KERATIN: JENIS, STRUKTUR, LOKASI DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2026

The Keratin ialah protein berserabut tidak larut yang membentuk yang sebahagian struktur sel-sel dan integuments banyak organisma, terutamanya vertebrata. Ia mempunyai bentuk yang sangat bervariasi dan tidak terlalu reaktif, secara kimia.

Strukturnya pertama kali dijelaskan oleh saintis Linus Pauling dan Robert Corey pada tahun 1951, ketika menganalisis struktur rambut binatang. Para penyelidik ini juga memberi gambaran mengenai struktur myosin dalam tisu otot.

Skema organisasi Alpha-keratin (Sumber: Mlpatton melalui Wikimedia Commons)

Selepas kolagen, ia adalah salah satu protein terpenting pada haiwan dan mewakili sebahagian besar berat kering rambut, bulu, kuku, cakar dan kuku, bulu, tanduk dan sebahagian besar dari lapisan luar kulit.

Unsur-unsur atau bahagian "keratinisasi" haiwan boleh mempunyai morfologi yang sangat berbeza yang bergantung pada fungsi sebagian besar pada setiap organisme tertentu.

Keratin adalah protein yang mempunyai ciri-ciri yang memberikan kecekapan mekanikal yang hebat dari segi ketegangan dan mampatan. Ia dihasilkan oleh jenis sel khas yang disebut "keratinosit," yang biasanya mati setelah dihasilkan.

Sebilangan pengarang menegaskan bahawa keratin dinyatakan dalam tisu dan tahap tertentu. Pada manusia terdapat lebih dari 30 gen yang mengkode protein ini dan mereka tergolong dalam keluarga yang berkembang melalui beberapa pusingan penduaan genetik.

Jenis keratin dan strukturnya

Pada dasarnya terdapat dua jenis keratin: α dan β. Ini dibezakan dengan mempunyai struktur asas yang terdiri terutamanya dari rantai polipeptida yang dapat dililit sebagai heliks alfa (α-keratin) atau bergabung secara selari sebagai helaian lipatan β (β-keratin).

α-Keratin

Jenis keratin ini adalah yang paling banyak dikaji dan diketahui bahawa mamalia mempunyai sekurang-kurangnya 30 varian keratin jenis ini. Pada haiwan ini, α-keratin adalah bahagian kuku, rambut, tanduk, kuku, duri dan epidermis.

Seperti kolagen, protein ini mengandungi dalam strukturnya sebilangan besar asid amino kecil seperti glisin dan alanin, yang memungkinkan pembentukan heliks alfa. Struktur molekul α-keratin terdiri dari tiga wilayah yang berbeda: (1) fibril atau heliks kristal, (2) domain terminal filamen, dan (3) matriks.

Heliks adalah dua dan membentuk dimer yang menyerupai spiral bergelung yang dipegang bersama berkat adanya ikatan atau jambatan disulfida (SS). Setiap heliks mempunyai kira-kira 3.6 sisa asid amino dalam setiap putarannya dan terdiri daripada kira-kira 310 asid amino.

Gegelung yang dililit ini kemudiannya dapat bergabung untuk membentuk struktur yang dikenali sebagai protofilamen atau protofibril, yang mempunyai kemampuan untuk berkumpul dengan yang lain dari jenis yang sama.

Protofilamen mempunyai N- dan C-termini non-heliks yang kaya dengan residu sistein dan yang melekat pada kawasan teras atau matriks. Molekul-molekul ini berpolimerisasi untuk membentuk filamen pertengahan yang mempunyai diameter hampir 7nm.

Dua jenis filamen perantaraan yang terdiri daripada keratin dibezakan: filamen perantaraan berasid (jenis I) dan asas (jenis II). Ini tertanam dalam matriks protein dan cara penyusun filamen ini secara langsung mempengaruhi sifat mekanik struktur yang mereka buat.

Dalam filamen jenis I, heliks dihubungkan antara satu sama lain dengan menggunakan tiga "penyambung heliks" yang dikenali sebagai L1, L12 dan L2 dan yang dianggap memberikan kelenturan pada domain heliks. Dalam filamen jenis II, terdapat juga dua subdomain yang terletak di antara domain heliks.

Contoh struktur dengan α-keratin: rambut

Sekiranya struktur rambut khas dianalisis, ia berukuran kira-kira 20 mikron dan terdiri daripada sel mati yang mengandungi makrofibril yang berorientasi secara selari (berdampingan).

Rambut mamalia, seperti lembu 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 yang tinggi.

Mikrofibril ini adalah kumpulan protofibril yang lebih kecil dengan corak organisasi 9 + 2, yang bermaksud bahawa sembilan protofibril mengelilingi dua protofibril pusat; semua struktur ini pada dasarnya terdiri daripada α-keratin.

Keratin lembut dan keratin keras

Bergantung pada kandungan sulfurnya, α-keratin dapat diklasifikasikan sebagai keratin lembut atau keratin keras. Ini berkaitan dengan daya rintangan mekanikal yang dikenakan oleh ikatan disulfida dalam struktur protein.

Kumpulan keratin keras termasuk yang terdiri dari rambut, tanduk dan kuku, sementara keratin lembut diwakili oleh filamen yang terdapat di kulit dan jagung.

Ikatan disulfida dapat dilepaskan dengan menggunakan agen pereduksi, sehingga struktur yang terdiri dari keratin tidak mudah dicerna oleh haiwan, kecuali jika mereka mempunyai usus yang kaya dengan merkaptan, seperti halnya dengan beberapa serangga.

