Was zwischen den Zellen liegt

Bindegewebe erkennt man weniger an seinen Zellen als an dem, was diese Zellen nach außen abgeben. Fibroblasten scheiden Eiweiße und lange Zuckerverbindungen aus, die sich jenseits der Zellmembran zu einem eigenen Material ordnen, der extrazellulären Matrix. Sie begegnet uns in der Wand von Blutgefäßen, in den Kapseln innerer Organe und in dem lockeren Gewebe, das Organe umhüllt und gegeneinander verschiebbar hält.

Mechanisch betrachtet ist diese Matrix ein Verbundwerkstoff. Kollagenfibrillen fangen Zugkräfte ab, elastische Fasern kehren nach einer Dehnung in ihre Ausgangslänge zurück, und eine wasserreiche Füllmasse aus Proteoglykanen hält die Zwischenräume offen. Lose nebeneinander würden diese Bestandteile wenig ausrichten. Sie werden chemisch verknüpft, abgebaut und erneuert, und an mehreren dieser Schritte arbeiten Enzyme, die ohne ein bestimmtes Metallion nicht katalysieren.

Hemimorphitara folgt zwei solchen Enzymen bis in ihr aktives Zentrum: einem kupferhaltigen Enzym, das Querbrücken zwischen Faserproteinen vorbereitet, und einem manganhaltigen Enzym, das Bruchstücke aus dem Kollagenabbau wieder in Bausteine zerlegt. Für jedes der beiden Elemente existiert eine eigene zugelassene Angabe der Europäischen Union, die hier getrennt zitiert wird.

Eine Kollagenkette zwischen Verknüpfung und Abbau

Kollagen verlässt die Zelle als Vorläufermolekül mit sperrigen Endstücken. Erst wenn diese außerhalb der Zelle abgeschnitten sind, lagern sich die Stränge zu Fibrillen zusammen. In diesem Moment liegen sie noch unverbunden nebeneinander. Was aus ihnen ein zusammenhängendes Material macht, geschieht in den folgenden Stunden und Tagen an der Oberfläche der wachsenden Fibrille.

Allysin als chemischer Ankerpunkt

Die Lysyloxidase wird als inaktive Vorstufe ausgeschieden und nach dem Abspalten eines Propeptids aktiv. Sie greift gezielt Lysinreste an den nicht gewundenen Enden der Kollagenmoleküle an. Unter Verbrauch von Sauerstoff wird die Aminogruppe der Seitenkette abgelöst, übrig bleibt eine reaktionsfreudige Aldehydgruppe. Als Nebenprodukte entstehen Ammoniak und Wasserstoffperoxid.

Was danach folgt, braucht kein Enzym mehr. Das Aldehyd reagiert mit einer Aminogruppe oder einem zweiten Aldehyd im Nachbarmolekül. Zunächst bilden sich zweiwertige Verbindungen, die im Lauf der Zeit zu dreiwertigen Brücken wie Pyridinolin weiterreagieren. Das Kupfer-Ion bleibt dabei im Enzym; ohne es fehlt der Lysyloxidase ihre katalytische Aktivität. Für Kupfer hat die EU folgende Angabe zugelassen:

Das Zwei-Metall-Zentrum der Prolidase

Kollagen wird fortlaufend abgebaut und neu gebildet. Kollagenasen und weitere Proteasen zerschneiden die Stränge in immer kleinere Stücke, bis Zweierbausteine übrig bleiben. Endet ein solches Dipeptid auf Prolin oder Hydroxyprolin, hält der starre Ring dieser Aminosäure die Peptidbindung in einer Lage, an die gewöhnliche Dipeptidasen nicht herankommen.

Die Prolidase ist auf genau diese Bindung zugeschnitten. In ihrer Bindetasche sitzen zwei Mangan-Ionen, die über ein gemeinsames Hydroxid-Ion verbunden sind. Dieses Hydroxid greift das Kohlenstoffatom der Peptidbindung an, und das Dipeptid zerfällt in seine beiden Aminosäuren. Das Prolin kann erneut in eine Kollagenkette eingebaut werden. Für Mangan lautet die zugelassene Angabe:

Zuckerketten für die wasserreiche Füllmasse

Mangan-Ionen tauchen noch an einer zweiten Stelle auf. Im Golgi-Apparat verlängern Glykosyltransferasen die Zuckerketten von Proteoglykanen, indem sie aktivierte Zuckerbausteine einzeln anhängen. Mehrere dieser Enzyme binden ihren Zuckerspender nur, wenn ein zweiwertiges Metallion, oft Mangan, die Phosphatgruppen des Spenders ausrichtet.

Die beschriebenen Enzyme sind wissenschaftlicher Hintergrund. Die Verordnung selbst nennt keines davon; sie formuliert für jedes Element einen eigenen Satz über das Bindegewebe, und jeder dieser Sätze gilt nur für das darin genannte Element.