Tipos de queratina, estrutura, localização e funções

O queratina É uma proteína fibrosa insolúvel que é uma parte estrutural das células e os tegumentos de muitos organismos, especialmente de animais vertebrados. Tem formas muito variadas e é pouco reativo, quimicamente falando.

Sua estrutura foi descrita pela primeira vez pelos cientistas Linus Pauling e Robert Corey em 1951, enquanto analisou a estrutura do cabelo animal. Esses pesquisadores também deram indicações sobre a estrutura da miosina do tecido muscular

Esquema de organização Alfa-Queratina (Fonte: MLPatton [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)] via Wikimedia Commons)

Após o colágeno, é uma das proteínas mais importantes dos animais e representa a maior parte do peso seco dos cabelos, lã, pregos, garras e cascos, penas, chifres e parte substancial da camada externa da pele.

Os elementos "queratinizados" dos animais podem ter morfologias muito diferentes que dependem, em grande parte, da função que exercem em cada organismo em particular.

A queratina é uma proteína que possui características que oferecem grande eficiência mecânica em termos de tensão e compressão. É produzido por um tipo especial de células chamadas "queratinócitos", que geralmente morrem depois que elas o produzem.

Alguns autores afirmam que as queratinas são expressas em um estádio de tecido e palco. Nos seres humanos, existem mais de 30 genes de codificação para essas proteínas e elas pertencem a uma família que evoluiu para várias rodadas de duplicação genética.

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Tipos de queratinas e sua estrutura

Existem, essencialmente, dois tipos de queratinas: α e β. Estes são distinguidos por possuir uma estrutura básica que é composta principalmente por cadeias polipeptídicas que podem ser inscritos como hélices alfa (α-quadrinas) ou unindo-se em paralelo como as folhas β-gordurosas (β-barata).

α-queatinas

Este tipo de queratina é o mais estudado e sabe -se que os mamíferos têm pelo menos 30 variantes diferentes desse tipo de queratina. Nesses animais, α-isso fazem parte de unhas, cabelos, chifres, capacetes, espigões e epiderme.

Como o colágeno, essas proteínas contêm em sua estrutura uma proporção abundante de pequenos aminoácidos como glicina e alanina, que são aqueles que possibilitam o estabelecimento de hélices alfa. A estrutura molecular de uma α-queatina consiste em três regiões diferentes: (1) fibrilas ou hélices cristalinos, (2) os domínios terminais dos filamentos e (3) a matriz.

As hélices são duas e formam um dímero que se assemelha a uma espiral enrolada que permanece unida graças à presença de links ou pontes dissulfur (S-S). Cada uma das hélices tem aproximadamente 3.6 resíduos de aminoácidos em cada turno que fornece e consiste em mais ou menos 310 aminoácidos.

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Essas espirais enroladas podem então ser associadas para formar uma estrutura conhecida como protofilamento ou protofibrilla, que tem a capacidade de se reunir com outros do mesmo tipo.

Os protofilamentos têm terminais N e C e não-helicoidais ricos em resíduos de cisteína e que estão ligados à região central ou matriz. Essas moléculas polimerizam para formar os filamentos intermediários que têm um diâmetro próximo a 7 nm.

Dois tipos de filamentos intermediários compostos de queratina são distinguidos: os filamentos ácidos intermediários (tipo I) e o básico (tipo II). Eles estão incorporados em uma matriz de proteínas e a maneira como esses filamentos são ordenados influencia diretamente as propriedades mecânicas da estrutura que compõem.

Nos filamentos do tipo I, as hélices se conectam por meio de três "conectores helicoidais" conhecidos como L1, L12 e L2 e que se pensam que fornecem flexibilidade ao domínio helicoidal. Nos filamentos tipo II, também existem dois subdomínios que estão entre os domínios helicoidais.

Exemplo de uma estrutura com α-queatinas: cabelo

Se a estrutura de um cabelo típico for analisada, ele tem um diâmetro aproximado de 20 mícrons e é composto de células mortas contém.

Os cabelos de mamíferos, como esta vaca, são compostos por queratina (fonte: Frank Winkler via Pixabay.com)

As macropibrilas são compostas de microfibrilas, que têm menos diâmetro e são unidas entre si através de uma substância proteica amorfa com alto teor de enxofre.

Essas microfibrilas são grupos de protofibrilas menores com um padrão de organização de 9+2, o que significa que nove protofibrilhas envolvem duas protofibrilas centrais; Todas essas estruturas são essencialmente compostas de α-queatina.

