ما هي الكربوهيدرات التي تشكل الهيكل الخارجي للحشرة؟

تشتهر مفصليات الأرجل (الحشرات والقشريات) بتغطيتها الخارجية القاسية ، أو الهيكل الخارجي. يسمح الهيكل الخارجي بحركة المفاصل بينما يغطي الأنسجة الرخوة داخل جسم المفصليات.

المادة الهيكلية الرئيسية في بعض الهياكل العظمية الخارجية معقدة الكربوهيدرات اتصل الكيتين.

الكيتين مركب عضوي اكتشفه الكيميائي هنري براكونو في عام 1811. تحصل على اسمها من الكلمة اليونانية الكيتون، والتي كانت كلمة "mail" (كما في "armor"). وهي موجودة في حيوانات الهيكل الخارجي مثل الحشرات والقشريات ، ولكن أيضًا في الفطريات جدران الخلايا. يوفر الكيتين هيكل إطار لهذه الحيوانات لحماية أعضائها الداخلية وعضلاتها.

الكيتين هو كربوهيدرات معقد ، وهو الأكثر انتشارًا بوليمر عديد السكاريد أمين في الطبيعة. إنه في المرتبة الثانية بعد السليلوز مثل معظم السكريات وفرة على الأرض. هيكلها يشبه إلى حد كبير السليلوز ، ولكن لديها وحدات مونومر جلوكوز مختلفة.

الاسم الكيميائي للكيتين هو بولي (β- (1-4) -N-acetyl-D-glucosamine. يمكن تحويل الكيتين إلى مشتق يسمى الشيتوزان باستخدام الإنزيمات أو نزع الأسيتيل. الشيتوزان أكثر قابلية للذوبان في الماء من الكيتين ، وغالبًا ما يستخدم في الضمادات وطلاء البذور وصناعة النبيذ.

الكيتين مادة شفافة ومرنة ، وفي بعض الكائنات الحية مثل القشريات ، يمكن دمجها مع كربونات الكالسيوم لجعلها أقوى. يمكن أن يتحلل الكيتين في الطبيعة عن طريق بكتيريا.

يوفر الكيتين المواد الهيكلية الرئيسية في بعض الهياكل العظمية الخارجية. هذا الهيكل صلب ويغطي الأنسجة الرخوة تحته. كما أنه يزود العضلات بمادة تسحبها.

يعطي الغلاف الواقي من الكيتين لحيوانات الهيكل الخارجي ميزة لأنه يعمل كنوع من الدروع. تتكون الهياكل الخارجية من مفاصل تسمح للحيوانات بتحريك أطرافها بشكل أفضل.

هذا التأثير الأفضل يجعل الحيوانات أقوى بالنسبة لحجمها من الحيوانات التي ليس لها هيكل خارجي من الكيتين. يمكن أيضًا العثور على الكيتين في الفك السفلي لبعض الكائنات الحية ، مثل القواقع.

مع زيادة الحجم ، يصبح الهيكل الخارجي للكيتين غير عملي بالنسبة للحيوان ، مما يجعله ثقيلًا جدًا بحيث لا يمكن تحريكه. هذا هو السبب في أن مفصليات الأرجل تميل إلى أن تكون صغيرة مقارنة بالفقاريات الكبيرة.

هناك عيب واضح آخر يحدث عندما تقوم حيوانات الهيكل الخارجي بإلقاء أو تساقط قشرة الكيتين أثناء نموها. يمكن أن يكون هناك ما يصل إلى ستة ريش بين الفقس حشرة وعندما يصبح بالغًا.

عندما يحدث هذا ، يتم إعاقة التنفس لأن بطانة القصبة الهوائية للحيوان تخرج مع هيكلها الخارجي. هذا يعرض الحشرات للخطر ، ويزداد الوضع سوءًا مع ارتفاع درجات الحرارة.

بالإضافة إلى كونه المادة الهيكلية الرئيسية في بعض الهياكل العظمية الخارجية ، فقد أثبت الكيتين أنه مفيد في العديد من المواد التي يصنعها الإنسان. استخدمت تقنية النانو مادة الكيتين والشيتوزان في صنعها سقالات البوليمر.

كما تم استخدام مركبات الكيتين والكيتين التطبيقات الطبية الحيوية. هيكل الإطار الذي يوفره الكيتين والشيتوزان يجعله لا يقدر بثمن لصنع السقالات المركبة لالتئام الجروح وتجلط الدم. هذا يرجع إلى الألياف الدقيقة البلورية داخل الكيتين مما يجعله مستقرًا للغاية بالنسبة للهياكل الخارجية وجدران خلايا الفطريات.

تُستخدم المركبات التي أساسها الكيتين أيضًا في توصيل الأدوية ، وروابط التعرف البيولوجي لتشخيص السرطان ، وطب العيون ، ومساعدات اللقاح ومكافحة الأورام.

الكيتين والكيتوزان غير سامين ومتوافقين حيوياً وجراثيم وقابلان للتحلل. فهي تتمتع بسلامة هيكلية كبيرة ، كما أنها مسامية للغاية ويمكن أن تتحلل بمعدل يمكن التنبؤ به. يمكن للمذيبات استخراج الكيتين من قشريات قذائف لاستخدامها في مواد أخرى.

يوفر ثاني أكثر الكربوهيدرات وفرة على وجه الأرض بنية ووظيفة للكائنات الحية في العالم الطبيعي ، بالإضافة إلى التكنولوجيا الحديثة.

يجب أن توفر التطورات المستقبلية القائمة على استقرار ومرونة الكيتين الزراعة ، التكنولوجيا الحيويةوطب النانو وغيرها من المجالات التي تحتوي على عنصر قوي لمساعدة البشرية.