Keratin ([1][2]) gehört zu einer Familie faseriger Strukturproteine. Es ist das Schlüsselstrukturmaterial, aus dem Haare, Hörner, Krallen, Hufe und die äußere Schicht der menschlichen Haut bestehen. Keratin ist auch das Protein, das die Epithelzellen vor Beschädigung oder Stress schützt. Keratin ist extrem unlöslich in Wasser und organischen Lösungsmitteln. Keratin-Monomere bilden zu Bündeln, um Zwischenfilamente zu bilden, die zäh sind und starke unmineralisierte epidermale Anhänge bilden, die in Reptilien, Vögeln, Amphibien und Säugetieren gefunden werden. [3][4] Die einzige andere biologische Substanz, die bekannt ist, um die Zähigkeit keratinisierten Gewebes anzunähern, ist Chitin. [19659005] Etymology [ edit ]
Keratin stammt aus dem Griechischen κερατίνη keratíni [] []. κέρας keras (Genitiv κέρατος keratos )) bedeutet "Horn" und stammt aus dem Proto-Indo-Europäischen * die gleiche Bedeutung. [8] Es besteht aus "horn like", dh kerato [9] [ Zitat benötigt an das die chemische Endung -in ist beigefügt. [10] Zitat erforderlich The Greek [1965] 9029] Keras wird in vielen Tiernamen verwendet, z. Rhinoceros was "Nase mit einem Horn" bedeutet.
Beispiele für das Auftreten [ edit ]
Keratin-Filamente sind reich an Keratinozyten die Verhornungsschicht der Epidermis; dies sind Proteine, die Keratinisierung durchlaufen haben. Darüber hinaus sind Keratinfilamente im Allgemeinen in Epithelzellen vorhanden. Es ist beispielsweise bekannt, dass Thymus-Epithelzellen (TECs) von Mäusen mit Antikörpern für Keratin 5, Keratin 8 und Keratin 14 reagieren. Diese Antikörper werden als Fluoreszenzmarker verwendet, um Untergruppen von TECs in genetischen Studien des Thymus zu unterscheiden.
- Die α-Keratin werden in allen Wirbeltieren gefunden. Sie bilden die Haare (einschließlich Wolle), Hornhaut, Hörner, Nägel, Krallen und Hufe von Säugetieren und die Hagelfischschlammfäden. [4]
- Die härteren β-Keratine sind nur in den Sauropsiden zu finden, das heißt alle lebenden Reptilien und Vögel. Sie finden sich in den Nägeln, Schuppen und Klauen von Reptilien, einigen Reptilienmuscheln (Testudines wie Schildkröten, Schildkröten, Sumpfschildkröten) und in den Federn, Schnäbeln und Klauen von Vögeln. [11] (Diese Keratin werden hauptsächlich gebildet in Beta-Sheets. Beta-Sheets sind jedoch auch in α-Keratinen zu finden.) [12]
Darüber hinaus bestehen die Ballenplatten von filterhaltenden Walen aus Keratin.
Keratine (auch als Cytokeratine bezeichnet) sind Polymere der Zwischenfilamente vom Typ I und Typ II, die nur in den Genomen der Chordate (Wirbeltiere, Amphioxus, Urochordate) gefunden wurden. Nematoden und viele andere Tiere ohne Chordaten scheinen nur Typ-VI-Zwischenfilamente (Lamine) zu haben, die eine lange Stabdomäne (im Gegensatz zu einer kurzen Stabdomäne für die Keratine) aufweisen.
Das humane Genom kodiert für 54 funktionelle Kereringen, die lokalisiert werden in zwei Clustern auf den Chromosomen 12 und 17. Dies legt nahe, dass sie aus einer Reihe von Genduplikationen auf diesen Chromosomen stammen. [13]
Die Keratine schließen die folgenden Proteine ein, von denen KRT23, KRT24, KRT25 , KRT26, KRT27, KRT28, KRT31, KRT32, KRT33A, KRT33B, KRT34, KRT35, KRT36, KRT37, KRT38, KRT39, KRT40, KRT71, KRT72, KRT73, KRT74, KRT75, KRT76, KRT77, KRT78, KRT79, KRT8, KRT80 KRT81, KRT82, KRT83, KRT84, KRT85 und KRT86 wurden zur Beschreibung von Keratinen nach 20 verwendet. [14]
Proteinstruktur [ edit ]
Die ersten Keratinsequenzen wurden von Hanukoglu und Fuchs bestimmt. [15][16] Diese Sequenzen zeigten, dass es zwei verschiedene gibt homologe Keratinfamilien, die als Keratin vom Typ I und Kerat vom Typ II bezeichnet wurden. [16] Durch Analyse der Primärstrukturen dieser Keratine und anderer Intermediärfilamentproteine schlugen Hanukoglu und Fuchs ein Modell vor, wonach Keratine und Intermediärfilamentproteine ein zentrales Protein enthalten 310-Residuen-Domäne mit vier Segmenten in α-Helix-Konformation, die durch drei kurze Linker-Segmente getrennt sind, von denen vorhergesagt wurde, dass sie in Beta-Turn-Konformation vorliegen. [16] Dieses Modell wurde durch die Bestimmung der Kristallstruktur einer helikalen Domäne von Keratinen bestätigt. [17]
Faserkeratin-Moleküle bilden eine super stabile, linkshändige Sup erhelical Motiv zur Multimerisierung, wobei Filamente gebildet werden, die aus mehreren Kopien des Keratinmonomers bestehen. [18]
