Chitínová biológia
Chitín (gr. χιτών chitón „Škrupina“, „škrupina“) je vedľa celulózy najrozšírenejší polysacharid na zemi a používa sa na formovanie štruktúry. Od celulózy sa líši tým, že obsahuje acetamidovú skupinu. Vyskytuje sa v hubách (Huby), ako aj u kĺbových zvierat (Articulata) a mäkkýšov (Mollusca). V hubách tvorí jednu z hlavných zložiek bunkovej steny. U krúžkovcov (Annelida) sa vyskytuje v ústach. U článkonožcov je hlavnou zložkou exoskeletu. Taktiež sa zistil u stavovcov, ako sú napríklad kostnaté ryby (Teleostei) a rybolov slizom (Blenniidae) ako sivá slizká ryba (Paralipophrys trigloides). [3]
Chitín je východiskový materiál pre technickú výrobu chitosanu a glukozamínu.
Výskyt
V živočíšnej ríši je chitín v spojení s bielkovinami a uhličitanom vápenatým najrozšírenejší ako súčasť exoskeletonu mnohých druhov Arthropoda, najmä tried (a nadtried) druhov Insecta, Arachnida (pavúkovce), Myriapoda (mnohonožky) a Crustacea (kôrovce). V mäkkýšoch (mäkkýšoch) sa vyskytuje ako zložka raduly a v muliciach niektorých hlavonožcov (hlavonožcov).
V hubovom kráľovstve sa chitín nachádza v mnohých nižších hubách, ako aj v hubách, asfaltových hubách a fykomykete ako zložke bunkovej steny s bielkovinami a glukánmi, hoci sa nevyskytuje vo všetkých týchto hubách. Aj u blízkych príbuzných sa môže výskyt chitínu v bunkovej stene značne líšiť.
Štruktúra a vlastnosti
Chitín je polysacharid vyrobený z acetylglukozamínových jednotiek (presne: 2-acetamido-2-deoxy-D-glukopyranóza alebo N-acetyl-D-glukozamín, skratka: GlcNAc). Acetylglukozamínové jednotky sú spojené β-1,4-glykozidovými väzbami - ide o rovnaký typ väzby ako väzba molekúl glukózy v celulóze. Chitín je preto možné chápať ako variant celulózy, v ktorom boli hydroxylové skupiny v polohe 2 monomérnych jednotiek nahradené acetamidoskupinami. To umožňuje silnejšiu vodíkovú väzbu medzi susednými polymérmi, čo robí chitín tvrdším a stabilnejším ako celulóza. [4] Prírodný chitín však zvyčajne nie je jediný polymér, ale zmes náhodných kopolymérov D-glukozamínu (GlcN) a N-acetyl-D-glukozamínu (GlcNAc), čo znamená, že nie každá aminoskupina je acetylovaná.
Stupeň acetylácie určuje jej vlastnosti okrem stupňa polymerizácie (dĺžka reťazca) a skladania reťazca. Prechod na chitosan, ktorý má podstatne menej (ideálne žiadne) acetylové skupiny, je preto tekutý. Ak je stupeň acetylácie vyšší ako 50%, obvykle sa o tom hovorí Chitín, je to dole, väčšinou z Chitosan.
Chitín sa prirodzene vyskytuje najmenej v dvoch konformáciách: Chitín článkonožcov sa vyskytuje hlavne vo forme α-Chitín (ako špirálovitý tvar α-špirály [5] podobný škrobu), v mäkkýšoch vo forme β-Chitíny (podobné letákom). [6] [7] Ako y-Chitín je niekedy zmesou α- a β-chitínu, ktorá sa vyskytuje u lariev chrobákov a hlavonožcov. [8]
Chitín je bezfarebný. Známa hnedá farba (rovnako ako pevnosť) škrupín hmyzu je spôsobená sklerotínom, štrukturálnym proteínom.
