Keratin adalah protein berserat larut yang membentuk satu bagian struktural dari sel-sel dan integumen dari banyak organisme, terutama hewan vertebrata . Ini memiliki bentuk yang sangat bervariasi dan tidak terlalu reaktif, secara kimiawi.
Strukturnya pertama kali dijelaskan oleh ilmuwan Linus Pauling dan Robert Corey pada tahun 1951, saat mereka menganalisis struktur bulu hewan. Para peneliti ini juga memberikan wawasan tentang struktur miosin dalam jaringan otot.
Skema organisasi alfa-keratin (Sumber: Mlpatton [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)] melalui Wikimedia Commons)
Setelah kolagen, itu adalah salah satu protein terpenting pada hewan dan menyumbang sebagian besar berat kering rambut, wol, kuku, cakar dan kuku, bulu, tanduk dan bagian penting dari lapisan luar kulit.
Unsur-unsur atau bagian hewan yang “berkeratin” dapat memiliki morfologi yang sangat berbeda yang sebagian besar bergantung pada fungsi yang mereka lakukan di setiap organisme tertentu.
Keratin adalah protein yang memiliki karakteristik yang memberikan efisiensi mekanik yang besar dalam hal ketegangan dan kompresi. Ini diproduksi oleh jenis sel khusus yang disebut “keratinosit,” yang biasanya mati setelah mereka membuatnya.
Beberapa penulis menegaskan bahwa keratin diekspresikan dalam jaringan dan cara tertentu. Pada manusia ada lebih dari 30 gen yang mengkode protein ini dan mereka termasuk dalam keluarga yang berevolusi melalui beberapa putaran duplikasi genetik.
Indeks artikel
Jenis Keratin dan Strukturnya
Pada dasarnya ada dua jenis keratin: dan . Ini dibedakan dengan memiliki struktur dasar yang terutama terdiri dari rantai polipeptida yang dapat dililit sebagai heliks alfa (α-keratin) atau bergabung secara paralel sebagai lembaran lipat- (β-keratin).
-Keratin
Jenis keratin ini adalah yang paling banyak dipelajari dan diketahui bahwa mamalia memiliki setidaknya 30 varian berbeda dari jenis keratin ini. Pada hewan ini, -keratin adalah bagian dari kuku, rambut, tanduk, kuku, duri dan kulit ari.
Seperti kolagen, protein ini dalam strukturnya mengandung proporsi asam amino kecil yang melimpah seperti glisin dan alanin, yang memungkinkan pembentukan heliks alfa. Struktur molekul -keratin terdiri dari tiga wilayah yang berbeda: (1) fibril atau heliks kristal, (2) domain terminal filamen, dan (3) matriks.
Heliksnya dua dan membentuk dimer yang menyerupai spiral melingkar yang disatukan berkat adanya ikatan atau jembatan disulfida (SS). Setiap heliks memiliki sekitar 3,6 residu asam amino di setiap putarannya dan terdiri dari sekitar 310 asam amino.
Kumparan melingkar ini kemudian dapat bergabung untuk membentuk struktur yang dikenal sebagai protofilamen atau protofibril, yang memiliki kemampuan untuk berkumpul dengan yang lain dari jenis yang sama.
Protofilamen memiliki ujung terminal N dan C non-heliks yang kaya akan residu sistein dan melekat pada inti atau daerah matriks. Molekul-molekul ini berpolimerisasi untuk membentuk filamen menengah yang memiliki diameter mendekati 7nm.
Dua jenis filamen intermediet yang tersusun dari keratin dibedakan: filamen intermediet asam (tipe I) dan basa (tipe II). Ini tertanam dalam matriks protein dan cara filamen ini disusun secara langsung mempengaruhi sifat mekanik dari struktur yang mereka buat.
Dalam filamen tipe I, heliks dihubungkan satu sama lain melalui tiga “konektor heliks” yang dikenal sebagai L1, L12 dan L2 dan yang dianggap memberikan fleksibilitas pada domain heliks. Dalam filamen tipe II ada, di samping itu, dua subdomain yang terletak di antara domain heliks.
Contoh struktur dengan -keratin: rambut
Jika struktur rambut khas dianalisis, diameternya kira-kira 20 mikron dan terdiri dari sel-sel mati yang mengandung makrofibril yang dikemas yang berorientasi paralel (berdampingan).
Rambut mamalia, seperti sapi ini, terbuat dari keratin (Sumber: Frank Winkler via pixabay.com)
Makrofibril terdiri dari mikrofibril, yang berdiameter lebih kecil dan dihubungkan satu sama lain melalui zat protein amorf dengan kandungan sulfur tinggi.
Mikrofibril ini adalah kelompok protofibril yang lebih kecil dengan pola organisasi 9 + 2, yang berarti bahwa sembilan protofibril mengelilingi dua protofibril pusat; Semua struktur ini pada dasarnya terdiri dari -keratin.
Keratin lunak dan keratin keras
Tergantung pada kandungan belerang yang mereka miliki, -keratin dapat diklasifikasikan sebagai keratin lunak atau keratin keras. Ini ada hubungannya dengan gaya resistensi mekanik yang dikenakan oleh ikatan disulfida dalam struktur protein.
Keratin keras termasuk dalam kelompok yang merupakan bagian dari rambut, tanduk dan kuku, sedangkan keratin lunak diwakili oleh filamen yang terdapat pada kulit dan jagung.
Ikatan disulfida dapat dihilangkan dengan menggunakan zat pereduksi, sehingga struktur yang tersusun dari keratin tidak mudah dicerna oleh hewan, kecuali jika hewan tersebut memiliki usus yang kaya akan merkaptan, seperti yang terjadi pada beberapa serangga.
