Queratina - Keratin
Queratina ( / k ɛr ə t ɪ n / ) é uma de uma família de proteínas estruturais fibrosas conhecidas como escleroproteínas . α-Queratina é um tipo de queratina encontrada em vertebrados. É o principal material estrutural que compõe escamas , cabelos , unhas , penas , chifres , garras , cascos , calosidades e a camada externa da pele entre os vertebrados. A queratina também protege as células epiteliais de danos ou estresse. A queratina é extremamente insolúvel em água e solventes orgânicos. Queratina monómeros montar em feixes para formar filamentos intermédios , os quais são difíceis e formam forte unmineralized epidérmico apêndices encontrado em répteis , pássaros , anfíbios , e mamíferos . A queratinização excessiva participa da fortificação de certos tecidos, como chifres de gado e rinocerontes e osteoderme de tatus. A única outra matéria biológica conhecida que aproxima a dureza do tecido queratinizado é a quitina . A queratina vem em dois tipos, as formas primitivas e mais suaves, encontradas em todos os vertebrados, e as formas mais duras, derivadas, encontradas apenas entre os sauropsídeos (répteis e pássaros). A queratina resiste à digestão, razão pela qual os gatos regurgitam bolas de pelo .
A seda da aranha é classificada como queratina, embora a produção da proteína possa ter evoluído independentemente do processo nos vertebrados.
Exemplos de ocorrência
α-queratinas são encontradas em todos os vertebrados. Eles formam o cabelo (incluindo a lã ), a camada externa da pele , chifres , unhas , garras e cascos de mamíferos e os fios de gosma do peixe-bruxa . Os filamentos de queratina são abundantes nos queratinócitos nacamada córnea da epiderme ; são proteínas que sofreram queratinização . Eles também estão presentes nas células epiteliais em geral. Por exemplo, células epiteliais do timo de camundongo reagem com anticorpos para queratina 5, queratina 8 e queratina 14. Esses anticorpos são usados como marcadores fluorescentes para distinguir subconjuntos decélulas epiteliais do timo de camundongoem estudos genéticos do timo .
As β-queratinas mais duras são encontradas apenas nos sauropsídeos , ou seja, em todos os répteis e pássaros vivos . Eles são encontrados nas unhas, escamas e garras de répteis , em algumas conchas de répteis ( testudines , como tartaruga , tartaruga , tartaruga ) e nas penas , bicos e garras de pássaros . Essas queratinas são formadas principalmente em folhas beta . No entanto, as folhas beta também são encontradas nas α-queratinas. As placas de barbatana das baleias que se alimentam do filtro são feitas de queratina. Estudos recentes mostraram que as β-queratinas sauropsídeos são fundamentalmente diferentes das αα-queratinas em nível genético e estrutural. O novo termo proteína beta córnea (CBP) foi proposto para evitar confusão com α-queratinas.
As queratinas (também descritas como citoqueratinas ) são polímeros dos filamentos intermediários do tipo I e do tipo II que foram encontrados apenas em cordados ( vertebrados , anfioxos , urocordados ). Nemátodos e muitos outros animais não cordados parecem ter apenas filamentos intermediários do tipo VI , fibras que estruturam o núcleo .
Genes
O genoma humano codifica 54 genes funcionais de queratina , localizados em dois grupos nos cromossomos 12 e 17. Isso sugere que eles se originaram de uma série de duplicações gênicas nesses cromossomos.
As queratinas incluem as seguintes proteínas de que 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 e KRT86 foram usados para descrever queratinas anteriores aos 20 anos.
Estrutura da proteína
As primeiras sequências de queratinas foram determinadas por Israel Hanukoglu e Elaine Fuchs (1982, 1983). Essas sequências revelaram que existem duas famílias de queratina distintas, mas homólogas, que foram denominadas queratinas tipo I e tipo II. Pela análise das estruturas primárias dessas queratinas e outras proteínas do filamento intermediário, Hanukoglu e Fuchs sugeriram um modelo no qual as queratinas e as proteínas do filamento intermediário contêm um domínio de resíduo central ~ 310 com quatro segmentos em conformação α-helicoidal separados por três ligantes curtos segmentos previstos para estarem em conformação de curva beta. Este modelo foi confirmado pela determinação da estrutura cristalina de um domínio helicoidal de queratinas.
Moléculas de queratina fibrosa se superenrolam para formar um motivo super - helicoidal canhoto muito estável para multimerizar, formando filamentos que consistem em múltiplas cópias do monômero de queratina .