Chitín je vo veľkej miere nerozpustný vo vodných, slabo iónových a zdravotne prijateľných organických rozpúšťadlách, v silne iónových rozpúšťadlách je „rozpustnosť“ založená na depolymerácii. „Rozpustný chitín“ je zvyčajne chitín hydrochlorid, z ktorých niektoré sú dokonca rozpustné vo vode. [9]
biosyntéza
Chitín v prírode vytvára zložité štruktúry, ktoré sa vytvárajú viacstupňovým procesom. Molekuly chitínu sa syntetizujú transglykozyláciou membránovo viazanými enzýmami nazývanými chitín syntetáza EC 2.4.1.16, ktoré ako substrát používajú uridíndifosfát-N-acetylglukozamín (UDPGlcNAc). Napríklad v prípade húb k tomu dochádza v špeciálnych vezikulách nazývaných chitozómy. Molekuly chitínu alebo chito oligoméry sa vylučujú v extracelulárnom priestore. Rôzne modifikácie prebiehajú mimo buniek, ktoré ovplyvňujú vlastnosti. Jedným z nich je čiastočná hydrolýza chitinázami EC 3.2.1.14. Okrem hydrolázy majú chitinázy tiež aktivitu transglykozidázy, takže chitín môže byť naviazaný na glukány. Ďalšou úpravou je čiastočná deacetylácia špeciálnymi deacetylázami. Niektoré nemodifikované chitínové molekuly kryštalizujú a sú čiastočne kovalentne spojené s inými chitínovými molekulami prostredníctvom proteínov. Výsledná supramolekulárna štruktúra zreje ďalším zosieťovaním a zabudovaním rôznych látok. [10]
Biologický význam
Na rozdiel od všeobecného presvedčenia chitín nezodpovedá za tvrdosť škrupiny (hmyzu). Chitín je zodpovedný za jeho mäkkosť a pružnosť. Iba v interakcii so štrukturálnym proteínom sklerotínom sa kutikula hmyzu stáva tvrdou a stabilnou. Na zvýšenie tvrdosti sa vápno skladuje aj v kôrovcoch.
Chitín je druhým najbežnejším biopolymérom po celulóze. Svetová ponuka sa odhaduje na 10 6 až 10 7 ton. Hlavnú časť tvoria malé kôrovce zooplanktónu (napr. Krill).
Používa sa okrem iného chitín z vodných článkonožcov a húb. z Vibrio cholerae, cholerový patogén štiepený pomocou enzýmu chitináza.
Účinné látky, ktoré inhibujú syntézu chitínu, sú známe ako inhibítory chitínu a používajú sa na boj proti hmyzu a plesniam.
Príbeh objavu
Prvýkrát vedecky popísal chitín v roku 1811 Henri Braconnot (riaditeľ botanickej záhrady v Nancy) ako látku (z húb), zatiaľ však nie pod týmto menom, ale ako „fungin“. Francúz Antoine Odier dal meno v roku 1823: podľa gréckeho slova „tunika“ alebo „plášť“ vychádzal z krídel chrústa, v ktorých látku našiel. [11]
Lekársky význam
Chitín je tiež súčasťou dôležitých patogénov; nachádza sa v bunkových stenách patogénnych húb, vo vagíne a hltane filarií, ako aj vo vajíčkach parazitických červov. Cicavce a rastliny majú na obranu chitinázy degradujúce chitín. U pacientov s Gaucherovou chorobou [12] sa zistili extrémne vysoké hodnoty enzýmov, ktoré sa používajú na kontrolu terapie. Zvýšené hladiny enzýmov sa nachádzajú aj v krvi iných lyzozomálnych zásobných chorôb a pacientov so sarkoidom [13]. Pri ťažkej astme možno zistiť zvýšené hladiny chitinázy v sére a pľúcnom tkanive. [14]
použitie
Aj keď chitín ako biopolymér má veľmi dobré mechanické vlastnosti a popri celulóze a ligníne je jedným z najbežnejších prírodných polymérov, rozsah použitia je pomerne malý. Chitosan, ktorý sa získava z chitínu, sa komerčne vyrába zo zvyškov kreviet a používa sa predovšetkým ako blokátor tukov v oblasti výživy a ako filtračný materiál na extrakciu vody alebo v čističkách odpadových vôd a ako surovina pre vlákna, peny, membrány a fólie (bioplasty). Chitosan sa tiež používa v zubných pastách (Chitodent), ako prísada do papiera a bavlny a na odstránenie zakalenia v nápojovom priemysle. Farmaceutický priemysel skúma chitosan s cieľom jeho použitia na mikroenkapsuláciu a cielené uvoľňovanie farmakologických účinných látok, okrem iného ako vektor pre génovú terapiu.