ケラチンは、繊維状のタンパク質の一種です。ケラチンは、動物の毛や、角、爪、ひづめ、貝殻、くちばし、羽毛などを構成しているものです。名前は、ギリシャ語で「角」を意味するkerasに由来する。

ケラチンは丈夫で不溶性である。爬虫類、鳥類、両生類、哺乳類の硬いが無機質な構造物を形成している。同様の生物学的な強靭さは、キチンにも見られる。

構造（分子レベル）

ケラチンは中間径フィラメント（直径約10nm）を形成するタンパク質ファミリーの一つです。主に

  • α-ケラチン：哺乳類の毛や爪、皮膚の表層に多く、アミノ酸配列が2本のαらせんを巻いた「コイルドコイル」構造で安定化します。
  • β-ケラチン：鳥類や爬虫類の羽毛・鱗・くちばしなどに見られ、βシート構造が多く、硬さと剛性を与えます。

ケラチン分子はシステイン残基を多く含み、分子間でジスルフィド結合（S—S結合）を形成して架橋されることで強靭さと不溶性を獲得します。タンパク質は酸性のタイプIと塩基性のタイプIIの遺伝子群でコードされ、これらがヘテロ二量体を形成してさらに高次構造を作ります。

種類と分布

  • 硬いケラチン（硬質ケラチン）：毛髪、爪、角、蹄、くちばし、羽毛など。システイン含有量が高く、強い架橋がある。
  • 軟らかいケラチン（軟質ケラチン）：表皮（角層）や体毛に見られ、柔軟性がより高い。

主な機能

ケラチンは次のような重要な役割を果たします：

  • 機械的保護：外部からの摩耗や物理的衝撃から組織を守る。
  • 水分保持とバリア機能：皮膚や角質層で体内の水分蒸散を防ぐ。
  • 断熱・防水・形状保持：羽毛や毛皮は断熱、羽や殻は形状と保護を担う。

合成・代謝と生理学的過程

表皮の基底層にあるケラチノサイト（角化細胞）はケラチンを合成し、分化に伴って角化（コーニフィケーション）を進め、最終的に死んだ角質細胞としてバリアを形成します。ケラチンは通常のプロテアーゼでは分解されにくいため、自然界ではケラチナーゼを持つ微生物や特定の真菌（皮膚糸状菌など）が分解に関与します。

臨床や生物学での意義

  • 遺伝性疾患：ケラチン遺伝子の変異は表皮水疱症（例：表皮ボロス）、爪や毛の異常（例：先天性角化症、pachyonychia congenita）などを引き起こすことがある。
  • 感染症：皮膚糸状菌（白癬菌など）はケラチンを分解して感染（足白癬、爪白癬）を成立させる。
  • 過角化：慢性的な摩擦や炎症で角質が増えるとタコや胼胝（たこ）、掌蹠膿疱症などを生じる。

工業的・医療的応用

ケラチンは廃毛や羽毛などから回収して、バイオマテリアル、創傷被覆材、フィルム、コラーゲン代替素材、化粧品（ヘアリンスやシャンプーの補修成分）などに利用されています。ケラチン由来の繊維やゲルは生体適合性があり、組織工学の材料として注目されています。

ケラチンと他の生体高分子の違い

ケラチンはタンパク質であり、アミノ酸から構成されます。一方、キチンは多糖類（N-アセチルグルコサミンの重合体）で構成されるため、化学的性質や分解経路が異なります。どちらも硬さや保護機能を担うが、進化的・化学的背景は異なります。

まとめ：ケラチンは動物の外側構造を支える重要な繊維状タンパク質で、分子レベルの架橋や高次構造により高い強度と耐久性を持ちます。生理学的には保護とバリア機能を果たし、医療・産業分野でも幅広く応用されています。