เคราติน ( / ˈ k ɛr ə t ɪ n / ^{[ 1 ] [ 2 ]} ) เป็นหนึ่งในตระกูลของโปรตีนเส้นใย โครงสร้าง ที่รู้จักกันในชื่อ สเค ลอโรโปรตีนมันเป็นวัสดุโครงสร้างหลักที่ประกอบขึ้นเป็นเกล็ดขนเล็บขนนกเขากรงเล็บกีบและชั้นนอกของผิวหนังในสัตว์มีกระดูกสันหลัง สี่ ขาเคราตินยังช่วยปกป้อง เซลล์ เยื่อบุผิวจากความเสียหายหรือความเครียด เคราตินละลายน้ำและตัวทำละลายอินทรีย์ได้น้อยมากโมโนเมอร์ ของเคราติน จะรวมตัวกันเป็นมัดเพื่อสร้างเส้นใยระดับกลางซึ่งมีความแข็งแรงและสร้าง ส่วนประกอบของผิวหนัง ที่ไม่เป็นแร่ ธาตุที่แข็งแรง พบในสัตว์เลื้อยคลานนกสัตว์ครึ่งบกครึ่ง น้ำ และ สัตว์เลี้ยง ลูกด้วยนม [ ^{3 ] [ 4 ] การ} สร้างเคราติ น มากเกินไปมีส่วนช่วยในการเสริมความแข็งแรงของเนื้อเยื่อบางชนิด เช่น ในเขาของวัวและแรดและออสทีโอเดอร์มของอาร์มาดิลโล^{[ 5 ]} สาร ชีวภาพอื่น ๆที่ทราบกันว่ามีความเหนียว ใกล้เคียง กับเนื้อเยื่อเคราตินคือไคติน [ ^{6 ] [ 7 ] [ 8 ] เครา} ตินมีสองประเภท ได้แก่ รูปแบบดั้งเดิมที่อ่อนนุ่มกว่าซึ่งพบในสัตว์มีกระดูกสันหลังทั้งหมด และรูปแบบที่แข็งกว่าซึ่งพัฒนาแล้วซึ่งพบเฉพาะในซอรอปซิด (สัตว์เลื้อยคลานและนก)

อัลฟาเคราติน (α-keratins) พบได้ในสัตว์มีกระดูกสันหลังทุกชนิด พวกมันสร้างเส้นผม (รวมถึงขนแกะ ) ชั้นนอกของผิวหนังเขาเล็บกรงเล็บและกีบ ของสัตว์เลี้ยงลูก ด้วยนมและเส้นใยเมือกของปลาไหลทะเล [ ^{4 ] แผ่น}บาลีน ของ วาฬที่กินอาหารแบบกรองก็ทำจากเคราตินเช่นกันเส้นใยเคราตินมีมากมายในเคราติโนไซต์ในชั้นแข็งของหนังกำพร้าซึ่งเป็นโปรตีนที่ผ่านกระบวนการเคราตินไนเซชันนอกจากนี้ยังพบได้ในเซลล์เยื่อบุผิวโดยทั่วไป ตัวอย่างเช่น เซลล์เยื่อบุผิวต่อมไทมัสของหนูทำปฏิกิริยากับแอนติบอดีสำหรับเคราติน 5 เคราติน 8 และเคราติน 14 แอนติบอดีเหล่านี้ใช้เป็นเครื่องหมายเรืองแสงเพื่อแยกแยะกลุ่มย่อยของเซลล์เยื่อบุผิวต่อมไทมัสของหนูในการศึกษาทางพันธุกรรมของต่อมไทมัส

เบต้าเคราติน (β-keratins) ที่แข็งกว่านั้นพบได้เฉพาะในซอรอปซิดส์ซึ่งก็คือสัตว์เลื้อยคลานและนก ที่ยังมีชีวิตอยู่ทั้งหมด พบได้ในเล็บเกล็ดและกรงเล็บของสัตว์เลื้อยคลาน ในเปลือก ของสัตว์เลื้อยคลานบางชนิด ( Testudines ) และในขนปากและกรงเล็บของนก[ ^{9 ] เครา}ตินเหล่านี้ก่อตัวขึ้นเป็นหลักในแผ่นเบต้าอย่างไรก็ตาม แผ่นเบต้ายังพบได้ในอัลฟาเคราตินด้วย^{[ 10 ]} งานวิจัยล่าสุดแสดงให้เห็นว่าเบต้าเคราตินของซอรอปซิดส์นั้นแตกต่างจากอัลฟาเคราตินโดยพื้นฐานในระดับพันธุกรรมและโครงสร้าง จึงมีการเสนอคำศัพท์ใหม่ว่าโปรตีนเบต้าเคราติน (CBP) เพื่อหลีกเลี่ยงความสับสนกับอัลฟาเคราติน^{[ 11 ]}

