Keratin – struktur, funktion och exempel: hår, naglar, horn, fjädrar

Keratin: förstå struktur och funktion bakom hår, naglar, horn, klövar och fjädrar — exempel, egenskaper och biologisk betydelse i djurriket.

Keratiner är en familj av fibrösa proteiner. Keratin utgör hår hos djur, horn, naglar, klövar, skal, näbbar och fjädrar. Namnet kommer från det grekiska ordet keras som betyder "horn".

Keratiner är hårda och olösliga. De utgör de hårda men icke-mineraliska strukturerna hos reptiler, fåglar, amfibier och däggdjur. En liknande biologisk seghet finns i kitin.

Struktur

Keratiner är fibrösa och uppbyggda av långa polypeptidkedjor som bildar coiled-coil-dimerer. I epitelceller finns keratiner som så kallade intermediära filament (diameter omkring 10 nm) i cytoskelettet. De flesta keratiner delas in i två huvudtyper: typ I (sura) och typ II (basiska), som parar ihop sig till heterodimerer innan de polymeriseras till filament. Keratiner innehåller ofta höga halter cystein, vilket möjliggör bildning av disulfidbryggor (S–S) mellan kedjor — dessa kovalenta bindningar ger stor mekanisk hållfasthet och olöslighet.

Typer och variation

Man brukar skilja mellan:

• Mjuka (soft) keratiner — typiska för epidermis och andra levande epitelceller och ger flexibel struktur i hudens ytskikt.
• Hårda (hard) keratiner — finns i hår, naglar, horn, klövar och fjädrar; dessa är rikare på cystein och mer korslänkade.
• Beta-keratiner (corneous beta-proteins) — en grupp proteiner som återfinns i fåglars fjädrar och reptilers skal och skiljer sig i struktur från de mammaliära alfa-keratinerna.

Funktion

Keratiner ger mekaniskt skydd, struktur och form. I huden skyddar de underliggande vävnader mot mekanisk skada och vattenförlust. I hår, naglar, horn och fjädrar fungerar de som slitstarka ytskikt och verktyg för temperaturreglering, rörelse och försvar. I levande celler bidrar keratinfilament även till cellens form, motståndskraft mot dragspänning och tillförsel av intracellulär stabilitet genom att koppla samman cell‑cellkontakter och bindas till cellmembranet.

Syntes och omsättning

Keratiner syntetiseras av specialiserade celler — i hudens översta skikt av keratinocyter, i hårsäckens matriskeller och i nagelmatrix. När cellerna differentierar och fylls med keratin slutar de ofta att vara levande; de blir täta, döda celler fyllda med keratin (exempelvis hårstrån och naglar). Nedbrytning av keratin är svår och kräver kraftfulla enzymatiska processer eller mikrobiell aktivitet (svampar och vissa bakterier kan degradera keratin).

Exempel och förekomst

• Hår och päls — keratin i form av länge sammanlänkade filament ger tjocklek och elasticitet.
• Naglar och klor — platta, hårda strukturer av tätt packade keratinlager.
• Horn och klövar — mycket hårda keratiniserade strukturer med hög mängd disulfidbryggor.
• Fjädrar — specialiserade keratinstrukturer som möjliggör flygning, isolering och kommunikation.

Medicinsk och teknisk betydelse

Mutationer i keratingener (KRT‑familjen) kan ge ärftliga hud- och nagelsjukdomar, till exempel epidermolysis bullosa simplex eller olika typer av keratiniseringsstörningar. Keratin kan också påverkas av yttre behandlingar — kemiska permanentbehandlingar eller blekning bryter disulfidbindningar och förändrar hårstruktur.

Industriellt används keratin som råmaterial i vissa kosmetiska produkter, keratinbaserade biomaterial och för att framställa tillskott i textil- och kompositmaterial. Forskningsområden inkluderar återvunnet ull‑/hårmaterial till biomaterial och ytskikt.

Evolutionärt perspektiv

Keratiner och liknande strukturella proteiner har utvecklats för att ge mekanisk skyddsfunktion hos många grupper av djur. Skillnader mellan alfa‑ och beta‑varianterna speglar anpassningar till olika funktioner — t.ex. flexibilitet i hår mot styvhet i fjädrar och skal.

Sammanfattningsvis är keratiner mångsidiga, mekaniskt robusta proteiner som spelar central roll i djurs ytstrukturer och i epitelcellers interna stabilitet. Deras unika kemiska bindningar och filamentära organisation förklarar både deras hållfasthet och svårigheten att bryta ner dem.

Sök med bokstav