Keratin

Keratin (/ˈkɛrətɪn/) — skleroproteinlər kimi də tanınan struktur lifli zülallar ailəsindən biri. Alfa-keratin (α-keratin) onurğalılarda olan bir keratin növüdür[1]. Onurğalılarda pulcuqları, saçları, dırnaqları, lələkləri, buynuzları, pəncələri, və dərinin xarici təbəqəsini təşkil edən əsas struktur materialdır. Keratin həmçinin epiteliya hüceyrələrini zədələnmədən və ya stressdən qoruyur. Keratin suda və üzvi həlledicilərdə yüksək dərəcədə həll olunmur. Keratin monomerləri bərk və sürünənlərdə, quşlarda, suda-quruda yaşayanlardaməməlilərdə olan sərt, minerallaşmamış epidermal əlavələr meydana gətirən ara filamentlər yaratmaq üçün dəstələrə yığılır. Həddindən artıq keratinləşmə müəyyən toxumaların, məsələn, mal-qara və kərgədanların buynuzları, eləcə də armadillosların osteodermlərinin möhkəmlənməsində iştirak edir. Məlumdur ki, keratinləşdirilmiş toxumanın gücünə yaxınlaşan yeganə digər bioloji maddə xitindir. Keratin iki növdür: bütün onurğalılarda rast gəlinən ibtidai, daha yumşaq formalar və yalnız sürünənlər və quşlar olan daha sərt törəmə formalar[2] . Hörümçək ipəyi keratin kimi təsnif edilir , baxmayaraq ki, protein istehsalı onurğalılarda prosesdən asılı olmayaraq inkişaf etmiş ola bilər[3].

Hüceyrələr daxilində keratin filamentlərinin mikroskopiyası

Baş vermə nümunələriRedaktə

Alfa-keratinlər (α-keratinlər) bütün onurğalılarda olur[4]. Onlar məməlilərin tüklərini (o cümlədən yun), dərinin xarici təbəqəsini, buynuzlarını, dırnaqlarını, pəncələrini və dırnaqlarını, həmçinin lil filamentlərini əmələ gətirir. Keratin filamentləri epidermisin buynuz təbəqəsinin keratinositlərində çoxdur[5]. Bunlar keratinləşməyə məruz qalmış zülallardır. Onlar ümumiyyətlə epitel hüceyrələrində də mövcuddur. Məsələn, siçan timus epitel hüceyrələri keratin 5, keratin 8 və keratinə 14 antikorlarla reaksiya verir. Bu antikorlar timik genetik tədqiqatlarda siçan timus epitel hüceyrələrinin subpopulasiyalarını ayırd etmək üçün flüoresan markerlər kimi istifadə olunur.

Onlar sürünənlərin dırnaqlarında, pulcuqlarında və caynaqlarında, bəzi sürünənlərin qabıqlarında (tısbağa, dəniz tısbağası kimi testudinlər), quşların tüklərində, dimdiklərində və caynaqlarında olur. Bu keratinlər əsasən beta təbəqələrdə əmələ gəlir. Bununla belə, beta vərəqləri α-keratinlərdə də olur. Süzgəclə qidalanan balinaların balina lövhələri keratindən hazırlanır. Son tədqiqatlar göstərdi ki, sauropsid β-keratinlər genetik və struktur səviyyədə α-keratinlərdən əsaslı şəkildə fərqlənir. α-keratinlərlə çaşqınlığın qarşısını almaq üçün yeni beta protein (CBP) termini təklif edilmişdir[6].

Keratinlər (həmçinin sitokeratinlər adlanır) yalnız xordalılarda (onurğalılar, amfiokslar, urokordlar) olan I və II tip ara filamentlərin polimerləridir[7]. Nematodlar və bir çox digər qeyri-xordalılar yalnız VI tip ara filamentlərə, nüvəni təşkil edən liflərə malikdirlər[8].

Protein quruluşuRedaktə

İlk keratin ardıcıllığı İsrail Hanukoğlu və Elaine Fuks (1982, 1983) tərəfindən müəyyən edilmişdir. Bu ardıcıllıqlar göstərdi ki, keratinlərin iki fərqli, lakin homoloji ailəsi var, bunlar I tip və II tip keratinlər adlanır. Bu keratinlərin və digər ara filament zülallarının ilkin strukturlarını təhlil edən Hanukoğlu və Fuks, keratinlərin və ara filament zülallarının üç qısa bağlayıcı ilə ayrılan α-spiral uyğunlaşmada dörd seqmentli ~310 qalıqdan ibarət mərkəzi domendən ibarət olduğu bir model təklif etdilər[9].

