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Biology
Quetatina: estructura y síntesis.
Introducción.
Entendemos por queratina un grupo de proteínas fibrilares citoesqueléticas, de la familia de los filamentos intermedios. Se trata de una proteína con capacidad de endurecer el tejido en el que se acumula. A los tejidos cargados de queratina se les denomina queratinizados o cornificados.
La queratina en grandes cantidades puede tornar un tejido extremadamente duro: solo debemos pensar en las garras de los grandes felinos o en los cuernos de un rinoceronte para darnos cuenta de su fortaleza.?
Encontramos queratinas en varios tejidos, pero el lugar más característico es, sin duda, la piel y sus anexos. En el ser humano, encontramos cantidades significativas de queratina en la epidermis, sobre todo en estratos superiores, y en los anexos cutáneos cornificados: las uñas y los pelos.
En este apartado analizaremos las queratinas más habituales en las células de la piel y anexos cutáneos humanos, repasando los aspectos más destacados de su biosíntesis.
La familia de las queratinas.
Cuando hablamos de queratina solemos referirnos a un conjunto de proteínas de gran tamaño, constituidas por la unión de filamentos de tamaño mucho menor.
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| Puente disulfuro (cisteína - cistina) |
Las subunidades básicas de la queratina se dividen en dos grandes grupos: queratinas ácidas y ?queratinas básicas (y neutras). Estas subunidades básicas están constituidas por una sola proteína, mayormente de morfología espiral (abundantes hélices alfa). Y poseen cantidades especialmente abundantes de un aminoácido concreto: la cisteína (aunque la cantidad final es variable en función del tipo de queratina).
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| Pelo |
Hay veinte precursores de la queratina, denominados del uno al veinte (como K1, K2... hasta K20). De ellos, los ocho primeros (K1 a K8) son queratinas básicas o neutras. El resto (de K9 a K20) son queratinas ácidas.
De entre las básicas y neutras, la K1 y K2 son típicas de la piel. De entre las básicas, las más características de la piel son K9 y K10.
?La unión de estos veinte precursores nos dará lugar a los distintos tipos de queratina. Se han descrito al menos treinta tipos de queratina diferentes en distintos tejidos animales.
En el ser humano, todos estos tipos de queratina se pueden agrupar en dos conjuntos: las queratinas blandas, que constituyen la epidermis y el vello fino (casi invisible) y las queratinas duras que forman parte de los pelos gruesos y de las uñas. Las primeras son más ricas en componentes hidrosolubles y más pobres en azufre, mientras que las segundas son más pobres en componentes hidrosolubles y más ricas en azufre.
Fabricación de queratina.
Los monómeros de queratina se unen entre si para formar dímeros. El dímero es el primer precursor de la gran molécula de la queratina en el que entran en juego varias proteínas (dos, como su nombre indica). Y la unión no tiene lugar de cualquier manera, sino de una forma muy concreta: una subunidad ácida se unirá con una subunidad básica. De esta forma, la macromolécula acabará teniendo la misma proporción de subunidades básicas que de subunidades ácidas.
Posteriormente dos dímeros se unirán entre si para formar tetrámeros. Multitud tetrámeros se unen entre si, unos detrás de otros, dando lugar a los protofilamentos. Al microscipio electrónico, los protofilamentos constituyen un elemento fibrilar homogéneo.
Varios protofilamentos se unen entre si, en grupos de unos cuatro protofilamentos, formando una protofibrilla.
A partir de estas protofibrillas bien cohesionadas se formarán las grandes moléculas de queratina uniéndose muchas subunidades y torsionándose formando un trenzado. Para ello, se requiere de la presencia de una molécula que hará de puente entre los precursores de la queratina. Hablamos de la filagrina.
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| Fabricación de la queratina. |
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La filagrina.
La filagrina aparece de forma conjunta a la queratina en los gránulos de queratohialina que abundan en el citoplasma de las células epiteliales de la epidermis a partrir de las capas superiores del estrato espinoso.
Como indicamos, su función es formar puentes de unión entre las moléculas de queratina, es decir, constituyen una suerte de cemento molecular que mantiene las moléculas unidas y asegura que su unión, fusión y plegamiento son los correctos.
La filagrina se fabrica a partir de un precursor: la profilagrina. La profilagrina es una proteína de gran tamaño. Sufrirá una serie de cortes específicos, obteniéndose la filagrina, que es una molécula de tamaño relativamente pequeño. Una sola molécula de profilagrina, de hecho, contiene entre diez y doce subunidades de filagrina repetidas, que se separarán por el proceso de corte.
Es decir, la filagrina se forma a partir de un precursos de gran tamaño, llamado profilagrina, que sufre una serie de cortes específicos (modificaciones postraduccionales).
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| Fabricación de la filagrina |
En los estratos superiores de la epidermis buena parte de la filagrina degenera, se hidroliza y pasa a formar parte de las sustancias orgánicas que se van depositando sobre la piel y que constituyen, entre otras cosas, el factor natural de hidratación.
Queratina y azufre.
Desde hace tiempo se conoce la importancia para las queratinas de su contenido en azufre. Ya hemos indicado que se relaciona con su dureza. Analicemos las causas.
El azufre deriva de un componente habitual en las queratinas: un aminoácido denominado cisteína y que posee azufre en su molécula. Las cisteínas de distintas cadenas de queratina pueden unirse entre si, así como con las queratinas de otras proteínas, como las filagrinas, mediante puentes disulfuro (formando un puente de unión y hablandose de cistina al referirnos a dos aminoácidos de cistina de distintas cadenas unidas por un puente disulfuro).
Por esto, cuanto más rica en azufre sea una queratina, mayor cantidad de puentes disulfuro podrá establecer con moléculas vecinas, endureciendo o haciendo más correosa la estructura.
Esta es la razón, así mismo, de que compuestos encargados de reblandecer la queratina, como algunos exfoliantes o los depilatorios químicos, basan su actuación en la degradación y eliminación de puentes disulfuro. Al eliminar estos puentes, las moléculas de queratina se separan entre si, pierden cohesión y la proteína ve reducida considerablemente su dureza. Además, los puentes peptídicos que unen los aminoácidos entre si quedan más expuestos, pudiendo ser degradados mediante otros compuestos químicos o sencillamente elevando el pH a niveles que los desestabilicen.
Los depilatorios químicos usan, por ejemplo, ácido tioglicólico a pH 11 aproximadamente y en menos de cinco minutos son capaces de degradar la queratina hasta tal punto, que los pelos pueden ser eliminados con una paleta de plástico.
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