Zellmechanismus
Wie der Osteoklast Knochen auflöst
Der Osteoklast baut sich einen abgedichteten Raum, säuert ihn an und zerlegt darin erst das Mineral und dann das Kollagen.
Knochen besteht aus zwei sehr verschiedenen Stoffen: hartem Mineral und zähem Kollagen. Für jeden braucht der Osteoklast ein eigenes Werkzeug. Säure löst das Mineral. Ein Enzym schneidet das Kollagen.
Damit Säure und Enzym nur dort wirken, wo sie sollen, schließt der Osteoklast den Arbeitsbereich zuerst dicht ab. Zurück bleibt eine flache Mulde im Knochen.
Für Ihre KnochenAn jeder Abbaustelle werden Calcium, Phosphat und Kollagen-Bruchstücke frei. Das freigesetzte Calcium hilft, den Blutspiegel stabil zu halten. Die Kollagen-Bruchstücke sind das, was im Labor als Abbaumarker gemessen wird.
Schritt 1: Andocken und Abdichten
Der Osteoklast heftet sich mit Haftmolekülen an die freigelegte Knochenoberfläche. Rund um die Kontaktfläche bildet er einen geschlossenen Ring, in dem die Zellhülle eng am Knochen anliegt. Diese Versiegelungszone wirkt wie eine Dichtung. Innerhalb des Rings faltet sich die Zellhülle zu einem dichten Saum aus vielen Falten. Dadurch entsteht eine große Fläche für den Stoffaustausch.
Schritt 2: Säure löst das Mineral
In der gefalteten Zellhülle sitzen Protonenpumpen. Sie befördern unter Energieverbrauch Wasserstoff-Teilchen in den abgedichteten Raum. Ein Kanal lässt Chlorid nachströmen. Zusammen ergibt das Salzsäure. Der Raum wird deutlich sauer.
Die Wasserstoff-Teilchen gewinnt die Zelle mit einem Enzym aus Kohlendioxid und Wasser. In der Säure geht das Knochenmineral in Lösung. Calcium und Phosphat werden frei.
Schritt 3: Kathepsin K schneidet das Kollagen
Kollagen lässt sich mit Säure nicht auflösen. Dafür gibt der Osteoklast das Enzym Kathepsin K ab. Es arbeitet gerade in saurer Umgebung gut und zerschneidet die Kollagenseile in Bruchstücke. Zu diesen Bruchstücken gehört das Endstück CTX mit seinen Quervernetzungen.
Die Abbauprodukte nimmt die Zelle auf, schleust sie in Bläschen durch ihr Inneres und gibt sie auf der Rückseite ab. Von dort gelangen sie ins Blut.
Was Erbkrankheiten darüber gelehrt haben
Fehlt die Protonenpumpe oder der Chloridkanal, können Osteoklasten nicht ansäuern. Der Knochen wird überdicht und spröde. Fehlt Kathepsin K, bleibt das Kollagen stehen, und es entsteht ebenfalls ein dichter, aber brüchiger Knochen. Aus solchen Beobachtungen wurden die einzelnen Schritte entschlüsselt und Ansatzpunkte für Medikamente abgeleitet.
Im Alltag
- Der Abbaumarker CTX ist ein Bruchstück genau dieses Vorgangs. Er wird über die Niere ausgeschieden und kann bei eingeschränkter Nierenfunktion höher erscheinen.
- TRAP5b ist ein Enzym, das Osteoklasten selbst abgeben. Es hängt weniger von der Niere ab.
In Zahlen
- Zwei Werkzeuge
- Säure für das Mineral, das Enzym Kathepsin K für das Kollagen.
- Mulde
- Die Abbaugrube eines Osteoklasten heißt Howship-Lakune.
- Säuregrad
- Der abgedichtete Raum erreicht einen pH-Wert von etwa 4,5.
Passende Laborwerte
- CTX
- TRAP5b
- DPD
- PYD
- Calcium