เคราติน (หรือเรียกอีกอย่างว่าไซโตเคราติน ) เป็นพอลิเมอร์ ของ เส้นใยระดับกลางชนิดที่ 1 และชนิดที่ 2 ซึ่งพบเฉพาะในสัตว์มีกระดูกสันหลัง ( สัตว์มีกระดูกสันสันหลัง , แอมฟิออกซี , ยูโรคอร์เดต ) เท่านั้น หนอนตัวกลมและสัตว์อื่นๆ ที่ไม่ใช่สัตว์มีกระดูกสันหลังหลายชนิดดูเหมือนจะมีเฉพาะเส้นใยระดับกลาง ชนิดที่ 5 ซึ่งเป็นเส้นใยที่สร้างโครงสร้างของนิวเคลียส

จีโนมของมนุษย์เข้ารหัสยีนเคราตินที่ใช้งานได้ 54 ยีน ซึ่งตั้งอยู่ในสองกลุ่มบนโครโมโซม 12 และ 17 ซึ่งบ่งชี้ว่ายีนเหล่านี้มีต้นกำเนิดมาจากชุดการจำลองยีนบนโครโมโซมเหล่านี้^{[ 12 ]}

เคราตินประกอบด้วยโปรตีนต่อไปนี้ ซึ่งKRT23 , KRT24 , KRT25 , KRT26 , KRT27 , KRT28 , KRT31 , KRT32 , KRT33A , KRT33B , KRT34 , KRT35 , KRT36 , KRT37 , KRT38 , KRT39 , KRT40 , KRT71 , KRT72 , KRT73 , KRT74 , KRT75, KRT76, KRT77, KRT78 , KRT79 , KRT8 , KRT80 , KRT81 , KRT82 , KRT83 , KRT84 , KRT85และKRT86ถูกนำมาใช้เพื่ออธิบายเคราตินหลัง²⁰ [ ^{13 ]}

ลำดับแรกของเคราตินถูกกำหนดโดยIsrael HanukogluและElaine Fuchs (1982, 1983) ^{[ 15 ] [ 16 ]}ลำดับเหล่านี้เผยให้เห็นว่ามีเคราตินสองตระกูลที่แตกต่างกันแต่มีความคล้ายคลึงกัน ซึ่งได้รับการตั้งชื่อว่าเคราตินประเภท I และประเภท II ^{[ 16 ]}โดยการวิเคราะห์โครงสร้างหลักของเคราตินเหล่านี้และโปรตีนเส้นใยระดับกลางอื่นๆ Hanukoglu และ Fuchs ได้เสนอแบบจำลองที่เคราตินและโปรตีนเส้นใยระดับกลางมีโดเมนกลางประมาณ 310 หน่วยย่อยที่มีสี่ส่วนในโครงสร้างเกลียวอัลฟาซึ่งคั่นด้วยส่วนเชื่อมต่อสั้นๆ สามส่วนที่คาดว่าจะอยู่ในโครงสร้างเบต้าเทิร์น^{[ 16 ]}แบบจำลองนี้ได้รับการยืนยันโดยการกำหนดโครงสร้างผลึกของโดเมนเกลียวของเคราติน^{[ 17 ]}

จีโนมของมนุษย์มียีนเคราตินที่ระบุหน้าที่การทำงาน 54 ยีน โดย 28 ยีนเป็นเคราตินประเภท Iและ 26 ยีนเป็น เคราติ นประเภท II ^{[ 18 ]}

โมเลกุลเคราตินที่เป็นเส้นใยจะขดตัวเป็นเกลียวเพื่อสร้างรูปแบบเกลียวซ้ายที่เสถียรมากเพื่อ รวมตัวกันเป็นเส้นใยซึ่งประกอบด้วย โมโนเมอร์ เคราติ นหลายชุด^{[ 19 ]}

แรงหลักที่รักษาโครงสร้างขดเกลียวคือปฏิกิริยาไฮโดรโฟบิกระหว่าง สารตกค้าง ที่ไม่ชอบ น้ำ ตามส่วนเกลียวของเคราติน^{[ 20 ]}