Die Hauptkraft, die die Coiled-Coil-Struktur aufrechterhält, sind hydrophobe Wechselwirkungen zwischen apolaren Resten entlang der helikalen Segmente des Keratins. [19]
Der begrenzte Innenraum ist der Grund, warum die Tripelhelix des (nicht verwandten) Strukturproteins Kollagen, das in Haut, Knorpel und Knochen gefunden wird, ebenfalls einen hohen Glycinanteil aufweist. Das Bindegewebsprotein Elastin hat auch einen hohen Anteil an Glycin und Alanin. Seidenfibroin, das als β-Keratin angesehen wird, kann diese beiden zu 75–80% ausmachen, mit 10–15% Serin, während der Rest sperrige Seitengruppen aufweist. Die Ketten sind antiparallel mit einer alternierenden C → N-Orientierung. [20] Ein Übergewicht an Aminosäuren mit kleinen, nichtreaktiven Seitengruppen ist für Strukturproteine charakteristisch, bei denen die H-Bindung dichter Packung wichtiger ist als die chemische Spezifität.
Disulfidbrücken [ edit ]
Neben intra- und intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungen zeichnen Keratine große Mengen der schwefelhaltigen Aminosäure Cystein aus. erforderlich für die Disulfidbrücken, die durch dauerhafte, thermisch stabile Vernetzung zusätzliche Festigkeit und Steifigkeit verleihen [21] - auf die gleiche Weise wie Nicht-Protein-Schwefelbrücken den vulkanisierten Kautschuk stabilisieren. Menschenhaar besteht zu etwa 14% aus Cystein. Der stechende Geruch von brennenden Haaren und Haaren auf der Haut ist auf die gebildeten flüchtigen Schwefelverbindungen zurückzuführen. Eine ausgedehnte Disulfidbindung trägt zur Unlöslichkeit von Keratinen bei, außer in einer geringen Anzahl von Lösungsmitteln, wie Dissoziations- oder Reduktionsmitteln.
Die flexibleren und elastischeren Keratine von Haaren haben weniger interkettenförmige Disulfidbrücken als die Keratine in Fingernägeln, Hufen und Krallen von Säugetieren (homologen Strukturen), die härter sind und ihren Analoga in anderen Wirbeltierklassen ähneln. Haare und andere α-Keratine bestehen aus α-helikal zusammengerollten Einzelproteinsträngen (mit regulärer H-Bindung innerhalb der Kette), die dann zu superhelicalen Seilen gedreht werden, die möglicherweise weiter aufgerollt werden. Die β-Keratine von Reptilien und Vögeln haben zusammengedrehte β-Faltblätter, die dann durch Disulfidbrücken stabilisiert und gehärtet werden.
Filamentbildung [ edit ]
Es wurde die Theorie aufgestellt, dass Keratine in "harten" und "weichen" oder "Cytokeratinen" und "anderen Keratinen" kombiniert werden. [ Erläuterung erforderlich Dieses Modell wird nun als richtig verstanden. Ein neuer nuklearer Zusatz von 2006 zur Beschreibung von Keratinen berücksichtigt dies. [14]
Keratin-Filamente sind Zwischenfilamente. Wie alle Zwischenfilamente bilden Keratinproteine in einer Reihe von Montageschritten, beginnend mit der Dimerisierung, filamentöse Polymere. Dimere bauen sich zu Tetrameren und Octameren und schließlich, wenn die gegenwärtige Hypothese zutrifft, zu Unit-Length-Filamenten (ULF) auf, die in der Lage sind, Ende an Ende zu langen Filamenten zu glühen.
Pairing [ edit ]
Cornification [ edit ]
Cornifizierung ist der Prozess der Bildung einer epidermalen Barriere
geschichtetes Plattenepithelgewebe. Auf der zellularen Ebene
Verhornung ist gekennzeichnet durch:
- Produktion von Keratin
- Produktion von kleinen Prolin-reichen (SPRR) -Proteinen und Transglutaminase, die schließlich unter der Plasmamembran eine verhornte Zellhülle bilden
- terminale Differenzierung
- Verlust der Kerne und Organellen in den Endstadien der Verhornung
Der Metabolismus hört auf, und die Zellen sind fast vollständig mit Keratin gefüllt. Während des epithelialen Differenzierungsprozesses werden die Zellen verhornt, da Keratinprotein in längere Keratin-Zwischenfilamente eingebaut wird. Schließlich verschwinden der Zellkern und die zytoplasmatischen Organellen, der Metabolismus hört auf und die Zellen unterliegen einem programmierten Tod, wenn sie vollständig verhornt sind. Bei vielen anderen Zelltypen, wie z. B. Zellen der Dermis, fungieren Keratinfilamente und andere intermediäre Filamente als Teil des Zytoskeletts, um die Zelle mechanisch gegen physischen Stress zu stabilisieren. Dies geschieht durch Verbindungen zu Desmosomen, Zell-Zell-Übergangsplaques und Hemidesmosomen, Zell-Basement-Membran-Haftstrukturen.
