Les arthropodes (insectes et crustacés) sont connus pour leur revêtement extérieur dur, ou exosquelette. L'exosquelette permet le mouvement des articulations tout en recouvrant les tissus mous à l'intérieur du corps d'un arthropode.
Le principal matériau structurel de certains squelettes externes est un complexe glucides appelé chitine.
Qu'est-ce que la chitine ?
La chitine est un composé organique découvert par Henri Braconnot, un chimiste, en 1811. Il tire son nom du mot grec chiton, qui était le mot pour "mail" (comme dans "armure"). Il est présent chez les animaux exosquelettes tels que les insectes et les crustacés, mais aussi chez les champignons parois cellulaires. La chitine fournit une structure de cadre à ces animaux pour protéger leurs organes internes et leurs muscles.
La chitine est un glucide complexe, le plus répandu polymère d'aminopolysaccharide dans la nature. Elle n'est surpassée que par la cellulose en tant que polysaccharide le plus abondant sur Terre. Sa structure est assez similaire à celle de la cellulose, mais elle possède des unités monomères de glucose différentes.
Le nom chimique de la chitine est poly (β-(1-4)-N-acétyl-D-glucosamine. La chitine peut être convertie en un dérivé appelé chitosan à l'aide d'enzymes ou de désacétylation. Le chitosane est plus soluble dans l'eau que la chitine, et il est souvent utilisé dans les bandages, les enrobages de graines et dans la vinification.
La chitine est un matériau transparent et flexible, et dans certains organismes comme les crustacés, elle peut être combinée avec du carbonate de calcium pour la rendre encore plus résistante. La chitine peut être dégradée dans la nature par bactéries.
Les avantages de la chitine pour les animaux exosquelettes
La chitine fournit le matériau structurel principal dans certains squelettes externes. Ce cadre est rigide et recouvre les tissus mous en dessous. Il fournit également aux muscles un matériau à tirer.
La coque protectrice de chitine donne aux animaux exosquelettes un avantage car elle fonctionne comme une sorte d'armure. Les exosquelettes sont constitués d'articulations qui permettent un meilleur effet de levier aux animaux pour déplacer leurs membres.
Ce meilleur effet de levier rend les animaux plus forts par rapport à leur taille que les animaux sans architecture de cadre externe en chitine. La chitine peut également être trouvée dans les mandibules de certains organismes, comme les escargots.
Les inconvénients de la chitine pour les animaux exosquelettes
Avec l'augmentation de la taille, un exosquelette de chitine deviendrait peu pratique pour un animal, le rendant trop lourd pour se déplacer. C'est pourquoi les arthropodes ont tendance à être minuscules par rapport aux grands vertébrés.
Un autre inconvénient distinct se produit lorsque les animaux exosquelettes perdent ou muent leur coquille de chitine au fur et à mesure de leur croissance. Il peut y avoir jusqu'à six mues entre l'éclosion d'un insecte et quand il devient adulte.
Lorsque cela se produit, la respiration est entravée car la muqueuse trachéale de l'animal sort avec son exosquelette. Cela met les insectes en danger et la situation s'aggrave avec l'augmentation des températures.
Nouvelles utilisations de la chitine
En plus d'être le principal matériau structurel de certains squelettes externes, la chitine s'est avérée utile dans de nombreux matériaux artificiels. La nanotechnologie a utilisé la chitine et le chitosane pour fabriquer échafaudages en polymère.
La chitine et les composés à base de chitine ont également été utilisés pour applications biomédicales. La structure du cadre fournie par la chitine et le chitosane le rend inestimable pour la fabrication d'échafaudages composites pour la cicatrisation des plaies et la coagulation du sang. Ceci est dû au microfibrilles cristallines dans la chitine qui la rendent si stable pour les exosquelettes et les parois cellulaires des champignons.
Les composés à base de chitine sont également utilisés pour l'administration de médicaments, les ligands de reconnaissance biologique pour le diagnostic du cancer, l'ophtalmologie, les adjuvants de vaccins et la lutte contre les tumeurs.
La chitine et le chitosane sont non toxiques, biocompatibles, microbiens et biodégradables. Ils ont une grande intégrité structurelle, sont très poreux et peuvent se dégrader à un rythme prévisible. Les solvants peuvent extraire la chitine de crustacé coquilles destinées à être utilisées dans d'autres matériaux.
Technologie émergente
Le deuxième glucide le plus abondant sur Terre fournit une structure et une fonction aux organismes du monde naturel, ainsi qu'à la technologie moderne.
Les progrès futurs basés sur la stabilité et la flexibilité de la chitine devraient fournir à l'agriculture, biotechnologie, la nanomédecine et d'autres domaines avec une composante puissante pour aider l'humanité.