โครงสร้างแบบขดตัวของเคราตินมีพื้นที่จำกัดภายในขดตัว ข้อจำกัดด้านขนาดนี้ได้รับการชดเชยในเคราตินด้วยกรดอะมิโนไกลซีนที่มีความถี่สูง ซึ่งเป็นกรดอะมิโนโปรตีนที่เล็กที่สุด ความถี่สูงของกรดอะมิโนไกลซีนยังพบได้ในโปรตีนโครงสร้างคอลลาเจน ซึ่งมีโครงสร้างแบบเกลียวที่มีขนาดจำกัดเช่นกัน โปรตีนเนื้อเยื่อเกี่ยวพันอี ลาสติ นก็มีสัดส่วนของไกลซีนและอะลานีน สูงเช่นกัน การมีกรดอะมิโนที่มีหมู่ข้างเคียงขนาดเล็กที่ไม่ทำปฏิกิริยาเป็นจำนวนมากเป็นลักษณะเฉพาะของโปรตีนโครงสร้าง ซึ่งการจัดเรียงตัวอย่างแน่นหนาด้วยพันธะไฮโดรเจนมีความสำคัญมากกว่าความจำเพาะทางเคมี

นอกจากพันธะไฮโดรเจน ภายในและระหว่างโมเลกุลแล้ว คุณลักษณะเด่นของเคราตินคือการมีกรดอะมิโนซิสเตอีน ที่มี กำมะถัน จำนวนมาก ซึ่งจำเป็นสำหรับพันธะไดซัลไฟด์ที่ให้ความแข็งแรงและความแข็งแกร่งเพิ่มเติมโดยการเชื่อมโยงข้าม ที่ถาวรและเสถียรต่อความร้อน ^{[ 21 ]} —ในลักษณะเดียวกับที่พันธะกำมะถันที่ไม่ใช่โปรตีนทำให้ยาง วัล คาไน ซ์มีความเสถียร เส้นผมของมนุษย์มีซิสเตอีนประมาณ 14% กลิ่น ฉุนของเส้นผมและผิวหนังที่ไหม้เกิดจากสารประกอบกำมะถันระเหยที่เกิดขึ้น พันธะไดซัลไฟด์ที่กว้างขวางมีส่วนทำให้ เคราติน ไม่ละลายยกเว้นในตัวทำละลายจำนวนเล็กน้อย เช่น สาร ที่ทำให้เกิดการแตกตัวหรือสาร รีดิวซ์

เคราตินในเส้นผมที่มีความยืดหยุ่นและยืดหยุ่นได้มากกว่าจะมีพันธะไดซัลไฟด์ระหว่างสายโซ่น้อยกว่าเคราตินในเล็บมือ กีบ และกรงเล็บของสัตว์ เลี้ยงลูกด้วยนม (โครงสร้างที่คล้ายคลึงกัน) ซึ่งแข็งกว่าและคล้ายกับอะนาล็อกในสัตว์มีกระดูกสันหลังชั้นอื่น ๆ มากกว่า^{[ 22 ]}เส้นผมและอัลฟาเคราตินอื่น ๆ ประกอบด้วย สายโปรตีนเดี่ยวที่ขดเป็นเกลียว อัลฟา (โดยมี พันธะไฮโดรเจนภายในสายโซ่ปกติ) ซึ่งจะถูกบิดต่อไปเป็นเชือก เกลียวซ้อน ที่อาจขดต่อไปได้อีก เบต้าเคราตินของสัตว์เลื้อยคลานและนกมีแผ่นเบต้าพับที่บิดเข้าด้วยกัน จากนั้นจึงทำให้เสถียรและแข็งตัวด้วยพันธะไดซัลไฟด์

พอลิเมอร์ที่มีหมู่ไทออล ( ไทโอเมอร์ ) สามารถสร้างพันธะไดซัลไฟด์กับโครงสร้างย่อยซิสเทอีนของเคราตินโดยยึดติดกับโปรตีนเหล่านี้ด้วยพันธะโควา เลนต์ ^{[ 23 ]}ดังนั้นไทโอเมอร์จึงมีคุณสมบัติในการจับกับเคราตินที่พบในเส้นผม^{[ 24 ]}บนผิวหนัง^{[ 25 ] [ 26 ]}และบนพื้นผิวของเซลล์หลายชนิด^{[ 27 ]}

