Geleedpotigen (insecten en schaaldieren) staan bekend om hun harde buitenbedekking, of exoskelet. Het exoskelet zorgt voor gewrichtsbeweging terwijl het zachte weefsels in het lichaam van een geleedpotige bedekt.
Het belangrijkste structurele materiaal in sommige externe skeletten is een complex a koolhydraat genaamd chitine.
Wat is chitine?
Chitine is een organische verbinding die in 1811 werd ontdekt door Henri Braconnot, een chemicus. Het dankt zijn naam aan het Griekse woord chiton, wat het woord was voor "mail" (zoals in "pantser"). Het is aanwezig in exoskeletdieren zoals insecten en schaaldieren, maar ook in schimmels gevangenismuren. Chitine biedt deze dieren een framestructuur om hun interne organen en spieren te beschermen.
Chitine is een complexe koolhydraat, de meest voorkomende aminopolysacharide polymeer in de natuur. Het is de tweede alleen voor cellulose als de meest voorkomende polysacharide op aarde. De structuur lijkt veel op die van cellulose, maar het heeft verschillende glucosemonomeereenheden.
De chemische naam voor chitine is poly (β-(1-4)-N-acetyl-D-glucosamine. Chitine kan worden omgezet in de afgeleide genaamd chitosan met behulp van enzymen of deacetylering. Chitosan is beter oplosbaar in water dan chitine en wordt vaak gebruikt in verbandmiddelen, zaadcoatings en bij het maken van wijn.
Chitine is een transparant, flexibel materiaal en in sommige organismen, zoals schaaldieren, kan het worden gecombineerd met calciumcarbonaat om het nog sterker te maken. Chitine kan in de natuur worden afgebroken door: bacteriën.
De voordelen van chitine voor exoskeletdieren
Chitine biedt de belangrijkste structurele materiaal in sommige externe skeletten. Dit raamwerk is stijf en bedekt de zachte weefsels eronder. Het geeft spieren ook materiaal om aan te trekken.
De beschermende schaal van chitine geeft exoskeletdieren een voordeel omdat het als een soort pantser werkt. Exoskeletten zijn gemaakt van gewrichten die dieren een betere hefboomwerking geven om hun ledematen te bewegen.
Deze betere hefboomwerking maakt de dieren sterker in verhouding tot hun grootte dan dieren zonder een buitenframe-architectuur van chitine. Chitine kan ook worden gevonden in de onderkaken van sommige organismen, zoals slakken.
De nadelen van chitine voor exoskeletdieren
Met toenemende omvang zou een chitine-exoskelet onpraktisch worden voor een dier, waardoor het te zwaar wordt om te bewegen. Dit is de reden waarom geleedpotigen de neiging hebben klein te zijn in vergelijking met grote gewervelde dieren.
Een ander duidelijk nadeel doet zich voor wanneer exoskeletdieren hun chitineschaal verliezen of vervellen terwijl ze groeien. Er kunnen maar liefst zes vervellingen zijn tussen het uitkomen van een insect en wanneer het volwassen wordt.
Wanneer dit gebeurt, wordt de ademhaling belemmerd omdat de tracheole van het dier samen met het exoskelet naar buiten komt. Dit brengt insecten in gevaar en de situatie verslechtert met hogere temperaturen.
Nieuwe toepassingen voor chitine
Chitine is niet alleen het belangrijkste structurele materiaal in sommige externe skeletten, maar het is ook nuttig gebleken in tal van door de mens gemaakte materialen. Nanotechnologie heeft chitine en chitosan gebruikt om polymeer steigers.
Chitine en op chitine gebaseerde verbindingen zijn ook gebruikt voor: biomedische toepassingen. De framestructuur die chitine en chitosan bieden, maakt het van onschatbare waarde voor het maken van composietsteigers voor wondgenezing en bloedstolling. Dit komt door de kristallijne microfibrillen binnen chitine die het zo stabiel maken voor exoskeletten en de celwanden van schimmels.
Op chitine gebaseerde verbindingen worden ook gebruikt voor medicijnafgifte, biologische herkenningsliganden voor kankerdiagnose, oogheelkunde, vaccinadjuvantia en het bestrijden van tumoren.
Chitine en chitosan zijn niet-toxisch, biocompatibel, microbieel en biologisch afbreekbaar. Ze hebben een grote structurele integriteit, zijn zeer poreus en kunnen met een voorspelbare snelheid worden afgebroken. Oplosmiddelen kunnen chitine extraheren uit schaaldier schelpen voor gebruik in andere materialen.
Opkomende technologie
Het op één na meest voorkomende koolhydraat op aarde biedt structuur en functie aan organismen in de natuurlijke wereld, evenals moderne technologie.
Toekomstige vorderingen op basis van de stabiliteit en flexibiliteit van chitine zouden landbouw, biotechnologie, nanogeneeskunde en andere gebieden met een krachtige component om de mensheid te helpen.