Хитинова биология
Хитин (гр. χιτών chitón „Shell“, „Shell“) е до целулозата най-разпространеният полизахарид на земята и се използва за формиране на структурата. Различава се от целулозата по това, че има ацетамидна група. Среща се при гъби (гъби), както и при съчленени животни (Articulata) и мекотели (Mollusca). При гъбичките той образува един от основните компоненти на клетъчната стена. При анелидите (Annelida) се среща в устата. При членестоногите той е основният компонент на екзоскелета. Той е открит и при гръбначни животни, като костни риби (Телеостей) и риболов на слуз (Blenniidae) като сивата риба слуз (Paralipophrys trigloides). [3]
Хитинът е изходният материал за техническото производство на хитозан и глюкозамин.
Поява
В животинското царство хитинът, във връзка с протеини и калциев карбонат, има най-голямо разпространение като компонент в екзоскелета на много членестоноги, особено класовете (и суперкласовете) на насекомите, паякообразните (паякообразните), мириаподите (многоногите) и ракообразните (ракообразните). В мекотелите (мекотели) се среща като компонент на радулата и в пулпата на някои главоноги (главоноги).
В царството на гъбите хитинът се намира в редица по-ниски гъби, както и в гъби, асфалтови гъби и фикомицета като компонент на клетъчната стена с протеини и глюкани, въпреки че не се среща във всички тези гъби. Дори при близки роднини появата на хитин в клетъчната стена може да се различава значително.
Структура и свойства
Хитинът е полизахарид, съставен от ацетилглюкозаминови единици (точно: 2-ацетамидо-2-дезокси-D-глюкопираноза или N-ацетил-D-глюкозамин, съкращение: GlcNAc). Ацетилглюкозаминовите звена са свързани с β-1,4-гликозидни връзки - това е същият тип връзка като този на глюкозните молекули в целулозата. Следователно хитин може да се разбира като вариант на целулоза, при който хидроксилните групи в позиция 2 на мономерните звена са заменени с ацетамидни групи. Това позволява по-силна водородна връзка между съседните полимери, което прави хитина по-твърд и по-стабилен от целулозата. [4] Въпреки това, естественият хитин обикновено не е единичен полимер, а смес от произволни съполимери на D-глюкозамин (GlcN) и N-ацетил-D-глюкозамин (GlcNAc), което означава, че не всяка амино група е ацетилирана.
Степента на ацетилиране определя неговите свойства в допълнение към степента на полимеризация (дължина на веригата) и сгъването на веригата. Следователно преходът към хитозан, който има значително по-малко (в идеалния случай няма) ацетилови групи, е течен. Ако степента на ацетилиране е по-висока от 50%, обикновено се говори за Хитин, отдолу ли е, най-вече от Хитозан.
Хитинът се среща естествено в поне две конформации: Хитинът на членестоногите се предлага главно под формата на α-Хитин (като α-спирална спирална форма [5] подобна на нишесте), в мекотели под формата на β-Хитини (подобни на листовки). [6] [7] Както γ-Хитинът понякога е смес от α- и β-хитин, който се среща в ларвите на бръмбарите и главоногите. [8-ми]
Хитинът е безцветен. Добре познатият кафяв цвят (както и твърдостта) на черупките от насекоми се причинява от склеротин, структурен протеин.
Хитинът е до голяма степен неразтворим във водни, слабо йонни и здравословно поносими органични разтворители, в силно йонните разтворители "разтворимостта" се основава на деполимеризация. "Разтворим хитин" обикновено е хитинов хидрохлорид, някои от които дори са разтворими във вода. [9]
биосинтеза
В природата хитинът образува сложни структури, които се формират в многоетапен процес. Хитиновите молекули се синтезират чрез трансгликозилиране чрез мембранно свързани ензими, наречени хитин синтетаза ЕС 2.4.1.16, които използват уридин дифосфат-N-ацетилглюкозамин (UDPGlcNAc) като субстрат. В случая на гъби например това се случва в специални везикули, наречени хитозоми. Хитиновите молекули или хито олигомерите се секретират в извънклетъчното пространство. Различни модификации се извършват извън клетките, които влияят на свойствата. Един от тях е частичната хидролиза от хитинази ЕС 3.2.1.14. В допълнение към хидролазата, хитиназите имат и трансгликозидазна активност, така че хитинът може да бъде свързан с глюкани. Друга модификация е частичното деацетилиране от специални деацетилази. Някои немодифицирани хитинови молекули кристализират и са частично ковалентно свързани с други хитинови молекули чрез протеини. Получената супрамолекулярна структура узрява чрез по-нататъшно омрежване и включването на различни вещества. [10]
Биологично значение
Противно на общоприетото схващане, хитинът не е отговорен за твърдостта на черупката (насекомо). Хитинът е отговорен за своята мекота и гъвкавост. Кутикулата на насекомото става твърда и стабилна само когато взаимодейства със структурния протеин склеротин. Лаймът се съхранява и в ракообразните, за да се увеличи твърдостта.
Хитинът е вторият най-често срещан биополимер след целулозата. Световните доставки се оценяват на 10 6 до 10 7 тона. Основната част се състои от малките ракообразни от зоопланктон (напр. Крил).
Хитинът от водни членестоноги и гъби е u. а. на Вибрион холера, патогена на холерата, разграден с помощта на ензима хитиназа.
Активните съставки, които инхибират синтеза на хитин, са известни като хитинови инхибитори и се използват за борба с насекоми и гъбички.
История на откритието
Хитинът е описан научно за първи път през 1811 г. от Анри Браконот (директор на Ботаническата градина в Нанси) като вещество (от гъби), но все още не под това име, а като „фунгин“. Френският Антоан Одиер дава името през 1823 г.: той приема гръцката дума за "туника" или "обвивка", въз основа на крилата на капаците на коктейла, в които е открил веществото. [11]
Медицинско значение
Хитинът също е компонент на важни патогени; намира се в клетъчните стени на патогенни гъби, във влагалището и фаринкса на филариите, както и в яйцата на паразитни червеи. Бозайниците и растенията имат хитин-разграждащи хитинази за защита. При пациенти с болест на Гоше [12] се откриват изключително високи ензимни стойности, които се използват за контрол на терапията. Други болести за съхранение на лизозоми и пациенти със саркоид [13] също имат повишени нива на ензим в кръвта. При тежка астма може да се открият повишени нива на хитиназа в серума и белодробната тъкан. [14]
използване
Въпреки че хитинът като биополимер има много добри механични свойства и заедно с целулозата и лигнинът е един от най-често срещаните естествени полимери, обхватът на употреба е сравнително малък. Хитозанът, който се получава от хитин, се произвежда в търговската мрежа от остатъци от черупки на скариди и се използва главно като блокер на мазнини в хранителния сектор и като филтриращ материал за добив на вода или в пречиствателни станции и като суровина за влакна, пяна, мембрани и филми (биопластмаси) Хитозанът се използва и в пастите за зъби (Chitodent), като добавка за хартия и памук и за утаяване на облачността в индустрията за напитки. Във фармацевтичната индустрия се провеждат изследвания върху хитозана, за да се използва за микрокапсулиране и целенасочено освобождаване на фармакологични активни вещества, наред с други неща като вектор за генна терапия.