Кератин

Кератины — семейство фибриллярных белков, обладающих механической прочностью, которая среди материалов биологического происхождения уступает лишь хитину. Кератины формируют твёрдые, но не минеральные структуры, такие как волосы, ногти и рога. Согласно новой номенклатуре кератинов^[1], в это семейство входят также цитокератины, образующие наиболее прочные элементы внутриклеточного цитоскелета эпителиальных клеток.

История изучения

Исследования α-кератинов стало важнейшим этапом в создании современных предста­влений о значительно более сложных глобулярных белках.

Первые рентгеноструктурные исследования белков начались в 1930-х годах. Английский физик и молекулярный биолог Уильям Астбери (William Astbury) показал, что дифракционная картина от пучка рентгеновского луча, направленного на волос или шерстяную нить (в основном состоящих из α-кератинов), содержит расположенные вдоль оси волоса повторяющиеся структурные единицы длиной около 0,54 нм. В результате наблюдений было высказано предположение о том, что поли­пептидные цепи в белках этого семейства не вытянуты полностью, а скручены или свернуты каким-то регулярным образом^[2].

Структура белка

По вторичной структуре белка семейство кератинов разделяется на две группы:

• α-кератины имеют конформацию в виде плотных витков вокруг длинной оси молекулы (α-спираль);
• β-кератины, имеющие форму несколько зигзагообразных полипептидных цепей (т. н. β-листы).

Для первичной структуры α-кератинов характерно большое содержание цистеина и множество дисульфидных связей. Молекулярная масса — от 10 до 50 кДа. Периодичность в чередовании аминокислотных остатков в молекулах отсутствует.

В отличие от α-кератинов поперечные дисульфидные связи между соседними полипептидными цепями у β-кератинов отсутствуют. В полипептидной цепи каждый второй элемент — глицин. Характерно повторение последовательности «GSGAGA».

Для α-кератинов основным структурным компонентом являются цилиндрические микрофибриллы диаметром 75 А, состоящие из спирализованных, скрученных попарно протофибрилл.

Свойства

Характерной особенностью α-кератинов является их полная нерастворимость в воде при pH 7,0 и физиологической температу­ре. Данное свойство частично обусловлено тем, что в состав молекулы входит большой процент гидрофобных аминокислотных остатков (фенилаланин, изолейцин, валин, метионин и аланин). В силу конформации белка R-группы этих остатков направлены к внешней стороне спиралевидной структуры молекулы.

Биосинтез кератинов

Кератины кодируются генами большого мультигенного семейства (в геноме человека известны на хромосомах 11, 12 и 17)^[3].

Функции кератинов в организме

Обладая механической прочностью и нерастворимостью, кератины являются одним из основных компонентов для производных элементов кожи животных, выполняющих защитную функцию. Значительную часть сухого веса наружного слоя кожи составляют α-кератины.

Эластичные α-кератины входят в состав волос, шерсти, ногтей, когтей, игл, рогов и копыт млекопитающих. Чешуйки и когти пресмыкающихся (в том числе панцирь у черепах), а также перья, клюв и когти у птиц кроме α-кератинов содержат и более жёсткие β-кератины, а также неупорядоченные участки.

У членистоногих, например, раков, β-кератины часто входят в состав экзоскелета, иногда вместе с хитином.

Кроме того, β-кератины формируют шёлковое волокно (которое на 60 % состоит из β-кератина фиброина) и паутину.

Использование

α-кератины, получаемые из отходов в мясной промышленности, используют для получения природных аминокислот.

См. также

• Цитокератин
• Промежуточные филаменты
• Протеиназа K

Примечания

Литература

• Ленинджер А., Основы биохимии, пер. с англ., т. 1, М., 1985, с. 167-76, В. В. Баев.

Ссылки

• XuMuK.ru — КЕРАТИНЫ — Химическая энциклопедия