Kollagen- und Elastische Fasern

Die faserige Komponente der extrazellulären Matrix besteht hauptsächlich aus zwei Proteinsystemen mit komplementären mechanischen Aufgaben. Kollagenfasern verleihen Zugfestigkeit und Widerstand gegen Dehnung, während elastische Fasern es Geweben ermöglichen, sich zu dehnen und zurückzuziehen. Ihre relativen Mengen und Anordnung, zusammen mit dem feinen retikulären Kollagennetzwerk, bestimmen maßgeblich den mechanischen Charakter jedes Bindegewebes.

Definition

Kollagen- und elastische Fasern sind die beiden Hauptfasersysteme der extrazellulären Matrix: Kollagen ist eine Familie von tripelhelikalen Proteinen, die sich zu Fibrillen und Fasern zusammenlagern und Zugfestigkeit verleihen, und elastische Fasern bestehen aus vernetztem Elastin, das auf einem Gerüst aus Fibrillin-Mikrofibrillen abgelagert ist und Dehnung und Rückfederung ermöglicht.

Scope

Dieses Thema behandelt die Hauptfasern des Bindegewebes: Kollagen (sein tripelhelikales Molekül, Fibrillen- und Faserbildung sowie der retikuläre Subtyp) und elastische Fasern (Elastin und die Fibrillin-Mikrofibrillen, auf denen es abgelagert wird). Es konzentriert sich auf Struktur und Aufbau; die breitere Matrix und ihre Grundsubstanz werden im Thema „Zusammensetzung der extrazellulären Matrix“ behandelt. Es handelt sich um eine strukturelle Referenz, nicht um eine klinische Leitlinie.

Core questions

• Wie ist das Kollagenmolekül aufgebaut und wie lagert es sich zu Fibrillen und Fasern zusammen?
• Was unterscheidet elastische Fasern von Kollagen in Struktur und mechanischem Verhalten?
• Wie verhalten sich retikuläre Fasern zu gewöhnlichen Kollagenfasern?

Key concepts

• Tripelhelikales Kollagenmolekül (Gly-X-Y-Wiederholung)
• Fibrilläre Kollagene (Typ I, II, III) und Fibrillenbildung
• Posttranslationale Modifikation und Quervernetzung
• Retikuläre Fasern (Typ-III-Kollagennetzwerk)
• Elastin und elastische Rückfederung
• Fibrillin-Mikrofibrillen als Elastin-Gerüst

Mechanisms

Die Grundeinheit des Kollagens ist ein Molekül aus drei Polypeptid-Alpha-Ketten, die zu einer Tripelhelix gewunden sind, ermöglicht durch eine sich wiederholende Gly-X-Y-Sequenz, in der Glycin jede dritte Position einnimmt und Prolin und Hydroxyprolin häufig vorkommen. Nach der Sekretion lagern sich fibrilläre Kollagene (wie Typ I, II und III) zu gebänderten Fibrillen zusammen, die sich zu Fasern bündeln; kovalente Quervernetzungen, die nach der Modifikation von Lysin- und Hydroxylysinresten gebildet werden, stabilisieren den Aufbau und bestimmen seine Festigkeit. Retikuläre Fasern sind ein feines, verzweigtes Netzwerk, hauptsächlich aus Typ-III-Kollagen, das zelluläre Organe und Gewebe stützt. Elastische Fasern funktionieren anders: Vernetztes Elastin bildet einen amorphen Kern, der sich wie Gummi dehnen und zurückziehen kann, und es wird auf einem Gerüst aus fibrillinreichen Mikrofibrillen abgelagert, das die Faser organisiert und für ihren korrekten Aufbau unerlässlich ist.

Clinical relevance

Die Integrität von Kollagen- und elastischen Fasern bestimmt, wie Haut, Sehnen, Gefäßwände und andere Gewebe Kräften widerstehen und ihre Form wiedererlangen. Daher bilden die hier dargestellten strukturellen Fakten die Grundlage für das Verständnis erblicher und erworbener Störungen dieser Fasern. Die Beschreibungen beziehen sich auf die normale Faserbiologie und sind keine Grundlage für eine individuelle Diagnose oder Behandlung in den Gesundheitswissenschaften.

History

Kollagen gehörte zu den ersten Proteinen, deren Struktur auf molekularer Ebene verstanden wurde, wobei die Tripelhelix Mitte des 20. Jahrhunderts etabliert und die größere Kollagenfamilie durch die nachfolgende Molekularbiologie aufgeklärt wurde. Elastische Fasern wurden ursprünglich durch ihre Färbung und ihr elastisches Verhalten definiert; spätere Arbeiten identifizierten Elastin als den rückfedernden Kern und die Fibrillin-Mikrofibrillen als das Gerüst, auf dem es abgelagert wird, wodurch geklärt wurde, wie die Zweikomponenten-Faser aufgebaut ist.

Seminal works

• shoulders-2009
• ricard-blum-2011
• wagenseil-2007

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen Kollagenfasern und elastischen Fasern?

Kollagenfasern sind stark und widerstehen Dehnung, wodurch sie Geweben Zugfestigkeit verleihen, während elastische Fasern sich dehnen und dann zurückfedern können, wodurch Gewebe wie Haut und Arterien nach einer Verformung in ihre ursprüngliche Form zurückkehren können.

Sind retikuläre Fasern eine separate Art von Faser?

Nein. Retikuläre Fasern bestehen größtenteils aus Typ-III-Kollagen; sie sind ein feines, verzweigtes Kollagennetzwerk, das ein zartes Stützgerüst bildet, das im Aussehen unterschiedlich, aber chemisch eine Form von Kollagen ist.