-Keratin
-keratin jauh lebih kuat dari -keratin dan ditemukan pada reptil dan burung sebagai bagian dari cakar, sisik, bulu, dan paruh. Pada tokek, mikrovili yang ditemukan di kaki mereka (jamur) juga terdiri dari protein ini.
Struktur molekulnya terdiri dari lembaran lipat yang dibentuk oleh rantai polipeptida antiparalel yang disatukan melalui ikatan atau ikatan hidrogen. Rantai ini, satu di samping yang lain, membentuk permukaan kaku dan datar kecil, sedikit terlipat.
Dimana letaknya dan apa fungsinya?
Fungsi keratin terutama terkait dengan jenis struktur yang dibangunnya dan tempat di dalam tubuh hewan tempat ia ditemukan.
Seperti protein berserat lainnya, ia memberikan stabilitas dan kekakuan struktural pada sel, karena termasuk dalam keluarga besar protein yang dikenal sebagai keluarga filamen menengah, yang merupakan protein sitoskeletal.
Dalam perlindungan dan cakupan
Lapisan atas kulit hewan tingkat tinggi memiliki jaringan besar filamen perantara yang dibentuk oleh keratin. Lapisan ini disebut epidermis dan tebalnya antara 30 mikron dan 1 nm pada manusia.
Epidermis berfungsi sebagai penghalang pelindung terhadap berbagai jenis stres mekanik dan kimia dan disintesis oleh jenis sel khusus yang disebut “keratinosit.”
Selain epidermis, ada lapisan luar yang terus-menerus mengelupas dan dikenal sebagai stratum korneum, yang melakukan fungsi serupa.
Duri dan duri juga digunakan oleh berbagai hewan untuk perlindungan mereka sendiri terhadap pemangsa dan agresor lainnya.
“Armor” Trenggiling, mamalia pemakan serangga kecil yang menghuni Asia dan Afrika, juga terdiri dari “sisik” keratin yang melindungi mereka.
Dalam pertahanan dan fungsi lainnya
Tanduk diamati pada hewan dari keluarga Bovidae, yaitu pada sapi, domba, dan kambing. Mereka adalah struktur yang sangat kuat dan tahan dan hewan yang memilikinya menggunakannya sebagai organ pertahanan dan pacaran.
Tanduk dibentuk oleh pusat tulang yang terdiri dari tulang “spons” yang ditutupi oleh kulit yang menonjol dari area posterior tengkorak.
Kuku adalah contoh lain dari bagian tubuh yang terbuat dari keratin (Sumber: Adobe Stock via pixabay.com)
Cakar dan kuku, selain fungsinya dalam memberi makan dan memegang, juga berfungsi sebagai “senjata” pertahanan hewan terhadap penyerang dan pemangsa.
Paruh burung melayani beberapa tujuan, di antaranya adalah makanan, pertahanan, pacaran, pertukaran panas, dan perawatan, antara lain. Beberapa varietas paruh ditemukan di alam pada burung, terutama dalam hal bentuk, warna, ukuran, dan kekuatan rahang yang terkait.
Paruhnya terdiri, seperti tanduk, dari pusat tulang yang menonjol dari tengkorak dan ditutupi dengan lembaran -keratin yang kuat.
Gigi hewan non-rahang (vertebrata “leluhur”) terdiri dari keratin dan, seperti gigi vertebrata “lebih tinggi”, memiliki banyak fungsi dalam memberi makan dan bertahan.
sedang bergerak
Kuku banyak hewan ruminansia dan ungulata (kuda, keledai, rusa, dll.) terbuat dari keratin, sangat tahan dan dirancang untuk melindungi kaki dan membantu gerakan.
Bulu, yang juga digunakan burung untuk berkeliaran, terbuat dari -keratin. Struktur ini juga memiliki fungsi dalam kamuflase, pacaran, isolasi termal dan waterproofing.
Bulu dan paruh burung juga tersusun dari keratin (Sumber: Couleur, via pixabay.com)
Di industri
Industri tekstil adalah salah satu pengeksploitasi utama struktur keratin, berbicara secara antroposentris. Wol dan rambut dari banyak hewan penting pada tingkat industri, karena dengan mereka berbagai pakaian diproduksi yang berguna bagi pria dari sudut pandang yang berbeda.
Referensi
- Koolman, J., & Roehm, K. (2005). Atlas Warna Biokimia (edisi ke-2). New York, AS: Thieme.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokimia (edisi ke-3). San Fransisco, California: Pearson.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Biokimia Lehninger . Edisi Omega ( edisi ke-5).
- Pauling, L., & Corey, R. (1951). Struktur Rambut, Otot, dan Protein Terkait. Kimia , 37 , 261-271.
- Phillips, D., Korge, B., & James, W. (1994). Keratin dan keratinisasi. Jurnal American Academy of Dermatology , 30 (1), 85-102.
- Rouse, JG, & Dyke, ME Van. (2010). Tinjauan Biomaterial Berbasis Keratin untuk Kegunaan Biomedis. Bahan , 3 , 999-1014.
- Smith, FJD (2003). Genetika Molekuler Gangguan Keratin. Am J Clin Dermatol , 4 (5), 347–364.
- Voet, D., & Voet, J. (2006). Biokimia (edisi ke-3). Editorial Medica Panamericana.
- Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, MA (2016). Keratin: Struktur, sifat mekanik, kejadian dalam organisme biologis, dan upaya bioinpirasi. Kemajuan dalam Ilmu Material .