Safra yollarının hüceyrələrində və atın qaraciyərinin oval hüceyrələrində keratin (yüksək molekulyar çəki). Fibroz keratin molekulları çox bükülür, multimerləşmə üçün çox sabit sol tərəfdən supercoiled motivi əmələ gətirir və keratin monomerinin çoxlu nüsxələrindən ibarət filamentlər əmələ gətirir[10] .

Sarmal quruluşu saxlayan əsas qüvvə keratinin spiral seqmentləri boyunca apolyar qalıqlar arasında hidrofobik qarşılıqlı təsirdir.

Məhdud daxili məkan dəridə, qığırdaqda və sümükdə olan (bir-biri ilə əlaqəsi olmayan) struktur zülal kollagenin üçlü spiralında da yüksək glisin faizinə malik olmasının səbəbidir. Birləşdirici toxuma zülalı elastin də böyük miqdarda qlisin və alanin ehtiva edir. β-keratin hesab edilən ipək fibroin bu iki maddəni ümumi maddənin 75–80%, 10–15% serin, qalanları isə iri yan qruplara malik ola bilər. Zəncirlər antiparaleldir, alternativ C → N oriyentasiyası ilə Kiçik qeyri-reaktiv yan qrupları olan amin turşularının üstünlük təşkil etməsi struktur zülallar üçün xarakterikdir, onlar üçün H-bağları ilə sıx bağlanma kimyəvi spesifiklikdən daha vacibdir.

Disulfid körpüləriRedaktə

İntramolekulyar və molekullararası hidrogen bağlarına əlavə olaraq, keratinlərin fərqli bir xüsusiyyəti, daimi təsir nəticəsində əlavə güc və sərtlik verən disulfid körpülərinin meydana gəlməsi üçün zəruri olan çox miqdarda kükürdlü amin turşusu sisteinin olmasıdır. Protein olmayan kükürd körpülərinin vulkanlaşdırılmış kauçuku sabitləşdirdiyi kimi. İnsan saçında təxminən 14% sistein var. Yanan saç və dərinin kəskin qoxusu uçucu kükürd birləşmələrinin əmələ gəlməsi ilə əlaqədardır[11]. Geniş disulfid bağı, dissosiasiya edən və ya azaldan maddələr kimi az miqdarda həlledicilər istisna olmaqla, keratinlərin həll edilməməsinə kömək edir[12].

Daha çevik və elastik saç keratinləri məməlilərin dırnaqları, dırnaqları və pəncələri keratinlərinə (homoloji strukturlar) nisbətən daha az zəncirlərarası disulfid körpülərə malikdirlər, bunlar onurğalıların digər siniflərindəki analoqlarına daha sərt və daha çox bənzəyir[13]. Saç və digər α-keratinlər α-spiral burulmuş tək zülal filamentlərindən (müntəzəm zəncirdaxili H-bağları ilə) ibarətdir və daha sonra daha da qıvrıla bilən super qıvrımlı paketlərə bükülür. Sürünən və quş β-keratinləri bir-birinə yuvarlanan, sonra sabitləşən və disulfid körpülərlə bərkidilmiş β-qətsəli təbəqələrdir[14] .

Klinik əhəmiyyətiRedaktə

Keratinin anormal böyüməsi keratoz, hiperkeratoz və keratoderma da daxil olmaqla müxtəlif şərtlərdə baş verə bilər[15].

Keratin geninin ifadəsindəki mutasiyalar, digər şeylər arasında nəticələnə bilər.

Keratin qəbul edildikdə həzm turşularına yüksək dərəcədə davamlıdır. Pişiklər saç düzümü zamanı müntəzəm olaraq tükləri qəbul edirlər, bu da ağızdan keçə bilən və ya bədəndən xaric edilə bilən tük toplarının tədricən meydana gəlməsinə səbəb olur. İnsanlarda trixofagiya son dərəcə nadir, lakin potensial ölümcül bağırsaq xəstəliyi olan Rapunzel sindromuna səbəb ola bilər[16] .

Diaqnostik istifadəRedaktə

Keratin ifadəsi anaplastik xərçəngin epitel mənşəyini təyin etməyə kömək edir. Keratin ifadə edən şişlərə karsinomalar, timomalar, sarkomalar və trofoblastik neoplazmalar daxildir. Bundan əlavə, keratin alt növlərinin ifadəsinin dəqiq təsviri metastazların qiymətləndirilməsində birincili şişin mənşəyini proqnozlaşdırmağa imkan verir[17].

