Biologia chitinei

Chitină (gr. χιτών chitón „Shell”, „Shell”) este lângă celuloză cea mai răspândită polizaharidă de pe pământ și este utilizată pentru formarea structurilor. Se deosebește de celuloză prin faptul că are o grupă acetamidă. Apare la ciuperci (Ciuperci), precum și la animale articulate (Articulata) și moluște (Mollusca). În ciuperci, formează una dintre componentele principale ale peretelui celular. La anelide (Annelida) apare în gură. La artropode, este componenta principală a exoscheletului. S-a găsit și la vertebrate, cum ar fi pești osoși (Teleostei) și pescuitul cu nămol (Blenniidae) ca peștele de nămol gri (Paralipophrys trigloides). [3]

Chitina este materia primă pentru producția tehnică de chitosan și glucozamină.

Apariție

În regnul animal, chitina, împreună cu proteinele și carbonatul de calciu, este cea mai răspândită ca componentă în exoscheletul multor Arthropoda, în special clasele (și superclase) ale Insecta, Arachnida (arahnidele), Myriapoda (milipedele) și Crustacea (crustaceele). În Molusca (moluște) se găsește ca componentă a radulei și în Schulpul unor Cefalopode (cefalopode).

În regatul ciupercilor, chitina se găsește într-un număr de ciuperci inferioare, precum și în ciuperci, ciuperci asfaltice și ficomicete ca componentă a peretelui celular cu proteine ​​și glucani, deși nu apar toate aceste ciuperci. Chiar și la rudele apropiate, apariția chitinei în peretele celular poate diferi considerabil.

Structură și proprietăți

Chitina este o polizaharidă formată din unități de acetilglucozamină (exact: 2-acetamido-2-deoxi-D-glucopiranoză sau N-acetil-D-glucozamină, prescurtare: GlcNAc). Unitățile de acetilglucozamină sunt legate prin legături β-1,4-glicozidice - acesta este același tip de legătură ca și cel al moleculelor de glucoză din celuloză. Prin urmare, chitina poate fi înțeleasă ca o variantă a celulozei în care grupările hidroxil din poziția 2 a unităților monomerice au fost înlocuite cu grupări acetamido. Acest lucru permite o legătură mai puternică de hidrogen între polimerii adiacenți, ceea ce face chitina mai dură și mai stabilă decât celuloza. [4] Cu toate acestea, chitina naturală nu este de obicei un singur polimer, ci un amestec de copolimeri aleatori de D-glucozamină (GlcN) și N-acetil-D-glucozamină (GlcNAc), ceea ce înseamnă că nu fiecare grupă amino este acetilată.

Gradul de acetilare determină proprietățile sale pe lângă gradul de polimerizare (lungimea lanțului) și plierea lanțului. Trecerea la chitosan, care are semnificativ mai puține grupări acetil (în mod ideal nu), este, prin urmare, fluidă. Dacă gradul de acetilare este mai mare de 50%, se vorbește de obicei despre Chitină, este mai jos, mai ales din Chitosan.

Chitina apare în mod natural în cel puțin două conformații: Aritropodul chitină se prezintă în principal sub formă de α-Chitina (ca formă spirală α-elicoidală [5] similară amidonului), în moluște sub formă de β-Chitine (de tip pliant). [6] [7] As γ-Chitina este uneori un amestec de α- și β-chitină, care apare la larvele de gândaci și cefalopode. [A 8-a]

Chitina este incoloră. Cunoscuta culoare maro (precum și fermitatea) cojilor de insecte este cauzată de sclerotina, o proteină structurală.

