KERATIN: JENIS, STRUKTUR, LOKASI DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The Keratin adalah protein berserat larut yang membentuk satu bagian struktural dari sel-sel dan integumen dari banyak organisme, terutama vertebrata. Ia 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 menganalisis struktur rambut hewan. Para peneliti ini juga memberikan wawasan tentang struktur miosin di jaringan otot.

Skema organisasi alfa-keratin (Sumber: Mlpatton via Wikimedia Commons)

Setelah kolagen, itu adalah salah satu protein terpenting pada hewan dan mewakili sebagian besar berat kering rambut, wol, kuku, cakar dan kuku, bulu, tanduk dan sebagian besar lapisan luar kulit.

Unsur-unsur atau bagian-bagian hewan yang "dikeratin" dapat memiliki morfologi yang sangat berbeda yang sangat bergantung pada fungsi yang mereka lakukan di setiap organisme tertentu.

Keratin merupakan protein yang memiliki karakteristik yang memberikan efisiensi mekanik yang baik dalam hal tegangan dan kompresi. Ia diproduksi oleh jenis sel khusus yang disebut "keratinosit", yang biasanya mati setelah diproduksi.

Beberapa penulis menegaskan bahwa keratin diekspresikan dalam jaringan dan cara khusus tahap. Pada manusia, ada lebih dari 30 gen yang menyandikan protein ini dan mereka termasuk dalam keluarga yang berevolusi melalui beberapa putaran duplikasi genetik.

Jenis keratin dan strukturnya

Pada dasarnya ada dua jenis keratin: α dan β. 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 terlipat β (β-keratin).

α-Keratins

Jenis keratin ini adalah yang paling banyak dipelajari dan diketahui bahwa mamalia memiliki setidaknya 30 varian jenis keratin yang berbeda. Pada hewan ini, α-keratin merupakan bagian dari kuku, rambut, tanduk, kuku, duri, dan epidermis.

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

Heliks ada dua dan membentuk dimer yang menyerupai spiral melingkar yang disatukan berkat adanya ikatan atau jembatan disulfida (SS). Masing-masing heliks memiliki sekitar 3,6 residu asam amino di setiap putaran yang dibuatnya dan terdiri dari sekitar 310 asam amino.

Kumparan melingkar ini kemudian dapat dikaitkan untuk membentuk struktur yang dikenal sebagai protofilamen atau protofibril, yang memiliki kemampuan untuk berkumpul dengan orang lain dari jenis yang sama.

Protofilamen memiliki termini N dan C non-heliks yang kaya akan residu sistein dan yang melekat pada daerah inti atau matriks. Molekul-molekul ini berpolimerisasi untuk membentuk filamen perantara yang memiliki diameter mendekati 7nm.

Dua jenis filamen perantara yang terdiri dari keratin dibedakan: filamen perantara asam (tipe I) dan basa (tipe II). Ini tertanam dalam matriks protein dan cara filamen ini disusun secara langsung mempengaruhi sifat mekanik 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 juga dua subdomain yang terletak di antara domain heliks.

Contoh struktur dengan α-keratin: rambut

Jika struktur rambut tipikal dianalisis, diameternya kira-kira 20 mikron dan terdiri dari sel-sel mati yang mengandung makrofibril padat yang diorientasikan secara 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 sembilan protofibril mengelilingi dua protofibril pusat; semua struktur ini pada dasarnya terdiri dari α-keratin.

Keratin lunak dan keratin keras

Tergantung pada kandungan sulfurnya, α-keratin dapat diklasifikasikan sebagai keratin lunak atau keratin keras. Ini ada hubungannya dengan gaya ketahanan mekanis yang dikenakan oleh ikatan disulfida dalam struktur protein.

Kelompok keratin keras meliputi yang merupakan bagian rambut, tanduk dan kuku, sedangkan keratin lunak diwakili oleh filamen yang terdapat pada kulit dan jagung.

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

β-Keratin

Β-keratin jauh lebih kuat dari α-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 β-folded sheets yang dibentuk oleh rantai polipeptida antiparalel yang disatukan melalui ikatan atau ikatan hidrogen. Rantai-rantai ini, bersebelahan, membentuk permukaan kecil yang kaku dan datar, sedikit terlipat.

Dimana dan apa fungsinya?

Fungsi keratin terkait, terutama, dengan jenis struktur yang dibangunnya dan di mana ia ditemukan dalam tubuh hewan.

