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Strukturproteine

Modifikation von Prolin und Lysin im Collagen

Collagen zeichnet sich chemisch durch die modifizierten Aminosäuren Hydroxyprolin und Hydroxylysin aus. Je nach Collagen-Typ sind mehr oder weniger Prolin- oder Lysin-Reste modifiziert, entsprechend unterschiedlich sind damit auch die Eigenschaften des Collagens. Generell kommt Hydroxyprolin häufiger vor als Hydroxylysin. Hydroxylysin dient als Anheftungsstelle für Zuckerreste (in Vertebraten sind das zumeist Glucose und Galactose) und ist außerdem wichtig für die kovalente Quervernetzung der Collagen-Moleküle.

Tab.1
Eigenschaften verschiedener Collagen-Typen
Vorkommen des CollagensModifikation
Haut und Knochenca. 20 % der Lysin-Reste sind hydroxyliert, Zuckergehalt ca. 0,4 %
Knorpelca. 60 % der Lysin-Reste sind hydroxyliert, Zuckergehalt ca. 4 %
Basalmembranmehr als 60 % der Lysin-Reste sind hydroxyliert, Zuckergehalt bis zu 12 %

Hydroxyprolin und Hydroxylysin werden nicht als bereits modifizierte Aminosäuren bei der Synthese des Collagen-Peptids am Ribosom eingebaut, sondern einige der Proline und Lysine werden während oder sofort nach der Synthese der Collagen-Helices von der Prolyl-Hydroxygenase bzw. der Lysyl-Hydroxygenase hydroxyliert, wenn die Proteine in das endoplasmatische Retikulum (ER) transportiert werden. Im ER und im Golgi-Apparat werden dann die drei Helices zur Tripelhelix zusammengefügt und miteinander verknüpft.

Warum werden Prolin- und Lysin-Rreste überhaupt modifiziert?

Nach heutiger Ansicht führt die Hydroxylierung von Prolin zu Hydroxyprolin vor allem zu einer größeren Stabilität der Collagen-Tripelhelix. Natives Collagen schmilzt bei 39 °C (so wird Gelatine gewonnen), während Collagen ohne Hydroxyprolin schon bei 24 °C seine Konformation verliert.

Abb.1
4-Hydroxyprolin

Skorbut

Die Prolyl-Hydroxylase ist eine Dioxygenase mit zweiwertigem Eisen im aktiven Zentrum. Um dieses Eisen-Atom im zweiwertigen Zustand zu halten, wird für die Reduktion Ascorbinsäure (Vitamin C) als reduzierendes Agens benötigt. Ohne Vitamin C wird Collagen synthetisiert, das kaum Hydroxyprolin enthält, und es kommt zur Mangelerkrankung Skorbut. Skorbutkranke leiden an schlecht heilenden Wunden, fragilen Blutgefäßen und leicht lädierbarer Haut.

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