Chitina este în mare parte insolubilă în solvenți organici apoși slab ionici și tolerabili pentru sănătate, în solvenți puternic ionici „solubilitatea” se bazează pe o depolimerizare. „Chitina solubilă” este de obicei o clorhidrat de chitină, dintre care unele sunt chiar solubile în apă. [9]

biosinteza

În natură, chitina formează structuri complexe care se formează într-un proces în mai multe etape. Moleculele de chitină sunt sintetizate prin transglicozilări de către enzime legate de membrană cunoscute sub numele de chitină sintetază EC 2.4.1.16, care utilizează uridină difosfat-N-acetilglucozamină (UDPGlcNAc) ca substrat. În cazul ciupercilor, de exemplu, acest lucru se întâmplă în veziculele speciale numite chitosomi. Moleculele de chitină sau oligomerii de chito sunt secretate în spațiul extracelular. Diverse modificări au loc în afara celulelor care afectează proprietățile. Una dintre ele este hidroliza parțială prin chitinaze EC 3.2.1.14. Pe lângă hidrolază, chitinazele au și activitate transglicozidazică, astfel încât chitina poate fi legată de glucani. O altă modificare este dezacetilarea parțială prin deacetilaze speciale. Unele molecule de chitină nemodificate cristalizează și sunt parțial legate covalent cu alte molecule de chitină prin intermediul proteinelor. Structura supramoleculară rezultată se maturizează prin reticulare suplimentară și prin încorporarea diferitelor substanțe. [10]

Importanța biologică

Chitina este

Contrar credinței populare, chitina nu este responsabilă pentru întărirea armurii (insectelor). Chitina este responsabilă pentru moliciunea și flexibilitatea sa. Cuticula insectei devine dură și stabilă numai atunci când interacționează cu proteina sclerotină structurală. Varul este, de asemenea, depozitat în crustacee pentru a crește duritatea.

Chitina este al doilea cel mai frecvent biopolimer după celuloză. Aprovizionarea mondială este estimată la 10 6 - 10 7 tone. Partea principală este alcătuită din crustacee mici de zooplancton (de exemplu, kril).

Chitina de la artropode și ciuperci acvatice este u. A. de Vibrio cholerae, agentul patogen al holerei, defalcat cu ajutorul enzimei chitinaza.

Ingredientele active care inhibă sinteza chitinei sunt cunoscute sub numele de inhibitori ai chitinei și sunt utilizate pentru combaterea insectelor și a ciupercilor.

Povestea descoperirii

Chitina a fost descrisă științific pentru prima dată în 1811 de Henri Braconnot (Directorul Grădinii Botanice din Nancy) ca substanță (din ciuperci), dar nu încă sub acest nume, ci ca „fungin”. Francezul Antoine Odier a dat numele în 1823: a luat cuvântul grecesc pentru „tunică” sau „teacă”, pe baza învelitoarelor aripilor cockchaferului în care a găsit substanța. [11]

Importanța medicală

Chitina este, de asemenea, o componentă a unor agenți patogeni importanți; se găsește în pereții celulari ai ciupercilor patogene, în vagin și faringele filariilor, precum și în ouăle viermilor paraziți. Mamiferele și plantele au chitinaze care degradează chitina pentru apărare. La pacienții cu boala Gaucher [12], se găsesc valori enzimatice extrem de ridicate, care sunt utilizate pentru controlul terapiei. Alte boli de stocare lizozomală și pacienții cu sarcoid [13] au, de asemenea, niveluri ridicate de enzime în sânge. În astmul sever, nivelurile crescute de chitinază pot fi detectate în ser și țesut pulmonar. [14]

utilizare

Deși chitina ca biopolimer are proprietăți mecanice foarte bune și, alături de celuloză și lignină, este unul dintre cei mai comuni polimeri naturali, gama de utilizări este relativ mică. Chitosanul, care este derivat din chitină, este produs comercial din resturile de coajă de creveți și este utilizat în principal ca blocant de grăsimi în sectorul alimentar și ca material filtrant pentru extracția apei sau în stațiile de epurare și ca materie primă pentru fibre, spume, membrane și folii (bioplastice). Chitosanul este, de asemenea, utilizat în pastele de dinți (Chitodent), ca aditiv pentru hârtie și bumbac, și pentru a precipita tulburarea în industria băuturilor. În industria farmaceutică, se efectuează cercetări asupra chitosanului pentru a-l utiliza pentru microincapsulare și eliberarea țintită de substanțe active farmacologice, inclusiv ca vector pentru terapia genică.