Біологія хітину
Хітин (гр. χιτών хітон 'Shell', 'Shell') - поряд із целюлозою найпоширеніший на землі полісахарид і використовується для формування структури. Він відрізняється від целюлози тим, що має ацетамідну групу. Зустрічається у грибах (Гриби), а також у суглобових тварин (Articulata) та молюсках (Mollusca). У грибів він утворює один з основних компонентів клітинної стінки. У анелід (Annelida) це відбувається в роті. У членистоногих він є основним компонентом екзоскелета. Він також був знайдений у хребетних, таких як кісткові риби (Телеостей) та риболовлю слизом (Blenniidae), як сіра риба слизу (Paralipophrys trigloides). [3]
Хітин є вихідним матеріалом для технічного виробництва хітозану та глюкозаміну.
Виникнення
У тваринному царстві хітин, у зв’язку з білком та карбонатом кальцію, найбільш поширений як компонент в екзоскелеті багатьох членистоногих, особливо в класах (і суперкласах) комах, павукоподібних (павукоподібних), міріапод (багатоніжок) та ракоподібних (ракоподібних). У молюсків (молюсків) він зустрічається як компонент радули, а також у луску деяких головоногих молюсків (головоногих молюсків).
У грибному царстві хітин міститься в ряді нижчих грибів, а також у грибах, асфальтових грибах та фікоміцетах як компонент клітинної стінки з білками та глюканами, хоча він зустрічається не у всіх цих грибів. Навіть у найближчих родичів наявність хітину в клітинній стінці може значно відрізнятися.
Будова та властивості
Хітин - це полісахарид, що складається з одиниць ацетилглюкозаміну (саме: 2-ацетамідо-2-дезокси-D-глюкопіранози або N-ацетил-D-глюкозаміну, абревіатура: GlcNAc). Одиниці ацетилглюкозаміну зв’язані β-1,4-глікозидними зв’язками - це той самий тип зв’язків, що і у молекул глюкози в целюлозі. Отже, хітин можна розуміти як варіант целюлози, в якому гідроксильні групи в положенні 2 мономерних ланок замінені ацетамідними групами. Це забезпечує міцніший водневий зв’язок між сусідніми полімерами, що робить хітин твердішим і стабільнішим, ніж целюлоза. [4] Однак природний хітин, як правило, не є єдиним полімером, а сумішшю випадкових кополімерів D-глюкозаміну (GlcN) та N-ацетил-D-глюкозаміну (GlcNAc), що означає, що не кожна аміногрупа ацетилюється.
Ступінь ацетилювання визначає його властивості на додаток до ступеня полімеризації (довжина ланцюга) та складання ланцюга. Отже, перехід до хітозану, який має значно менше (в ідеалі немає) ацетильних груп, є рідким. Якщо ступінь ацетилювання вище 50%, зазвичай говорять про це Хітин, це нижче, в основному з Хітозан.
Хітин природним чином зустрічається щонайменше у двох конформаціях: Хітин членистоногих надходить переважно у формі α-Хітин (у вигляді α-спіральної спіральної форми [5], подібний крохмалю), у молюсках у формі β-Хітини (схожі на листівки). [6] [7] Як γ-Хітин іноді є сумішшю α- та β-хітину, що зустрічається у личинок жуків та головоногих молюсків. [8-й]
Хітин безбарвний. Добре відомий коричневий колір (а також стійкість) оболонок комах обумовлений склеротином, структурним білком.
Хітин у значній мірі не розчиняється у водних, слабоіонних та стійких до здоров'я органічних розчинниках, у сильно іонних розчинниках "розчинність" базується на деполімеризації. "Розчинний хітин" - це, як правило, гідрохлорид хітину, деякі з яких навіть розчиняються у воді. [9]
біосинтез
У природі хітин утворює складні структури, які утворюються в багатоетапному процесі. Молекули хітину синтезуються шляхом трансглікозилювання мембранно-зв’язаними ферментами, які називаються хітинсинтетазою ЕС 2.4.1.16, які використовують в якості субстрату уридиндифосфат-N-ацетилглюкозамін (UDPGlcNAc). Наприклад, у випадку з грибами це відбувається у спеціальних везикулах, які називаються хітосомами. Молекули хітину або хіто-олігомери секретуються у позаклітинному просторі. Поза клітинами відбуваються різні модифікації, що впливають на властивості. Одним з них є частковий гідроліз хітиназами ЕС 3.2.1.14. Окрім гідролази, хітинази також мають трансглікозидазну активність, завдяки чому хітин може бути зв’язаний з глюканами. Інша модифікація - часткове деацетилювання спеціальними деацетилазами. Деякі немодифіковані молекули хітину кристалізуються і частково ковалентно пов'язані з іншими молекулами хітину за допомогою білків. Отримана надмолекулярна структура дозріває завдяки подальшому зшиванню та включенню різних речовин. [10]
Біологічне значення
Всупереч поширеній думці, хітин не відповідає за твердість оболонки (комах). Хітин відповідає за свою м’якість і гнучкість. Лише у взаємодії зі структурним білком склеротином кутикула комах стає твердою і стійкою. Вапно також зберігається у ракоподібних для збільшення твердості.
Хітин - другий за поширеністю біополімер після целюлози. Світове постачання оцінюється в 10 6 - 10 7 тонн. Основну частину складають дрібні зоопланктонові ракоподібні (наприклад, криль).
Серед іншого застосовується хітин із водних членистоногих та грибів. з Холерний вібріон, збудник холери, що розщеплюється за допомогою ферменту хітинази.
Активні інгредієнти, які інгібують синтез хітину, відомі як інгібітори хітину і використовуються для боротьби з комахами та грибками.
Історія відкриття
Вперше хітин був науково описаний Анрі Браконно (директором Ботанічного саду Нансі) як речовина (з грибів), але ще не під цією назвою, а як „фунгін”. Француз Антуан Одьє дав цю назву в 1823 році: він узяв грецьке слово як "туніка" або "футляр", заснований на кришках крила коктейля, в яких він знайшов речовину. [11]
Медичне значення
Хітин також є складовою частиною важливих збудників; він міститься в клітинних стінках патогенних грибів, у піхві та глотці філярій, а також в яйцях паразитичних черв’яків. Ссавці та рослини мають хітинази, що руйнують хітин, для захисту. У пацієнтів з хворобою Гоше [12] виявляються надзвичайно високі значення ферментів, які використовуються для контролю терапії. Підвищений рівень ферментів виявляється також у крові інших лізосомних хвороб зберігання та пацієнтів із саркоїдом [13]. При важкій формі астми підвищений рівень хітинази можна виявити в сироватці крові та легеневій тканині. [14]
використання
Хоча хітин як біополімер має дуже хороші механічні властивості і, поряд із целюлозою та лігніном, є одним із найпоширеніших природних полімерів, сфера застосування порівняно мала. Хітозан, що отримується з хітину, комерційно виробляється із залишків оболонок креветок і використовується переважно як блокатор жиру в харчовій галузі та як фільтруючий матеріал для вилучення води або на очисних спорудах, а також як сировина для волокон, пінопластів, мембран і фольги (біопластика). Хитозан також використовується в зубних пастах (Хітодент), як добавка до паперу та бавовни, а також для усунення помутніння у виробництві напоїв. У фармацевтичній промисловості проводяться дослідження хитозану з метою використання його для мікрокапсуляції та цілеспрямованого вивільнення фармакологічних засобів, серед іншого як вектора для генної терапії.