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Strukturproteine

Das Strukturprotein Keratin

Definition
Keratin ist der Hauptbestandteil von Nägeln, Haaren, Hörnern, Hufen und Federn. Keratine werden als α-Keratin(Säugetiere) oder als β-Keratin (Vögel und Reptilien) klassifiziert.

Haar besteht hauptsächlich aus α-Keratin, einer rechtsgängigen α-Helix, in der vor allem hydrophobe Aminosäuren vorkommen (Phenylalanin, Isoleucin, Valin, Methionin und Alanin). Wie auch beim Collagen bilden in den Keratinen zwei Helices eine Superhelix, deren Windung umgekehrt zu den Windungen der Einzelhelices verläuft (und die demnach im Falle von Keratin linksgängig ist). Kovalente Quervernetzung über Disulfid-Brücken verleiht dieser Superhelix eine besondere Festigkeit. Je höher der Anteil an Disulfid-Brücken zwischen den einzelnen Helices ist, desto geringer ist die Biegsamkeit der Faser. Keratine in Horn, Haar oder Nägeln sind weniger biegsam als weiche Keratine aus der Haut. In den härtesten α-Keratinen wie dem Horn der Nashörner sind bis zu 18 % der Aminosäuren an solchen Quervernetzungen beteiligt.

Haare sind ein typisches Charakteristikum der Säugetiere, nur diese haben echtes Haar. Die Haupt- und Barthaare, von denen der Mensch 100.000 bis 150.000 besitzt, sind lange, verhornte Fasern mit Durchmessern zwischen einigen Mikrometern und 0,5 mm. Der freistehende Haarschaft wird durch den von einem Balg (Wurzelscheide) umkleideten Haarfollikel bis zu 3 mm tief in der Haut verankert. Feine, deutlich voneinander getrennte Haare heißen bei Tieren Pelz; sind die Haare eher verfilzt, nennt man sie Wolle.

Haar besteht zu mehr als 80 % aus α-Keratin, einem Faserprotein. Der Begriff Keratin ist mehrdeutig und wird sowohl für eine Gruppe von Faserproteinen als auch für die daraus gebildeten Mikrofibrillen benutzt. Der hohe Schwefelanteil des Keratins wird durch seinen Gehalt an Cystein bedingt. Cystein bildet Disulfid-Brücken, die das Haar stabilisieren. Daneben bestimmen auch die zahlreichen hydrophoben Aminosäuren die Eigenschaften der Mikrofibrillen wie z.B. ihre Festigkeit und die Unlöslichkeit in Wasser. Von Natur aus sind Keratine farblos. Die Farbe des Haars wird durch das Pigment Melanin bedingt, das in der Follikelmatrix durch eine Reihe von Oxidationsschritten aus der Aminosäure Tyrosin gebildet wird oder, im Fall von grauem Haar, durch eingelagerte kleine Luftblasen. Der besondere Aufbau des Haares ermöglicht die Anwendung von Dauerwellen, bei denen die Disulfid-Quervernetzungen zunächst gelöst und dann wieder gebildet werden.

Aufbau des Haares

Ein typisches Haar ist aus abgestorbenen Zellen aufgebaut, die dicht gepackte Makrofibrillen enthalten (Durchmesser ca. 200 nm). Makrofibrillen sind aus parallelen Mikrofibrillen aufgebaut (Durchmesser 8 nm), und diese bestehen aus Protofibrillen mit einem Durchmesser von ca. 2 nm. Protofibrillen entsprechen der (9+2) Struktur, die man auch in eukaryontischen Bewegungsorganen (Cilien) findet. Neun Protofilamente bilden einen Ring, der zwei zentrale Protofilamente in der Mitte umschließt. Protofilamente bestehen aus zwei Paaren von α-Helices, die umeinander geschlungen sind und zahlreiche Cystein-Reste enthalten.

Abb.1
Der Haaraufbau
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