersten Hautfältchen werden sichtbar. Dann ist es Zeit, dass du deinen Körper gezielt mit dem wertvollen Protein versorgst. Dazu bieten sich, wie beschrieben, Trinkampullen, Pulver und Kapseln an. Alle, die es lieber natürlich mögen, können sich eine gute Knochenbrühe gönnen, die ebenfalls Kollagen enthält. [12]

Mehr zu den Funktionen von Kollagen erfährst du übrigens in unseren Artikeln:

 

Was ist der Unterschied zu Gelatine, Kollagen-Hydrolysat, Hyaluronsäure und Elastin?

Gelatine

Hitze, Säuren und Basen zerstören die Struktur (Alpha-Ketten) von Kollagen. Wird es nun gekocht, löst sich zunächst deren Verbindung. Nun liegen die Alpha-Ketten einzeln vor und gelieren. Gelatine ist also nichts anderes als gekochtes Kollagen. Außerdem kann sie mit Hilfe von Säuren oder Basen aus Kollagen gewonnen werden. Daher enthalten viele traditionelle Rezepte für Knochenbrühe eine Säure (meist in Form von Apfelessig). Die Eigenschaften der Gelatine sind abhängig von der Herkunft des Kollagens – also von Tier- und Gewebeart – sowie vom Extraktionsprozess – also von Temperatur, Zeit und pH-Wert. 

Kollagen-Hydrolysat

Kollagen-Hydrolysat entsteht, wenn die Gelatine enzymatisch weiter abgebaut wird. Am Ende hat man ein weißliches Pulver, das in Flüssigkeiten löslich ist. Kollagen-Hydrolysat findet häufig Verwendung in Nahrungsergänzungsmitteln. Das Pulver wird meist zur gesunden Erhaltung von beispielsweise Gelenken oder der Haut angewendet. [11]

Hyaluronsäure

Die Grundsubstanz, in die unsere Zellen eingebettet sind, ist die extrazelluläre Matrix. Sie ist quasi der „Klebstoff“, der die Zellen zusammenhält. Sie besteht hauptsächlich aus Proteinen (darunter Kollagen und Elastin) und einem wasserreichen Gel aus Polysacchariden und Proteoglykanen. Zu den Polysacchariden gehört unter anderem Hyaluronsäure, eine unverzweigte Kette von mehreren tausend Zuckermolekülen. Hyaluronsäure kommt im Bindegewebe der Haut vor und ist hier ein wichtiger Bestandteil. Hyaluronsäure bindet nämlich Feuchtigkeit in der Haut und sorgt so für einen frischen Teint. Zudem ist sie in anderen Teilen deines Körpers vorhanden: In den Augen und Gelenken etwa wirkt sie als Schmier- und Dämpfungsstoff. [5] [10]

Elastin

Kollagene bilden den größten Anteil der extrazellulären Matrixproteine; bei Säugetieren sind es immerhin ca. 25 % des gesamten Proteingehalts. Elastin, ebenfalls ein Strukturprotein, bestimmt hingegen die Elastizität der extrazellulären Matrix. Das Protein zeichnet sich dadurch aus, dass es sich nach Streckung wieder gummiartig zusammenziehen kann.

 

Interessante Alternativen

BCAA, Biotin, Botox, Molke, MSM und Retinol sind Alternativen in der Anwendung zu Kollagen-Pulver und anderen Produkten – zum Beispiel bei Gelenkerkrankungen und Hautproblemen.

BCCA

BCAA ist die Abkürzung für „verzweigtkettige“ Aminosäuren (branched chain amino acids), zu denen Leucin, Isoleucin und Valin gehören. Diese Kombination ist besonders unter Sportlern beliebt, da sie proteinogen, also muskelaufbauend wirkt. Bei Aminosäuren handelt es sich um Eiweißbausteine, die im Körper verschiedene Aufgaben bei Stoffwechselprozessen erfüllen. Manche Aminosäuren kann der Körper selbst bilden, das sind die „nicht essenziellen“ Aminosäuren. Andere hingegen müssen wir über die Nahrung zufügen, diese nennt man „essenziell“. Kraft- und Ausdauersportler nehmen BCAA zu sich, da sie davon ausgehen, es fördere den Muskelaufbau und verringere Ermüdungserscheinungen. Aussagekräftige Studien fehlen jedoch bislang. [6]

Biotin

Biotin ist ein wasserlösliches Vitamin und Teil des Vitamin B-Komplexes. Biotin wirkt im Körper als Coenzym und wird benötigt für den Stoffwechsel von Fettsäuren, Aminosäuren und Glukose. Bei der Differenzierung von epidermalen Zellen spielt Biotin eine große Rolle und ist damit wichtig für gesunde Haut, Haare und Nägel. Biotin ist hauptsächlich in Eigelb, Leber, Hefe, Haferflocken, Hülsenfrüchten, Nüssen und Pilzen enthalten.