มีการเสนอว่าเคราตินสามารถแบ่งออกเป็นรูปแบบ 'แข็ง' และ 'อ่อน' หรือ ' ไซโตเคราติน ' และ 'เคราตินอื่นๆ' ปัจจุบันแบบจำลองดังกล่าวถือว่าถูกต้องแล้ว การเพิ่มเติมในนิวเคลียสใหม่ในปี 2549 เพื่ออธิบายเคราตินได้คำนึงถึงเรื่องนี้ด้วย^{[ 13 ]}

เส้นใยเคราตินเป็นเส้นใยระดับกลางเช่นเดียวกับเส้นใยระดับกลางทั้งหมด โปรตีนเคราตินจะสร้างพอลิเมอร์ที่เป็นเส้นใยโดยผ่านขั้นตอนการประกอบหลายขั้นตอน เริ่มต้นด้วยการเกิดไดเมอร์ ไดเมอร์จะรวมตัวกันเป็นเตตระเมอร์และออกตาเมอร์ และในที่สุด หากสมมติฐานปัจจุบันถูกต้อง ก็จะรวมตัวกันเป็นเส้นใยที่มีความยาวหน่วยเดียว (ULF) ที่สามารถเชื่อมต่อกันแบบปลายต่อปลายจนกลายเป็นเส้นใยยาวได้

การเกิดชั้นเคราติน (Cornification) คือกระบวนการสร้างเกราะป้องกันผิวหนังชั้นนอกในเนื้อเยื่อบุผิวแบบแบนหลายชั้น ในระดับเซลล์ การเกิดชั้นเคราตินมีลักษณะดังนี้:

• การผลิตเคราติน
• การผลิตโปรตีนขนาดเล็กที่อุดมด้วยโพรลีน (SPRR) และทรานส์กลูตามิเนส ซึ่งในที่สุดจะก่อตัวเป็นเยื่อหุ้มเซลล์ที่แข็งแรงอยู่ใต้เยื่อหุ้มพลาสมา
• การแยกความแตกต่างขั้นสุดท้าย
• การสูญเสียนิวเคลียสและออร์แกเนลล์ ในขั้นตอนสุดท้ายของการเกิดเคราติน

กระบวนการเผาผลาญหยุดลง และเซลล์เกือบทั้งหมดถูกเติมเต็มด้วยเคราติน ในระหว่างกระบวนการเปลี่ยนแปลงของเซลล์เยื่อบุผิว เซลล์จะกลายเป็นเซลล์แข็ง (cornified) เนื่องจากโปรตีนเคราตินถูกรวมเข้ากับเส้นใยเคราตินระดับกลางที่ยาวขึ้น ในที่สุดนิวเคลียสและออร์แกเนลล์ในไซโตพลาสซึมจะหายไป กระบวนการเผาผลาญหยุดลง และเซลล์จะตายตามโปรแกรมเมื่อกลายเป็นเซลล์ที่มีเคราตินอย่างสมบูรณ์ ในเซลล์ประเภทอื่นๆ อีกหลายชนิด เช่น เซลล์ของชั้นหนังแท้ เส้นใยเคราตินและเส้นใยระดับกลางอื่นๆ ทำหน้าที่เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างโครงร่างเซลล์ (cytoskeleton) เพื่อช่วยให้เซลล์มีความเสถียรทางกลไกต่อแรงกดดันทางกายภาพ โดยทำเช่นนั้นผ่านการเชื่อมต่อกับเดสโมโซม (desmosomes) ซึ่งเป็นแผ่นเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ และเฮมิเดสโมโซม (hemidesmosomes) ซึ่งเป็นโครงสร้างยึดเกาะระหว่างเซลล์กับเยื่อฐาน

เซลล์ในชั้นหนังกำพร้ามีโครงสร้างพื้นฐานเป็นเคราติน ซึ่งทำให้ชั้นนอกสุดของผิวหนังนี้เกือบกันน้ำได้ และเมื่อรวมกับคอลลาเจนและอีลาสตินแล้วจะทำให้ผิวหนังมีความแข็งแรง การเสียดสีและแรงกดทำให้ชั้นนอกสุดของหนังกำพร้าหนาขึ้นและเกิดเป็นหนังด้านป้องกัน ซึ่งมีประโยชน์สำหรับนักกีฬาและปลายนิ้วของนักดนตรีที่เล่นเครื่องดนตรีประเภทสาย เซลล์หนังกำพร้าที่เป็นเคราตินจะหลุดลอกและถูกแทนที่อยู่ตลอดเวลา