β-Keratin

Β-keratin jauh lebih kuat daripada α-keratin dan terdapat pada reptilia dan burung sebagai bagian dari cakar, sisik, bulu, dan paruh. Pada tokek, mikrovili yang terdapat di kaki mereka (cendawan) juga terdiri daripada protein ini.

Struktur molekulnya terdiri daripada kepingan berlipat β yang dibentuk oleh rantai polipeptida antiparallel yang disatukan melalui ikatan atau ikatan hidrogen. Rantai ini, satu di sebelah yang lain, membentuk permukaan kaku dan rata kecil, sedikit dilipat.

Di mana ia dan apa fungsinya?

Fungsi keratin berkaitan, di atas segalanya, dengan jenis struktur yang dibina dan di mana ia terdapat di dalam tubuh haiwan.

Seperti protein berserat lain, ia memberikan kestabilan dan kekakuan struktur kepada sel, kerana ia termasuk dalam keluarga protein yang besar yang dikenali sebagai keluarga filamen perantaraan, yang merupakan protein sitoskeleton.

Dalam perlindungan dan perlindungan

Lapisan atas kulit haiwan yang lebih tinggi mempunyai rangkaian filamen perantaraan yang besar yang dibentuk oleh keratin. Lapisan ini dipanggil epidermis dan setebal antara 30 mikron hingga 1 nm pada manusia.

Epidermis berfungsi sebagai penghalang pelindung terhadap pelbagai jenis tekanan mekanikal dan kimia dan disintesis oleh jenis sel khas yang disebut "keratinosit."

Sebagai tambahan kepada epidermis, terdapat lapisan luaran yang lebih banyak yang terus menumpahkan dan dikenali sebagai stratum corneum, yang melakukan fungsi serupa.

Duri dan duri juga digunakan oleh pelbagai haiwan untuk perlindungan mereka sendiri terhadap pemangsa dan penyerang lain.

"Perisai" Pangolin, mamalia serangga kecil yang menghuni Asia dan Afrika, juga terdiri dari "sisik" keratin yang melindunginya.

Dalam pertahanan dan fungsi lain

Tanduk diperhatikan pada haiwan dari keluarga Bovidae, iaitu pada lembu, domba dan kambing. Mereka adalah struktur yang sangat kuat dan tahan dan binatang yang memilikinya menggunakannya sebagai organ pertahanan dan pacaran.

Tanduk dibentuk oleh pusat tulang yang terdiri dari tulang "spongy" yang ditutupi oleh kulit yang memproyeksikan dari kawasan posterior tengkorak.

Kuku adalah contoh lain dari bahagian tubuh yang terdiri dari keratin (Sumber: Adobe Stock via pixabay.com)

Cakar dan kuku, selain fungsinya dalam memberi makan dan menahan, juga berfungsi sebagai binatang sebagai "senjata" pertahanan terhadap penyerang dan pemangsa.

Paruh burung melayani beberapa tujuan, antaranya makanan, pertahanan, pacaran, pertukaran panas, dan dandanan, antara lain. Pelbagai jenis paruh terdapat di alam pada burung, terutama dari segi bentuk, warna, ukuran dan kekuatan rahang yang berkaitan.

Paruhnya terdiri, seperti tanduk, dari pusat bertulang yang menonjol dari tengkorak dan ditutup dengan kepingan β-keratin yang kuat.

Gigi haiwan yang tidak mandibula (vertebrata "leluhur") terdiri dari keratin dan, seperti gigi vertebrata yang "lebih tinggi", mempunyai banyak fungsi dalam memberi makan dan bertahan.

Bergerak

Kuku banyak haiwan ruminan dan ungulat (kuda, keldai, rusa, dll.) Terbuat dari keratin, sangat tahan dan dirancang untuk melindungi kaki dan membantu pergerakan.

Bulu, yang juga digunakan oleh burung untuk bergerak, terbuat dari β-keratin. Struktur ini juga mempunyai fungsi dalam penyamaran, pacaran, penebat haba dan kedap udara.

Bulu dan paruh burung juga terdiri dari keratin (Sumber: Couleur, via pixabay.com)

Dalam industri

Industri tekstil adalah salah satu pengeksploitasi utama struktur keratinisasi, secara antroposentrik. Bulu dan rambut banyak haiwan penting di peringkat perindustrian, kerana dengannya pelbagai pakaian dihasilkan yang berguna untuk lelaki dari pelbagai sudut pandangan.

Rujukan

1. Koolman, J., & Roehm, K. (2005). Atlas Warna Biokimia (edisi ke-2). New York, Amerika Syarikat: Thieme.
2. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokimia (edisi ke-3). San Francisco, California: Pearson.
3. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Biokimia Lehninger. Edisi Omega (edisi ke-5).
4. Pauling, L., & Corey, R. (1951). Struktur Rambut, Otot, dan Protein Berkaitan. Kimia, 37, 261-271.
5. Phillips, D., Korge, B., & James, W. (1994). Keratin dan keratinisasi. Jurnal Akademi Dermatologi Amerika, 30 (1), 85–102.
6. Rouse, JG, & Dyke, ME Van. (2010). Kajian Biomaterial Berasaskan Keratin untuk Aplikasi Bioperubatan. Bahan, 3, 999-1014.
7. Smith, FJD (2003). Genetik Molekul Gangguan Keratin. Am J Clin Dermatol, 4 (5), 347–364.
8. Voet, D., & Voet, J. (2006). Biokimia (edisi ke-3). Editorial Médica Panamericana.
9. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, MA (2016). Keratin: Struktur, sifat mekanik, kejadian dalam organisma biologi, dan usaha bioinspirasi. Kemajuan dalam Sains Bahan.