Botox

Der Begriff Botox ist die geläufige Bezeichnung für das Nervengift Botulinumtoxin, welches von dem Bakterium Clostridium botulinum abgesondert wird. Botox wirkt wie folgt im Körper: Um einen Muskel zu erregen, schüttet der entsprechende Nerv den Transmitterstoff Acetylcholin aus. Der sorgt für die Kontraktion, also dafür, dass der Muskel sich zusammenzieht. Botox hemmt die Ausschüttung von Acetylcholin. Somit kann die Muskulatur sich in der Folge nicht zusammenziehen und eine Lähmung tritt ein. Der Giftstoff kommt bekanntlich vor allem in der ästhetischen Medizin zur Faltenunterspritzung zum Einsatz. Aber auch in der Neurologie wird Botox unter anderem bei Bewegungsstörungen, Schielen und Spannungskopfschmerz  eingesetzt. [8]

Molke

Viele Proteinpulver basieren auf Molke, die Sportler und Gesundheitsbewusste alternativ zu Kollagenproteinen verwenden. Molke ist die Restflüssigkeit, die bei der Käseherstellung entsteht. Sie enthält neben Milchzucker auch einige Milchproteine. Molke enthält alle neun essenziellen Aminosäuren. Kollagen dagegen hat nur acht, ist dafür aber sehr reich an Prolin und Glycin.

MSM

MSM steht kurz für Methylsulfonylmethan – eine organische Schwefelverbindung, die in vielen Pflanzen und Tieren vorkommt. Der Körper benötigt Schwefel in Form der schwefelhaltigen Aminosäuren Methionin und Cystein. Schwefel spielt als Bestandteil von Chondroitinsulfat eine Rolle im Knorpelgewebe und so soll MSM als Nahrungsergänzungsmittel einen angeblich bei Arthrose-Patienten vorliegenden Mangel an Schwefel beseitigen. [9]

Retinol

Bei Retinol handelt es sich um eine sehr wirksame Form des Vitamin A. Seit Jahren findet es Verwendung in der Anti-Aging-Kosmetik. Retinol hilft Falten zu reduzieren, beim Aufbau der Hautstruktur und gilt als potentes Antioxidans gegen freie Radikale. Retinol fördert nicht nur die Produktion von gesunden Hautzellen, sondern regt außerdem die Kollagenproduktion im Körper an. [10]

 

Fazit

Kollagen hält also unser Körpergewebe flexibel. Es macht Haut, Knorpel und Knochen dehnbar und druckfest. Und auch wenn der Körper das Protein selbst herstellen kann, so gibt es doch durch Umwelteinflüsse, Krankheiten oder im Alter einen erhöhten Bedarf in unserem Körper. Auch wenn Kollagen ein natürlicher Bestandteil der Nahrung ist, nehmen wir heutzutage meist zu wenig davon auf: Lebensmittel wie Sülze, sehniges Fleisch oder Knorpel stehen weit weniger häufig auf dem Speiseplan, als noch zu Großmutters Zeiten. Leckere Rezeptideen, um das sofort zu ändern findest du im Artikel 5 Rezepte mit Kollagen und Gelatine. Ansonsten kannst du auch Trinkampullen, Pulver und Kapseln mit Kollagen zu dir nehmen. Oder Knochenbrühe.

 

Weiterführende Informationen findest du in unserem ausführlichen Kollagen-Leitartikel

 

Quellen:

[1] https://www.lecturio.de/magazin/gewebetypen-des-koerpers/

[2] https://www.planet-wissen.de/natur/tiere_im_wasser/tiere_der_tiefsee/pwietiefseeschwaemme100.html#Wo

[3] https://www.gelatine.org/de/kollagenpeptide/geschichte.html

[4] https://books.google.de/books?id=eZGUhbcZpekC&pg=PA28&lpg=PA28&dq=kollagen+zoologie&source=bl&ots=yfMZ7gfdiM&sig=ACfU3U3VYkkxRAncfSW7dhpRxELcLxPImA&hl=de&sa=X&ved=2ahUKEwjvx8zGoaLiAhXJwKQKHeDLAHgQ6AEwEXoECAoQAQ#v=onepage&q=kollagen%20zoologie&f=false

[5] http://www.was-ist-besser.net/hyaluron-oder-kollagen/

[6] https://www.fitbook.de/fitness/was-bringen-bcaa-wirklich

[7] https://www.deutsche-apotheker-zeitung.de/daz-az/2015/daz-19-2015/falten-von-innen-glaetten

[8] https://www.netdoktor.de/therapien/botox/

[9] https://www.verbraucherzentrale.de/wissen/lebensmittel/nahrungsergaenzungsmittel/msm-hilft-die-schwefeltherapie-bei-arthrose-13829

[10] https://www.beyer-soehne.de/retinol_gegen_hautalterung/

[11] https://www.vitamindoctor.com/naehrstoffe/sonstige-substanzen/kollagenkollagenhydrolysat/

[12] https://medlexi.de/Kollagen

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