Queratinas macias e queratinas duras

Dependendo do teor de enxofre que eles têm, as α-queatinas podem ser classificadas como queratinas suaves ou queratinas duras. Isso tem a ver com a força de resistência mecânica imposta pelos links de dissulfeto na estrutura da proteína.

No grupo de queratinas duras, aqueles que fazem parte dos cabelos, buzinas e unhas são incluídos, enquanto as queratinas macias são representadas pelos filamentos encontrados na pele e calos.

As ligações dissulfeto podem ser eliminadas aplicando um agente redutor; portanto, as estruturas compostas por queratina não são facilmente digeríveis pelos animais, a menos que tenham intestinos ricos em mercadorias, como é o caso de alguns insetos.

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β-queatinas

Β-que são muito mais fortes que as α-queatinas e são encontrados em répteis e pássaros como parte das garras, escalas, penas e picos. Nas lagartixas, os microvings encontrados em suas pernas (cogumelos) também são compostos por esta proteína.

Sua estrutura molecular é composta de lençóis pendentes β formados por cadeias polipeptídicas antiparalletas que se ligam através de ligações ou pontes de hidrogênio. Essas correntes, próximas uma da outra, formam pequenas superfícies rígidas e planas, ligeiramente dobradas.

Onde você está e quais são suas funções?

As funções de queratina estão relacionadas, acima de tudo, ao tipo de estrutura que ele constrói e o lugar do corpo do animal onde está localizado.

Como outras proteínas fibrosas, isso confere estabilidade e rigidez estrutural às células, pois pertence à grande família de proteínas conhecida como família de filamentos intermediários, que são proteínas do citoesqueleto.

Em proteção e cobertura

A camada superior da pele dos animais superiores tem uma grande rede de filamentos intermediários formados por queratina. Esta camada é chamada de epiderme e tem entre 30 mícrons e 1 nm de espessura em humanos.

A epiderme funciona como uma barreira protetora contra diferentes tipos de estresse mecânico e químico e é sintetizado por um tipo especial de células chamadas "queratinócitos".

Além da epiderme, há uma camada ainda mais externa que está se movendo constantemente.

Espinas e Púas também são usados ​​por vários animais para sua própria proteção contra predadores e outros agressores.

A "armadura" dos pangolines, alguns pequenos mamíferos insetívoros que habitam a Ásia e a África, também é composta por "escalas" de ceratina que os protegem.

Em defesa e outras funções

Os chifres são observados em animais da família Bovidorae, isto é, em vacas, ovelhas e cabras. São estruturas muito fortes e resistentes e os animais que os empregam como órgãos de defesa e namoro.

Os chifres são formados por um centro de osso composto por osso "esponjoso" que é coberto pela pele que é projetada na zona posterior do crânio.

As unhas são outro exemplo de partes do corpo compostas por queratina (fonte: Adobe Stock via Pixabay.com)

As garras e as unhas, além de suas funções em alimentos e apoio, também servem animais como defesa de "armas" contra atacantes e predadores.

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Os picos de pássaros cumprem vários propósitos, entre os quais comida, defesa, namoro, troca de calor e banheiro, entre outros, entre outros. Várias variedades de picos de aves são encontradas na natureza, especialmente em termos de forma, cor, tamanho e força das mandíbulas associadas.

Os picos são compostos, assim como os chifres, por um centro de ossos projetados do crânio e cobertos com folhas resistentes de β-queatina.

Os dentes de animais não belibulados (vertebrados "ancestrais" são compostos de queratina e, como os dentes dos vertebrados "superiores", têm múltiplas funções em comida e defesa.

No movimento

Os capacetes de muitos animais ruminantes e ugulados (cavalos, burros, alces, etc.) Eles são compostos de queratina, são muito resistentes e projetados para proteger as pernas e colaborar no movimento.

As penas, que também são usadas pelos pássaros para se mover, são compostas por β-bar. Essas estruturas, além disso, têm funções na camuflagem, no namoro, em isolamento térmico e em inadrejeira.

As penas e o pico dos pássaros também são compostos de queratina (fonte: Couleur, via Pixabay.com)

Na indústria

A indústria têxtil é um dos principais exploradores das estruturas queratinizadas, antropocentricamente falando. A lã e o cabelo de muitos animais são importantes no nível industrial, porque com eles várias roupas úteis para homens de vários pontos de vista são fabricadas.

Referências

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