Gli artropodi (insetti e crostacei) sono noti per il loro rivestimento esterno duro, o esoscheletro. L'esoscheletro consente il movimento articolare mentre copre i tessuti molli all'interno del corpo di un artropode.
Il principale materiale strutturale in alcuni scheletri esterni è un complesso carboidrato chiamato chitina.
Cos'è la chitina?
La chitina è un composto organico scoperto da Henri Braconnot, un chimico, nel 1811. Prende il nome dalla parola greca chitone, che era la parola per "posta" (come in "armatura"). È presente negli animali esoscheletrici come insetti e crostacei, ma anche nei funghi pareti cellulari. La chitina fornisce una struttura per questi animali per proteggere i loro organi interni e muscoli.
La chitina è un carboidrato complesso, il più diffuso polimero aminopolisaccaride in natura. È seconda solo alla cellulosa in quanto il polisaccaride più abbondante sulla Terra. La sua struttura è abbastanza simile alla cellulosa, ma ha diverse unità monomeriche di glucosio.
Il nome chimico della chitina è poli (β-(1-4)-N-acetil-D-glucosamina. La chitina può essere convertita nel derivato chiamato
chitosano utilizzando enzimi o deacetilazione. Il chitosano è più solubile in acqua della chitina ed è spesso usato in bende, rivestimenti per semi e nella vinificazione.La chitina è un materiale trasparente e flessibile e in alcuni organismi come i crostacei può essere combinata con il carbonato di calcio per renderlo ancora più forte. La chitina può essere degradata in natura da batteri.
I vantaggi della chitina per gli animali esoscheletrici
La chitina fornisce il materiale strutturale principale in alcuni scheletri esterni. Questa struttura è rigida e copre i tessuti molli sottostanti. Fornisce anche ai muscoli un materiale da tirare.
Il guscio protettivo della chitina conferisce agli animali esoscheletri un vantaggio perché funziona come una sorta di armatura. Gli esoscheletri sono costituiti da articolazioni che consentono agli animali una migliore leva per muovere gli arti.
Questa migliore leva rende gli animali più forti rispetto alle loro dimensioni rispetto agli animali senza un'architettura del telaio esterno di chitina. La chitina si trova anche nelle mandibole di alcuni organismi, come le lumache.
Gli svantaggi della chitina per gli animali esoscheletrici
Con l'aumentare delle dimensioni, un esoscheletro di chitina diventerebbe poco pratico per un animale, rendendolo troppo pesante per muoversi. Questo è il motivo per cui gli artropodi tendono ad essere piccoli rispetto ai grandi vertebrati.
Un altro netto svantaggio si verifica quando gli animali dell'esoscheletro perdono o muoiono il loro guscio di chitina mentre crescono. Ci possono essere fino a sei mute tra la schiusa di un insetto e quando diventa adulto.
Quando ciò si verifica, la respirazione è ostacolata perché il rivestimento della tracheola dell'animale esce insieme al suo esoscheletro. Ciò mette a rischio gli insetti e la situazione peggiora con l'aumento delle temperature.
Nuovi usi per la chitina
Oltre ad essere il principale materiale strutturale in alcuni scheletri esterni, la chitina si è dimostrata utile in numerosi materiali artificiali. La nanotecnologia ha utilizzato la chitina e il chitosano per produrre impalcature polimeriche.
La chitina e i composti a base di chitina sono stati utilizzati anche per applicazioni biomediche. La struttura del telaio fornita da chitina e chitosano lo rende prezioso per la realizzazione di scaffold compositi per la guarigione delle ferite e la coagulazione del sangue. Ciò è dovuto al microfibrille cristalline all'interno della chitina che lo rendono così stabile per gli esoscheletri e le pareti cellulari dei funghi.
I composti a base di chitina vengono utilizzati anche per la somministrazione di farmaci, ligandi per il riconoscimento biologico per la diagnosi del cancro, l'oftalmologia, gli adiuvanti dei vaccini e la lotta contro i tumori.
La chitina e il chitosano sono atossici, biocompatibili, microbici e biodegradabili. Hanno una grande integrità strutturale, sono altamente porosi e possono degradarsi a una velocità prevedibile. I solventi possono estrarre la chitina da crostaceo conchiglie per l'uso in altri materiali.
Tecnologia emergente
Il secondo carboidrato più abbondante sulla Terra fornisce struttura e funzione agli organismi nel mondo naturale, oltre alla tecnologia moderna.
I futuri progressi basati sulla stabilità e la flessibilità della chitina dovrebbero fornire all'agricoltura, biotecnologia, nanomedicina e altri campi con una potente componente per aiutare l'umanità.