A principal força que mantém a estrutura da bobina enrolada são as interações hidrofóbicas entre os resíduos apolares ao longo dos segmentos helicoidais das queratinas.
O espaço interior limitado é a razão pela qual a hélice tripla do colágeno da proteína estrutural (não relacionada) , encontrada na pele , cartilagem e osso , da mesma forma tem uma alta porcentagem de glicina . A elastina da proteína do tecido conjuntivo também possui uma alta porcentagem de glicina e alanina . A fibroína de seda , considerada uma β-queratina, pode ter esses dois como 75–80% do total, com 10–15% de serina , com o restante tendo grupos laterais volumosos. As cadeias são antiparalelas, com uma orientação alternada de C → N. Uma preponderância de aminoácidos com pequenos grupos laterais não reativos é característica das proteínas estruturais, para as quais o empacotamento próximo com ligação H é mais importante do que a especificidade química .
Pontes dissulfeto
Além das ligações de hidrogênio intra e intermoleculares , a característica distintiva das queratinas é a presença de grandes quantidades do aminoácido cisteína contendo enxofre , necessário para as pontes dissulfeto que conferem resistência e rigidez adicionais por reticulação permanente e termicamente estável - em muito da mesma forma que as pontes de enxofre não proteicas estabilizam a borracha vulcanizada . O cabelo humano tem aproximadamente 14% de cisteína. Os cheiros pungentes de cabelo e pele queimados são devidos aos compostos de enxofre voláteis formados. A ligação dissulfeto extensiva contribui para a insolubilidade das queratinas, exceto em um pequeno número de solventes, como agentes dissociadores ou redutores .
As ceratinas mais flexíveis e elásticas do cabelo têm menos pontes dissulfeto intercadeias do que as ceratinas nas unhas , cascos e garras de mamíferos (estruturas homólogas), que são mais duras e semelhantes a seus análogos em outras classes de vertebrados. Cabelo e outras α-queratinas consistem em cadeias de proteína simples enroladas em hélice α (com ligação H intracadeia regular ), que são então torcidas em cordas super-helicoidais que podem ser ainda mais enroladas. As β-queratinas de répteis e pássaros têm folhas β-pregueadas torcidas juntas, depois estabilizadas e endurecidas por pontes dissulfeto.
Formação de filamento
Foi proposto que as queratinas podem ser divididas em formas 'duras' e 'moles', ou ' citoqueratinas ' e 'outras queratinas'. Esse modelo agora é entendido como correto. Uma nova adição nuclear em 2006 para descrever as queratinas leva isso em consideração.
Os filamentos de queratina são filamentos intermediários . Como todos os filamentos intermediários, as proteínas de queratina formam polímeros filamentosos em uma série de etapas de montagem começando com dimerização; dímeros se reúnem em tetrâmeros e octâmeros e, eventualmente, se a hipótese atual for válida, em filamentos de comprimento unitário (ULF) capazes de recozer ponta a ponta em filamentos longos.
Emparelhamento
| A (neutro-básico) | B (ácido) | Ocorrência |
|---|---|---|
| queratina 1 , queratina 2 | queratina 9 , queratina 10 | estrato córneo , queratinócitos |
| queratina 3 | queratina 12 | córnea |
| queratina 4 | queratina 13 | epitélio estratificado |
| queratina 5 | queratina 14 , queratina 15 | epitélio estratificado |
| queratina 6 | queratina 16 , queratina 17 | epitélio escamoso |
| queratina 7 | queratina 19 | epitélio ductal |
| queratina 8 | queratina 18 , queratina 20 | epitélio simples |
Cornificação
Cornificação é o processo de formação de uma barreira epidérmica em tecido epitelial escamoso estratificado. No nível celular, a cornificação é caracterizada por:
- produção de queratina
- produção de pequenas proteínas ricas em prolina (SPRR) e transglutaminase que eventualmente formam um envelope celular cornificado abaixo da membrana plasmática
- diferenciação terminal
- perda de núcleos e organelas, nos estágios finais da cornificação
O metabolismo cessa e as células são quase completamente preenchidas por queratina. Durante o processo de diferenciação epitelial, as células tornam-se cornificadas à medida que a proteína da queratina é incorporada aos filamentos intermediários de queratina mais longos. Eventualmente, o núcleo e as organelas citoplasmáticas desaparecem, o metabolismo cessa e as células sofrem uma morte programada à medida que se tornam totalmente queratinizadas. Em muitos outros tipos de células, como as células da derme, os filamentos de queratina e outros filamentos intermediários funcionam como parte do citoesqueleto para estabilizar mecanicamente a célula contra o estresse físico. Ele faz isso por meio de conexões com desmossomos, placas de junção célula-célula e hemidesmossomos, estruturas adesivas da membrana basal da célula.
