Термином «кератин» — обозначают семейство богатых серой фиброзных белков, основных составных частей кожи, шкур животных, волос, рогов, копыт, ногтей, чешуи, перьев, клювов — одним словом, наружных покровов и производных кожи, которыми позвоночные вооружаются против нападенйя врагов из внешнего мира. В отличие от защитных покрытий у растений и низших животных, которые создаются внеклеточно из секреторных продуктов, у позвоночных аналогичные структуры образуются внутриадеточно в результате замечательного процесса дифференцировки.
Этот процесс совершается в эпителиальных клетках. Последние образуются из стволовых клеток, формирующих глубокий
слой под кожей. Стволовые клетки делятся неравномерно на недифференцированные стволовые клетки, остающиеся в герминативном слое, и дифференцирующиеся дочерние клетки. По мере шелушения поверхностных слоев кожи дочерние клетки, в свою очередь подталкиваемые к поверхности более молодым поколением дочерних клеток, медленно перемещаются, чтобы заменить их.
Если бы мы посетили такую молодую эпителиальную клетку в начале ее путешествия по направлению к периферии, то увидели бы, что ее цитоплазма тут и там пересечена плотными волокнами толщиной около 8 нм (треть дюйма при нашем увеличении). При более близком знакомстве волокна оказываются пучками филаментов, образованных из более тонких нитей, которые на первый взгляд напоминают структуру тропоколлагена. Как и основная единица волокон соединительной ткани, элементарная субъединица кератина представляет собой трехнитчатую суперспираль, составленную из белковых, также спирально скрученных цепей. Шаг скрученной спирали аналогичен таковому для тропоколлагена и равен приблизительно 6,5 нм. Однако при более близком знакомстве обнаруживаются существенные различия между двумя структурами. В кератине трехнитчатая спираль закручена влево, а не вправо, как в тропоколлагене. Три составляющие его полипептидные цепи обычно различны и каждая закручена в типичную правовращающую а-спираль наподобие спирали во многих белках . Мы встретимся с удивительными примерами этой структуры несколько позже, в миозине и тропомиозине. С другой стороны, спиральная структура коллагена с ее поворотом влево и высотой шага 1 нм уникальна и объясняется необычным аминокислотным составом и после-довательностью. Субъединицы кератина также короче тропоколлагена: 60—90 нм против 300 нм. Они собираются продольно и поперечно с образованием характерных промежуточных филаментов диаметром 8 нм.
Кератиновые пучки образуют рыхлую трехмерную сеть, окружающую ядро структурой в виде корзинки и натянутую между пластинками прикрепления, расположенными вдоль плазматической мембраны. Как правило, эти пластинки скрепляются при помощи определенного плотного клейкого материала с аналогичными пластинками на поверхности соседних клеток, образуя тем самым плотные адгезивные контакты, или десмосомы, которые привлекли наше внимание при первом визите в кровеносный сосуд . Тонофиламенты, прикрепляющие кератиновые волокна, направляются от десмосом латерально в глубь клетки и располагаются в десмосомах таким образом, чтобы установить прямые связи между кератиновыми сетями двух соседних клеток.
По мере своего медленного продвижения от слоя герминативных стволовых клеток к поверхности кожи эпителиальные клетки производят кератин во все увеличивающихся количествах за счет массивной аутофагии (самопожирания) своего содержимого.’ Одновременно кератиновые волок-, на начинают интенсивно связываться посредством поперечных дисульфидных связей между собой и с компонентами аморфного матрикса. К тому моменту, когда клетки достигают поверхности кожи, они сморщиваются и высыхают, становятся безжизненными, инертными, но в то же время чрезвычайно плотными. Прочно скрепленные друг с другом десмосомами, они образуют единый защитный пласт, роговой слой, который постоянно удаляется за счет поверхностного шелушения (десквамации) и замещается новыми дифференцированными эпителиальными клетками.
Если шелушению препятствует объединение наползающих клеточных слоев, то роговой слой утолщается до образования
мозоли. Если немного изменить характер роста клеток, модифицировать природу или соотношение различных полипептидов, строящих кератин, и степень их поперечного связывания, то в результате образуются чешуя, ноготь, коготь, рог или клюв. Если дифференцирующиеся клетки растут в виде трубки, а не пласта, то образуются все виды волос и игл (шипов), а путем более сложных взаимодействий — птичьи перья, колючки и пушок пернатых. В самом деле, число архитектурных вариантов, которые’ эволюция создавала путем кератинизации, беспредельно. Тысячелетиями некоторые из них обеспечивали человека одеждой и орудиями труда. Даже в наш век господства пластмасс ни одно искусственное волокно все еще не может конкурировать с кератином, который образуется у ангорской козы.
Как упоминалось выше, кератин — типичный продукт эпителиальных клеток. В клетках других типов поддерживающие промежуточные волокна — филаменты построены из других белков, которые объединяются по-иному. Но время не позволяет детально остановиться на их строении, а потому вернемся к «обобщенной» клетке, представляющей основной объект нашего путешествия.
