Keratiinit ovat kuituproteiinien perhe. Keratiini muodostaa eläinten karvoja, sarvia, kynsiä, kavioita, sorkkia, kuoria, nokkia ja höyheniä. Nimi tulee kreikan kielen sanasta keras, joka tarkoittaa sarvea.

Keratiinit ovat sitkeitä ja liukenemattomia. Ne muodostavat matelijoiden, lintujen, sammakkoeläinten ja nisäkkäiden kovat, mutta ei-mineraaliset rakenteet. Samanlainen biologinen sitkeys on kitiinillä.

Rakenne ja tyypit

Keratiinit ovat solunsisäisiä tukirangan proteiineja, jotka kuuluvat välifilamenttiproteiinien ryhmään. Ne koostuvat pitkästä, kierteisestä keskeisestä „rod“-osiosta sekä lyhyemmistä päistä (head ja tail). Keratiinit muodostavat säikeitä, jotka kietoutuvat toistensa ympäri ja liittoutuvat toisiinsa kovalenttisilla rikkisilta-sidoksilla (disulfidisillat) kysteiinijäämien välityksellä. Rikkisiltojen määrä vaikuttaa materiaalin kovuuteen ja jäykkyyteen.

Yleisesti keratiineista erotetaan kaksi päätyyppiä:

  • Pehmeä (soft) keratiini — esiintyy esimerkiksi ihoepiteelissä (epidermiksessä) ja on joustavampaa.
  • Kova (hard) keratiini — esiintyy hiuksissa, kynsissä, sarvissa ja höyhenissä; kova keratiini sisältää yleensä enemmän kysteiinia ja rikkisiltoja.

Toiminnot ja esiintyminen

Keratiini antaa kudoksille mekaanisen suojan, vedenpitävyyttä ja kulutuskestävyyttä. Esimerkiksi:

  • Hiukset ja karvat: keratiini antaa lujuuden ja joustavuuden sekä määrittää hiuksen rakenteen (suora, laineikas, kihara).
  • Kynnet ja sarvet: korkea rikkisiltojen määrä tekee niistä kovia ja kestäviä.
  • Höyhenet ja kuoret: tarjoavat lämmön- ja suojan, samalla vähentävät vedenpitävyyttä lintujen ja matelijoiden pinnoilla.

Usein keratiinia syntetisoidaan tietyissä soluissa, kuten keratinosyteissä ihossa ja follikulaarisissa soluissa hiuspohjassa. Solujen erilaistuessa keratiinit kerrostuvat ja solut kuolevat muodostaen kovan, suojan antavan kerroksen.

Biologinen merkitys ja sovellukset

Keratiini on tärkeä sekä luonnon ekosysteemeissä että ihmisen sovelluksissa. Luonnossa se suojaa eläimiä, auttaa lämmönsäätelyssä ja mahdollistaa erilaiset liikkumismuodot. Ihmisellä keratiinia hyödynnetään muun muassa kosmetiikassa ja materiaalitutkimuksessa: hiushoidot ja niin sanotut keratiiniproteiinia sisältävät tuotteet lupaavat vahvistaa ja suojata hiuksia. Lisäksi keratiinista johdettuja materiaaleja tutkitaan haavojen hoidossa, kudostekniikassa ja biohajoavissa materiaaleissa.

Sairaudet ja geneettiset häiriöt

Mutaatio tietyissä keratiinigeeneissä voi heikentää proteiinin rakennetta ja johtaa iho- ja karvaperäisiin sairauksiin. Esimerkkejä ovat muun muassa epidermolysis bullosa simplex (ihon rakoilu ja rakkulat) sekä pachyonychia congenita (kynsi- ja ihomuutoksia). Näissä tiloissa heikompi keratiinirakenne tekee kudoksista alttiimpia vaurioille.

Yhteenveto

Keratiinit ovat monipuolinen proteiiniperhe, joka rakentaa monien eläinten lujia, ei-mineraalisia rakenteita, kuten hiuksia, kynsiä, höyheniä ja sarvia. Niiden erityisrakenne — kierteiset filamentit ja rikkisiltojen muodostama poikkisiteytys — antaa näille rakenteille niiden lujuuden ja kestävyyden. Samalla keratiinien monimuotoisuus selittää, miksi ne voivat toimia sekä joustavina että hyvin kovina materiaaleina eri elimissä ja lajeissa.