Keratin – hvad er det? Proteinet bag hår, negle, horn og fjer
Opdag keratin — det fibrøse protein bag hår, negle, horn og fjer: struktur, funktion og betydning for dyr og mennesker.
Keratiner er en familie af fibrøse proteiner. Keratin er det, der danner hår hos dyr, samt horn, negle, klove, skaller, næb og fjer. Navnet kommer af det græske ord keras, der betyder "horn".
Keratiner er hårde og uopløselige. De danner de hårde, men ikke-mineralske strukturer hos krybdyr, fugle, padder og pattedyr. En lignende biologisk sejhed findes i chitin.
Typer og molekylær struktur
Der findes flere varianter af keratin. Hos hvirveldyr skelner man ofte mellem alpha-keratin og beta-keratin (sidstnævnte kaldes også corneous beta-protein hos fugle og krybdyr). Alpha-keratin forekommer i bl.a. hår og negle, hvor proteinkæderne danner spiralformede alfa-helixer, som parres til coiled-coil-dimerer og videre til mangefibrede filamenter. Beta-keratin har en mere pladeagtig beta-foldning og bidrager til stive strukturer som fjer, næb og skæl.
Keratiner er rige på svovlholdige aminosyrer, især cystein. De mange cysteinrester danner disulfidbindinger (svovlbroer) mellem polypeptidkæder, hvilket giver høj mekanisk styrke og resistens over for opløsning og enzymatisk nedbrydning.
Biologisk rolle og forekomst
- Beskyttelse: Keratinlag i huden og i hår/negle beskytter mod mekanisk slitage, vandtab og skadelig mikroorganismer.
- Strukturfunktion: Danner horn, klove, skæl, fjer og andre eksterne beklædninger, som er vigtige for bevægelse, isolering og kamuflage.
- Barriere: I huden (epidermis) producerer keratinocytter keratin, som ved keratiniseringen udfylder cellerne og danner et tæt, beskyttende lag af døde, keratiniserede celler (stratum corneum).
Dannelse og genetik
Keratiner syntetiseres i celler kaldet keratinocytter i huden og i specialiserede celler i hår og negle. Keratiner er produkter af en stor familie af gener (ofte angivet som KRT1, KRT2 osv.), og forskellige keratintyper udtrykkes i forskellige celletyper og udviklingsstadier. Samspillet mellem keratin og keratin-associerede proteiner (KAPs) bestemmer hår- og negles styrke og elasticitet.
Sygdomme og genetiske forstyrrelser
Mutationer i keratin-gener kan føre til hud- og neglesygdomme. Eksempler inkluderer:
- Epidermolysis bullosa simplex: mutationer i KRT5 eller KRT14 kan gøre huden skrøbelig og føre til blærer ved mekanisk belastning.
- Pachyonychia congenita: arvelig sygdom med fortykkede negle og andre keratinforandringer forårsaget af mutationer i bestemte keratin-gener.
- Ikthyoser og andre keratiniseringsforstyrrelser: mindre normale afskalninger eller indtjening af huden pga. ændret keratinproduktion.
Praktiske og industrielle anvendelser
Keratin fra uld, fjer eller negle kan udnyttes i industrien. Eksempler:
- Keratinholdige biomaterialer: keratin anvendes til fremstilling af film, hydrogel og sår-dressinger i forskning og medicin, fordi det er biokompatibelt.
- Affaldshåndtering: specialiserede mikroorganismer og enzymer (keratinaser) kan nedbryde fjer og andet keratinaffald, hvilket bruges i kompostering og foderproduktion.
- Kosmetik og hårpleje: "keratinbehandlinger" og produkter med hydrolyseret keratin lover forbedret hårstruktur. Vær opmærksom på, at nogle salonbehandlinger bruger formaldehyd- eller aldehydholdige stoffer, som kan give sundhedsrisici.
Sammenligning med andre biopolymere
Keratin adskiller sig fra kollagen (et bundtformet protein, der dominerer bindevæv) og fra chitin (et aminopolymer, som findes i leddyrs eksoskeletter). Hvor kollagen og chitin også bidrager til mekanisk styrke i organismer, har keratin unikke kemiske bindinger (især disulfidbindinger) og et produktspektrum til eksterne, beskyttende strukturer.
Afsluttende bemærkninger
Keratin er et alsidigt og teknisk betydningsfuldt protein, centralt for mange dyrs overlevelse og for en række menneskelige anvendelser — fra medicin og materialer til kosmetik. Forskning i keratin og keratin-nedbrydende enzymer fortsætter med at udvide mulighederne for bæredygtig udnyttelse af keratinholdigt affald og udvikling af nye biomaterialer.
Mikroskopi af keratinfilamenter inde i celler.
Forskellige anvendelsesmuligheder for dyr
Keratiner er den vigtigste bestanddel af strukturer, der vokser fra huden:
- α-keratinerne i pattedyrs hår (herunder uld), horn, negle, kløer og klove
- de hårdere β-keratiner i krybdyrs skæl og kløer, deres skjold (chelonia, f.eks. skildpadder, skildpadder, terrapiner) og i fuglenes fjer, næb og kløer. Disse keratiner er hovedsageligt dannet i beta-plader. Der findes dog også beta-blade i α-keratiner.
Leddyr som f.eks. krebsdyr har ofte dele af deres exoskelet lavet af keratin, nogle gange i kombination med kitin.
Keratiner findes også i mave-tarmkanalen hos mange dyr, herunder rundorme (som også har et ydre lag af keratin).
Selv om det nu er svært at være sikker, er det næsten sikkert, at dinosaurernes skæl, kløer, nogle af deres beskyttelsespanser og næb har bestået af en type keratin.
Silke
De silkefibroiner, der produceres af insekter og edderkopper, klassificeres ofte som keratiner, selv om det er uklart, om de er fylogenetisk beslægtede med keratiner fra hvirveldyr.
Silke, der findes i insektpupper og i edderkoppespind og æggehuse, har også snoede β-foldede ark, der er indarbejdet i fibre, der er viklet ind i større supermolekylære aggregater.
Søge