โครงสร้างแข็งๆ เหล่านี้เกิดจากการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ของเส้นใยที่สร้างขึ้นจากเซลล์ที่ตายแล้วและแข็งตัว ซึ่งเกิดจากเนื้อเยื่อเฉพาะที่อยู่ลึกภายในผิวหนัง เส้นผมเจริญเติบโตอย่างต่อเนื่อง และขนนกจะผลัดและงอกใหม่ โปรตีนที่เป็นส่วนประกอบอาจมีความคล้ายคลึงกันทางวิวัฒนาการ แต่มีความแตกต่างกันบ้างในโครงสร้างทางเคมีและการจัดระเบียบระดับโมเลกุล ความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการมีความซับซ้อนและเป็นที่รู้จักเพียงบางส่วนเท่านั้น มีการระบุยีนหลายตัวสำหรับเบต้าเคราตินในขนนก และนี่อาจเป็นลักษณะเฉพาะของเคราตินทั้งหมด

การเจริญเติบโตที่ผิดปกติของเคราตินสามารถเกิดขึ้นได้ในหลายภาวะ รวมถึงภาวะเคราโทซิส ภาวะไฮเปอร์เคราโทซิสและภาวะเคราโทเดอร์มา

การกลายพันธุ์ในการแสดงออกของยีนเคราตินอาจนำไปสู่ผลต่างๆ ดังต่อไปนี้:

• โรคผมร่วงเป็นหย่อม
• โรคผิวหนังพุพองชนิดซิมเพล็กซ์
• โรคเกล็ดปลาชนิดซีเมนส์
• ภาวะผิวหนังลอกหลุด
• ไขมันสะสมในถุงน้ำหลายตำแหน่ง
• โรคเคราโทซิส คอหอย
• การก่อตัวของเซลล์แรบดอยด์ในมะเร็งปอดชนิดเซลล์ขนาดใหญ่ที่มีฟีโนไทป์แรบดอยด์^{[ 28 ] [ 29 ]}

โรคหลายชนิด เช่นโรคเท้าของนักกีฬาและโรคกลากเกิดจากเชื้อราที่ก่อให้เกิดการติดเชื้อซึ่งกินเคราติน^{[ 30 ]}

เคราตินมีความทนทานต่อกรดในระบบย่อยอาหารสูงหากรับประทานเข้าไปแมวมักกินขนเข้าไปเป็นประจำในระหว่างการเลียขนทำให้เกิดก้อนขน ขึ้นทีละน้อย ซึ่งอาจถูกขับออกมาทางปากหรือขับถ่ายออกมาทางอุจจาระ ในมนุษย์การกินขนอาจนำไปสู่โรคราพันเซลซึ่งเป็นภาวะลำไส้ผิดปกติที่หายากมากแต่ร้ายแรงถึงชีวิตได้

การแสดงออกของเคราตินมีประโยชน์ในการกำหนดต้นกำเนิดของเยื่อบุผิวใน มะเร็งชนิด แอนาพลาสติกเนื้องอกที่แสดงออกเคราติน ได้แก่คาร์ซิโนมาไทโมมาซาร์โคมาและเนื้องอกโทรโฟบลาสติกนอกจากนี้ รูปแบบการแสดงออกที่แม่นยำของชนิดย่อยของเคราตินยังช่วยให้สามารถทำนายต้นกำเนิดของเนื้องอกหลักเมื่อประเมินการแพร่กระจาย ได้ ตัวอย่างเช่นมะเร็งตับมักจะแสดงออก CK8 และ CK18 และมะเร็งท่อน้ำดีแสดงออก CK7, CK8 และ CK18 ในขณะที่การแพร่กระจายของมะเร็งลำไส้ใหญ่และทวาร หนัก แสดงออก CK20 แต่ไม่แสดงออก CK7 ^{[ 31 ]}

• โปรตีนที่เกี่ยวข้องกับเคราติน (KRTAPs)
• รายชื่อโรคผิวหนังที่เกิดจากการกลายพันธุ์ในเคราติน
• รายชื่อเคราตินที่พบในระบบผิวหนังของมนุษย์
• รายชื่อเคราติน
• เคราติเนส

วิกิซอร์ซมีเนื้อหาจากบทความ Encyclopedia Americana ปี 1920 เรื่องKeratin

• บทความจาก Hair-Science.com เกี่ยวกับองค์ประกอบระดับจุลภาคของเส้นผม
• หน้า Proteopedia เกี่ยวกับเคราติน