Keratin ist eine Familie faseriger Strukturproteine, bekannt als Skleroproteine, die das Hauptstrukturmaterial der Epidermis, Haare, Nägel und analoger Strukturen wie Hörner, Federn und Krallen bilden. Seine Zähigkeit und Unlöslichkeit machen es ideal für Schutzfunktionen.
Arten von Keratin
- Alpha-Keratin (α-Keratin): Bei Säugetieren zu finden. Seine Struktur basiert auf coiled-coil-Dimern, die zu Zwischenfilamenten (IFs) zusammenbauen. Die Eigenschaften reichen von weich (Haut) bis hart (Haare, Nägel), weitgehend bestimmt durch den Grad der Cystein-Verbindung über Disulfidbrücken.
- Beta-Keratin (β-Keratin): Bei Vögeln und Reptilien zu finden. Es hat eine β-Faltblattstruktur, was es härter und steifer macht, geeignet für Federn, Schuppen, Schnäbel und Krallen.
Wichtige Eigenschaften
- Hohe mechanische Festigkeit und Zähigkeit.
- Unlöslich in Wasser und den meisten Lösungsmitteln.
- Wasserresistent, besonders im Stratum corneum, wo eine lipidenreiche Matrix die Barrierefunktion verstärkt.
- Elastizität variiert; hartes Keratin hat niedrige Elastizität aufgrund umfangreicher Vernetzung.
- Biokompatibel und biologisch abbaubar.
Biologische Rollen
- Epidermis (Stratum corneum): Keratinozyten durchlaufen terminale Differenzierung, um die cornified Envelope zu bilden – ein Komposit aus Keratin-Zwischenfilamenten, vernetzten Proteinen und Lipiden. Dies schafft die primäre Barriere gegen Wasserverlust, Krankheitserreger, UV-Strahlung und Chemikalien.
- Haarschaft: Der Kortex besteht aus ausgerichteten Keratinfilamenten, eingebettet in eine hochcysteinreiche Matrix, die Festigkeit und Textur verleiht. Die Cuticula besteht aus überlappenden Schuppen, die den Kortex schützen.
- Nagelplatte: Besteht aus hartem α-Keratin mit niedrigem Schwefelgehalt und bildet einen starren Schutzschild für die distalen Finger.
Klinische Relevanz
- Genetische Hauterkrankungen: Mutationen in Keratingenen (z. B. KRT1, KRT10, KRT14, KRT5) verursachen Ichthyosis und Epidermolysis bullosa.
- Haarerkrankungen: Monilethrix (KRT81, KRT83, KRT86) und Trichorrhexis nodosa.
- Nageldystrophien: Pachyonychia congenita (KRT6a, KRT6b, KRT16, KRT17).
- Diagnostischer Marker: Keratin-Expression wird immunohistochemisch verwendet, um den epithelialen Ursprung von Tumoren (Karzinomen) zu identifizieren.
