Členovci (hmyz a korýši) jsou známí svou tvrdou vnější vrstvou, nebo exoskeleton. Exoskeleton umožňuje pohyb kloubů, zatímco zakrývá měkké tkáně uvnitř těla členovce.
Hlavní konstrukční materiál v některých vnějších kostrech je komplex uhlohydrát volala chitin.
Co je to chitin?
Chitin je organická sloučenina, kterou objevil chemik Henri Braconnot v roce 1811. Jméno dostává podle řeckého slova chiton, což bylo slovo pro „mail“ (jako v „brnění“). Je přítomen v exoskeletonových zvířatech, jako je hmyz a korýši, ale také v houbách buněčné stěny. Chitin poskytuje těmto zvířatům rámovou strukturu, která chrání jejich vnitřní orgány a svaly.
Chitin je komplexní sacharid, nejrozšířenější aminopolysacharidový polymer v přírodě. Je to na druhém místě za celulózou jako nejhojnější polysacharid na Zemi. Jeho struktura je docela podobná celulóze, ale má různé jednotky monomeru glukózy.
Chemický název pro chitin je poly (β- (1-4) -N-acetyl-D-glukosamin. Chitin lze převést na derivát s názvem chitosan pomocí enzymů nebo deacetylace. Chitosan je rozpustnější ve vodě než chitin a často se používá v obvazech, povlacích semen a ve výrobě vína.
Chitin je průhledný, pružný materiál a v některých organismech, jako jsou korýši, může být kombinován s uhličitanem vápenatým, aby byl ještě silnější. Chitin může být v přírodě degradován bakterie.
Výhody chitinu pro exoskeletonová zvířata
Chitin poskytuje hlavní konstrukční materiál v některých vnějších kostrách. Tato kostra je tuhá a pokrývá měkké tkáně pod ní. Rovněž poskytuje svalům materiál, který je třeba zatáhnout.
Chitinová ochranná skořápka dává exoskeletonovým zvířatům výhodu, protože funguje jako druh brnění. Exoskeletony jsou vyrobeny z kloubů, které umožňují lepší pohyb zvířat končetinami.
Díky této lepší páce jsou zvířata silnější ve srovnání s jejich velikostí než zvířata bez chitinové architektury vnějšího rámu. Chitin lze také nalézt v kusadlech některých organismů, jako jsou hlemýždi.
Nevýhody chitinu pro exoskeletonová zvířata
S rostoucí velikostí by se chitinový exoskelet stal pro zvíře nepraktickým, takže by bylo příliš těžké se s ním pohybovat. Proto mají členovci ve srovnání s velkými obratlovci tendenci být maličcí.
Další výrazná nevýhoda nastává, když exoskeletonová zvířata během růstu vylučují nebo roztaví chitinovou skořápku. Mezi vylíhnutím může být až šest mol hmyz a až se stane dospělým.
Když k tomu dojde, dýchání je omezeno, protože tracheolová výstelka zvířete vychází spolu s exoskeletem. To ohrožuje hmyz a situace se zhoršuje při vyšších teplotách.
Román se používá pro chitin
Kromě toho, že je chitin hlavním strukturálním materiálem v některých vnějších kostrách, osvědčil se v mnoha umělých materiálech. Nanotechnologie používá k výrobě chitin a chitosan polymerní lešení.
Používal se také chitin a sloučeniny na bázi chitinu biomedicínské aplikace. Díky struktuře rámu, kterou poskytují chitin a chitosan, je neocenitelné pro výrobu kompozitních lešení pro hojení ran a srážení krve. To je způsobeno krystalické mikrofibrily v chitinu, díky nimž je tak stabilní pro exoskeletony a buněčné stěny hub.
Sloučeniny na bázi chitinu se také používají pro dodávání léčiv, biologické rozpoznávací ligandy pro diagnostiku rakoviny, oftalmologie, adjuvans pro vakcíny a pro boj s nádory.
Chitin a chitosan jsou netoxické, biokompatibilní, mikrobiální a biologicky odbouratelné. Mají velkou strukturální integritu, jsou vysoce porézní a mohou se degradovat předvídatelnou rychlostí. Rozpouštědla mohou extrahovat chitin z korýš skořápky pro použití v jiných materiálech.
Rozvíjející se technologie
Druhý nejhojnější sacharid na Zemi poskytuje organizmům v přírodním světě strukturu a funkci, stejně jako moderní technologie.
Budoucí pokrok založený na stabilitě a flexibilitě chitinu by měl zajistit zemědělství, biotechnologie, nanomedicína a další pole se silnou složkou na pomoc lidstvu.