Arthropoden (Insekten und Krebstiere) sind für ihre harte Außenhülle bekannt, oder Exoskelett. Das Exoskelett ermöglicht Gelenkbewegungen, während es Weichteile im Körper eines Gliederfüßers bedeckt.
Das Hauptstrukturmaterial einiger äußerer Skelette ist ein Komplex Kohlenhydrat namens Chitin.
Was ist Chitin?
Chitin ist eine organische Verbindung, die 1811 vom Chemiker Henri Braconnot entdeckt wurde. Es hat seinen Namen vom griechischen Wort chiton, was das Wort für "Post" war (wie in "Rüstung"). Es kommt in Exoskeletttieren wie Insekten und Krebstieren vor, aber auch in Pilzen Zellwände. Chitin bietet diesen Tieren eine Rahmenstruktur, um ihre inneren Organe und Muskeln zu schützen.
Chitin ist ein komplexes Kohlenhydrat, das am weitesten verbreitet ist Aminopolysaccharid-Polymer in der Natur. Es steht an zweiter Stelle nach Cellulose als häufigstes Polysaccharid auf der Erde. Seine Struktur ist der von Cellulose sehr ähnlich, weist jedoch unterschiedliche Glucose-Monomereinheiten auf.
Der chemische Name für Chitin ist Poly(β-(1-4)-N-acetyl-D-glucosamin. Chitin kann in das Derivat namens. umgewandelt werden
chitosan mit Enzymen oder Deacetylierung. Chitosan ist wasserlöslicher als Chitin und wird häufig in Verbänden, Samenüberzügen und bei der Weinherstellung verwendet.Chitin ist ein transparentes, flexibles Material und kann in einigen Organismen wie Krebstieren mit Calciumcarbonat kombiniert werden, um es noch stärker zu machen. Chitin kann in der Natur abgebaut werden durch Bakterien.
Die Vorteile von Chitin für Exoskeletttiere
Chitin liefert die Hauptstrukturmaterial in einigen äußeren Skeletten. Dieses Gerüst ist starr und bedeckt die darunter liegenden Weichteile. Es bietet den Muskeln auch ein Material zum Ziehen.
Die schützende Hülle aus Chitin gibt Exoskelett-Tieren einen Vorteil, da sie als eine Art Rüstung fungiert. Exoskelette bestehen aus Gelenken, die den Tieren eine bessere Hebelwirkung ermöglichen, um ihre Gliedmaßen zu bewegen.
Diese bessere Hebelwirkung macht die Tiere im Verhältnis zu ihrer Größe stärker als Tiere ohne eine äußere Rahmenarchitektur aus Chitin. Chitin kommt auch in den Mandibeln einiger Organismen vor, beispielsweise bei Schnecken.
Die Nachteile von Chitin für Exoskeletttiere
Mit zunehmender Größe würde ein Chitin-Exoskelett für ein Tier unpraktisch werden und es zu schwer machen, um sich zu bewegen. Aus diesem Grund sind Gliederfüßer im Vergleich zu großen Wirbeltieren eher winzig.
Ein weiterer deutlicher Nachteil tritt auf, wenn Exoskeletttiere während ihres Wachstums ihre Chitinhülle abwerfen oder häuten. Es können bis zu sechs Häutungen zwischen dem Schlüpfen eines Insekt und wenn es erwachsen wird.
In diesem Fall wird die Atmung behindert, da die Tracheolenauskleidung des Tieres zusammen mit seinem Exoskelett herauskommt. Dies gefährdet Insekten und die Situation verschlimmert sich mit steigenden Temperaturen.
Neue Anwendungen für Chitin
Chitin ist nicht nur das Hauptstrukturmaterial in einigen äußeren Skeletten, sondern hat sich auch in zahlreichen künstlichen Materialien als nützlich erwiesen. Die Nanotechnologie hat Chitin und Chitosan verwendet, um Polymergerüste.
Chitin und Verbindungen auf Chitinbasis wurden auch verwendet für biomedizinische Anwendungen. Die von Chitin und Chitosan bereitgestellte Rahmenstruktur macht es von unschätzbarem Wert für die Herstellung von Verbundgerüsten zur Wundheilung und Blutgerinnung. Dies liegt an der kristalline Mikrofibrillen in Chitin, die es für Exoskelette und die Zellwände von Pilzen so stabil machen.
Chitin-basierte Verbindungen werden auch für die Wirkstoffabgabe, biologische Erkennungsliganden für die Krebsdiagnose, die Augenheilkunde, Impfstoff-Adjuvantien und die Tumorbekämpfung verwendet.
Chitin und Chitosan sind ungiftig, biokompatibel, mikrobiell und biologisch abbaubar. Sie haben eine große strukturelle Integrität, sind hochporös und können mit einer vorhersagbaren Geschwindigkeit abgebaut werden. Lösungsmittel können Chitin aus extrahieren Krebstier Schalen zur Verwendung in anderen Materialien.
Aufstrebende Technologie
Das zweithäufigste Kohlenhydrat der Erde verleiht den Organismen in der natürlichen Welt Struktur und Funktion sowie moderne Technologie.
Zukünftige Fortschritte auf der Grundlage der Stabilität und Flexibilität von Chitin sollen der Landwirtschaft, Biotechnologie, Nanomedizin und andere Bereiche mit einer starken Komponente, um der Menschheit zu helfen.