As células da epiderme contêm uma matriz estrutural de queratina, o que torna essa camada mais externa da pele quase impermeável e, junto com o colágeno e a elastina, dá força à pele. A fricção e a pressão causam espessamento da camada externa cornificada da epiderme e formam calos protetores, que são úteis para atletas e na ponta dos dedos de músicos que tocam instrumentos de corda. As células epidérmicas queratinizadas são constantemente eliminadas e substituídas.
Essas estruturas rígidas e tegumentares são formadas por cimentação intercelular de fibras formadas a partir de células mortas e cornificadas, geradas por leitos especializados nas profundezas da pele. O cabelo cresce continuamente e as penas mudam e se regeneram. As proteínas constituintes podem ser filogeneticamente homólogas, mas diferem um pouco na estrutura química e organização supermolecular. As relações evolutivas são complexas e apenas parcialmente conhecidas. Vários genes foram identificados para as β-queratinas nas penas, e isso provavelmente é característico de todas as queratinas.
Seda
As fibroínas de seda produzidas por insetos e aranhas são frequentemente classificadas como queratinas, embora não esteja claro se elas são filogeneticamente relacionadas às queratinas de vertebrados.
A seda encontrada em pupas de insetos e em teias de aranha e cascas de ovos também tem folhas pregueadas β torcidas incorporadas às fibras enroladas em agregados supermoleculares maiores. A estrutura das fieiras nas caudas das aranhas e as contribuições de suas glândulas internas fornecem um controle notável da extrusão rápida . A seda da aranha tem tipicamente cerca de 1 a 2 micrômetros (µm) de espessura, em comparação com cerca de 60 µm para cabelo humano e mais para alguns mamíferos. As propriedades biologicamente e comercialmente úteis das fibras de seda dependem da organização de múltiplas cadeias de proteínas adjacentes em regiões duras e cristalinas de tamanhos variados, alternando com regiões flexíveis e amorfas onde as cadeias são enroladas aleatoriamente . Uma situação um tanto análoga ocorre com polímeros sintéticos como o náilon , desenvolvido como um substituto da seda. A seda do casulo de vespa contém dupletos com cerca de 10 µm de diâmetro, com núcleos e revestimento, e pode ser arranjada em até 10 camadas, também em placas de formato variável. As vespas adultas também usam a seda como cola , assim como as aranhas.
Significado clínico
Alguns fungos infecciosos , como os que causam o pé de atleta e a micose (ou seja, os dermatófitos ), se alimentam de queratina.
As doenças causadas por mutações nos genes da queratina incluem:
- Epidermólise bolhosa simplex
- Ictiose bolhosa da Siemens
- Hiperceratose epidermolítica
- Esteatocistoma multiplex
- Ceratose faríngea
- Formação de células rabdóides em carcinoma pulmonar de grandes células com fenótipo rabdóide
A expressão de queratina é útil para determinar a origem epitelial em cânceres anaplásicos . Os tumores que expressam queratina incluem carcinomas , timomas , sarcomas e neoplasias trofoblásticas . Além disso, o padrão de expressão preciso dos subtipos de queratina permite predizer a origem do tumor primário ao avaliar metástases . Por exemplo, os carcinomas hepatocelulares expressam tipicamente CK8 e CK18, e os colangiocarcinomas expressam CK7, CK8 e CK18, enquanto as metástases de carcinomas colorretais expressam CK20, mas não CK7.
A queratina é altamente resistente aos ácidos digestivos se ingerida, como ocorre na tricofagia humana . Assim, os gatos (que se limpam com a língua) ingerem pêlos regularmente, levando à formação gradual de uma bola de pelo que pode ser vomitada. A síndrome de Rapunzel , uma condição intestinal extremamente rara, mas potencialmente fatal em humanos, é causada pela tricofagia.
Veja também
- Lista de doenças cutâneas causadas por mutações nas queratinas
- Lista de queratinas expressas no sistema tegumentar humano
- Lista de queratinas