Zellen in der Epidermis enthalten eine strukturelle Matrix aus Keratin, die diese äußerste Schicht der Haut nahezu wasserdicht macht, zusammen mit Kollagen und Elastin.
gibt der Haut ihre Kraft. Reiben und Druck verursachen eine Verdickung der äußeren, verhornten Schicht der Epidermis und bilden schützende Hornhaut, die für Sportler und an den Fingerspitzen von Musikern nützlich ist, die Saiteninstrumente spielen. Keratinisierte Epidermiszellen werden ständig abgestoßen und ersetzt.
Diese harten, integumentären Strukturen werden durch interzelluläres Zementieren von Fasern gebildet, die aus den abgestorbenen, verhornten Zellen gebildet werden, die durch spezialisierte Betten tief in der Haut erzeugt werden. Das Haar wächst ununterbrochen und federt und erneuert die Haut. Die konstituierenden Proteine können phylogenetisch homolog sein, unterscheiden sich jedoch in der chemischen Struktur und in der supermolekularen Organisation etwas. Die evolutionären Zusammenhänge sind komplex und nur teilweise bekannt. Für die & bgr; -Keratine in Federn wurden mehrere Gene identifiziert, was wahrscheinlich für alle Keratine charakteristisch ist.
Die von Insekten und Spinnen produzierten Seidenfibroine werden häufig als Keratine klassifiziert, obgleich es unklar ist, ob sie phylogenetisch mit Wirbeltierkeratinen verwandt sind.
Seide, die in Insektenpuppen, in Spinnennetzen und in Eidärmen gefunden wird, hat auch verdrillte β-Faltblätter, die in Fasern eingebaut sind, die zu größeren supermolekularen Aggregaten gewickelt sind. Die Struktur der Spinndüsen an den Spinnenschwänzen und die Beiträge ihrer inneren Drüsen ermöglichen eine bemerkenswerte Kontrolle der schnellen Extrusion. Spinnenseide ist typischerweise etwa 1 bis 2 Mikrometer (µm) dick, verglichen mit etwa 60 µm für menschliches Haar und mehr für einige Säugetiere. Die biologisch und kommerziell nützlichen Eigenschaften von Seidenfasern hängen von der Anordnung mehrerer benachbarter Proteinketten in harten, kristallinen Regionen unterschiedlicher Größe ab, die sich mit flexiblen, amorphen Regionen abwechseln, in denen die Ketten zufällig gewickelt sind. [22] Eine etwas analoge Situation tritt bei der Synthese auf Polymere wie Nylon, entwickelt als Seidenersatz. Seide aus dem Hornissenkokon enthält Dubletts mit einem Durchmesser von etwa 10 µm, mit Kernen und Beschichtung, und kann in bis zu 10 Schichten angeordnet sein, auch in Platten mit variabler Form. Erwachsene Hornissen verwenden Seide ebenso wie Spinnen als Klebstoff.
Klinische Bedeutung [ edit ]
Einige infektiöse Pilze, z. B. solche, die Fußpilz und Ringwurm (dh die Dermatophyten) oder Batrachochytrium dendrobatidis verursachen Pilz), ernähren sich von Keratin. [ Zitat benötigt ]
Zu den Krankheiten, die durch Mutationen in den Keratingen verursacht werden, gehören:
Die Keratin-Expression ist hilfreich bei der Bestimmung des epithelialen Ursprungs bei anaplastischen Krebsarten. Keratin exprimierende Tumoren umfassen Karzinome, Thymome, Sarkome und trophoblastische Tumoren. Darüber hinaus ermöglicht das genaue Expressionsmuster von Keratinsubtypen eine Vorhersage der Herkunft des Primärtumors bei der Beurteilung von Metastasen. Zum Beispiel exprimieren hepatozelluläre Karzinome typischerweise K8 und K18, und Cholangiokarzinome exprimieren K7, K8 und K18, während Metastasen von kolorektalen Karzinomen K20 exprimieren, nicht jedoch K7. [1945901]
Keratin ist gegen Verdauung stark resistent Säuren, wenn es aufgenommen wird (Trichophagia). Aus diesem Grund nehmen Katzen (die sich mit ihren Zungen pflegen) regelmäßig Haare ein, was schließlich zur Bildung eines Haarballs führt, der gelegentlich erbrochen wird, wenn er zu groß wird. Das Rapunzel-Syndrom ist ein extrem seltener, aber möglicherweise tödlich verlaufender Darmzustand beim Menschen, der durch Tricophagia verursacht wird.
Siehe auch [ edit ]
Referenzen [ edit
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