Seperti protein berserat lainnya, ia memberikan stabilitas dan kekakuan struktural pada sel, karena ia termasuk dalam keluarga besar protein yang dikenal sebagai keluarga filamen perantara, yang merupakan protein sitoskeleton.

Dalam perlindungan dan perlindungan

Lapisan atas kulit hewan tingkat tinggi memiliki jaringan filamen perantara yang besar yang dibentuk oleh keratin. Lapisan ini disebut epidermis dan memiliki ketebalan antara 30 mikron dan 1 nm pada manusia.

Epidermis berfungsi sebagai penghalang pelindung terhadap berbagai jenis stres mekanis dan kimiawi dan disintesis oleh jenis sel khusus yang disebut "keratinosit".

Selain epidermis, ada lebih banyak lapisan luar yang terus-menerus terkelupas dan dikenal sebagai stratum korneum, yang melakukan fungsi serupa.

Duri dan duri juga digunakan oleh berbagai hewan untuk perlindungan mereka sendiri dari predator dan agresor lainnya.

"Baju besi" Trenggiling, mamalia kecil pemakan serangga yang menghuni Asia dan Afrika, juga tersusun dari "sisik" keratin yang melindungi mereka.

Dalam fungsi pertahanan dan 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 bagian tubuh yang terbuat dari keratin (Sumber: Adobe Stock via pixabay.com)

Cakar dan kuku, selain fungsinya untuk memberi makan dan menahan, juga berfungsi sebagai "senjata" untuk pertahanan melawan penyerang dan predator.

Paruh burung memiliki beberapa kegunaan, di antaranya untuk makanan, pertahanan, pacaran, pertukaran panas, dan perawatan, antara lain. Berbagai jenis paruh ditemukan di alam pada burung, terutama dalam hal bentuk, warna, ukuran dan kekuatan rahang yang terkait.

Paruhnya terdiri dari, seperti tanduk, dari pusat tulang yang menonjol dari tengkorak dan ditutupi dengan lembaran β-keratin yang kuat.

Gigi hewan non-mandibula (vertebrata "leluhur") terdiri dari keratin dan, seperti gigi vertebrata "yang lebih tinggi", memiliki banyak fungsi dalam memberi makan dan pertahanan.

Di perjalanan

Kuku dari banyak hewan ruminansia dan hewan berkuku (kuda, keledai, rusa, dll.) Terbuat dari keratin, sangat tahan dan dirancang untuk melindungi kaki dan membantu pergerakan.

Bulu, yang juga digunakan burung untuk bergerak, terdiri dari β-keratin. Struktur ini juga memiliki fungsi sebagai kamuflase, pacaran, isolasi termal, dan kedap air.

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

Di industri

Industri tekstil adalah salah satu pengeksploitasi utama struktur keratin, secara antroposentris. Wol dan rambut banyak hewan penting pada tingkat industri, karena dengan mereka berbagai pakaian diproduksi yang berguna bagi manusia dari berbagai sudut pandang.

Referensi

1. Koolman, J., & Roehm, K. (2005). Color Atlas of Biochemistry (edisi ke-2nd). New York, AS: Thieme.
2. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochemistry (edisi ke-3rd). San Francisco, California: Pearson.
3. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Lehninger Biokimia. Omega Editions (edisi ke-5).
4. Pauling, L., & Corey, R. (1951). Struktur Rambut, Otot, dan Protein Terkait. Kimia, 37, 261-271.
5. Phillips, D., Korge, B., & James, W. (1994). Keratin dan keratinisasi. Jurnal American Academy of Dermatology, 30 (1), 85-102.
6. Bangun, JG, & Dyke, ME Van. (2010). Tinjauan Biomaterial Berbasis Keratin untuk Aplikasi Biomedis. Bahan, 3, 999-1014.
7. Smith, FJD (2003). Genetika Molekuler Gangguan Keratin. Am J Clin Dermatol, 4 (5), 347-364.
8. Voet, D., & Voet, J. (2006). Biochemistry (edisi ke-3rd). Editorial Médica Panamericana.
9. Wang, B., Yang, W., McKittrick, J., & Meyers, MA (2016). Keratin: Struktur, sifat mekanik, kejadian dalam organisme biologis, dan upaya bioinspirasi. Kemajuan dalam Ilmu Material.