İstinadlarRedaktə

  1. Fraser, R.D.B. Keratins: Their composition, structure and biosynthesis. Bannerstone House: Charles C Thomas. 1972. 3–6. ISBN 978-0-398-02283-9.
  2. Wang, Bin. "Keratin: Structure, mechanical properties, occurrence in biological organisms, and efforts at bioinspiration". Progress in Materials Science. 76. 2016: 229–318. doi:10.1016/j.pmatsci.2015.06.001.
  3. Nasoori, Alireza. "Formation, structure, and function of extra-skeletal bones in mammals". Biological Reviews. 95 (4). 2020: 986–1019. doi:10.1111/brv.12597. PMID 32338826 (#bad_pmid). (#parameter_ignored)
  4. "Keratin". Webster's Online Dictionary.
  5. Vincent, Julian F.V; Wegst, Ulrike G.K. "Design and mechanical properties of insect cuticle". Arthropod Structure & Development. 33 (3). July 2004: 187–199. doi:10.1016/j.asd.2004.05.006. PMID 18089034.
  6. Tombolato, Luca; Novitskaya, Ekaterina E.; Chen, Po-Yu; Sheppard, Fred A.; McKittrick, Joanna. "Microstructure, elastic properties and deformation mechanisms of horn keratin". Acta Biomaterialia. 6 (2). February 2010: 319–330. doi:10.1016/j.actbio.2009.06.033. PMID 19577667.
  7. "Keratin". VEDANTU. İstifadə tarixi: 2022-01-07.
  8. Hickman, Cleveland Pendleton; Roberts, Larry S.; Larson, Allan L. Integrated principles of zoology. Dubuque, IA: McGraw-Hill. 2003. səh. 538. ISBN 978-0-07-243940-3.
  9. Alibardi, Lorenzo. "Sauropsids Cornification is Based on Corneous Beta-Proteins, a Special Type of Keratin-Associated Corneous Proteins of the Epidermis". Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution. 326 (6). September 2016: 338–351. doi:10.1002/jez.b.22689. PMID 27506161.
  10. Moll, Roland; Divo, Markus; Langbein, Lutz. "The human keratins: biology and pathology". Histochemistry and Cell Biology. 129 (6). June 2008: 705–733. doi:10.1007/s00418-008-0435-6. PMC 2386534. PMID 18461349.
  11. Schweizer J, Bowden PE, Coulombe PA, və b. "New consensus nomenclature for mammalian keratins". J. Cell Biol. 174 (2). July 2006: 169–74. doi:10.1083/jcb.200603161. PMC 2064177. PMID 16831889.
  12. Hanukoglu, Israel; Fuchs, Elaine. "The cDNA sequence of a human epidermal keratin: Divergence of sequence but conservation of structure among intermediate filament proteins". Cell. 31 (1). November 1982: 243–252. doi:10.1016/0092-8674(82)90424-x. PMID 6186381. (#parameter_ignored)
  13. Lee, Chang-Hun; Kim, Min-Sung; Chung, Byung Min; Leahy, Daniel J; Coulombe, Pierre A. "Structural basis for heteromeric assembly and perinuclear organization of keratin filaments". Nature Structural & Molecular Biology. 19 (7). July 2012: 707–715. doi:10.1038/nsmb.2330. PMC 3864793. PMID 22705788.
  14. Voet, Donald; Voet, Judith G.; Pratt, Charlotte W. Proteins: Three-Dimensional Structure (PDF) // Fundamentals of Biochemistry. Wiley. 1998. səh. 158. ISBN 978-0-471-58650-0. Fibrous proteins are characterized by a single type of secondary structure: a keratin is a left-handed coil of two a helices
  15. Hanukoglu, Israel; Ezra, Liora. "Proteopedia entry: Coiled-coil structure of keratins: Multimedia in Biochemistry and Molecular Biology Education". Biochemistry and Molecular Biology Education. 42 (1). January 2014: 93–94. doi:10.1002/bmb.20746. PMID 24265184. (#parameter_ignored)
  16. H Bragulla, Hermann; G Homberger, Dominique. "Structure and functions of keratin proteins in simple, stratified, keratinized and cornified epithelia". Journal of Anatomy. 214 (4). 2009: 516–559. doi:10.1111/j.1469-7580.2009.01066.x. PMC 2736122. PMID 19422428.
  17. Mercer, Derry K; Stewart, Colin S. "Keratin hydrolysis by dermatophytes". Medical Mycology. 57 (1). 1 January 2019: 13–22. doi:10.1093/mmy/myx160. PMID 29361043.