Článkonožce (hmyz a kôrovce) sú známe svojim tvrdým vonkajším pokrytím, príp exoskeleton. Exoskeleton umožňuje pohyb kĺbov, zatiaľ čo pokrýva mäkké tkanivá vo vnútri tela článkonožca.
Hlavným konštrukčným materiálom v niektorých vonkajších kostrách je komplex uhľohydrát zavolal chitín.
Čo je to chitín?
Chitín je organická zlúčenina, ktorú objavil chemik Henri Braconnot v roku 1811. Názov dostal podľa gréckeho slova chiton, čo bolo slovo pre „poštu“ (ako v „brnení“). Je prítomný v exoskeletových živočíchoch, ako je hmyz a kôrovce, ale aj v hubách bunkové steny. Chitín poskytuje týmto zvieratám kostrovú štruktúru na ochranu ich vnútorných orgánov a svalov.
Chitín je komplexný sacharid, ktorý je najrozšírenejší aminopolysacharidový polymér v prírode. Je na druhom mieste za celulózou najhojnejší polysacharid na Zemi. Jeho štruktúra je dosť podobná celulóze, má však odlišné monomérne jednotky glukózy.
Chemický názov pre chitín je poly (p- (1-4) -N-acetyl-D-glukozamín. Chitín je možné previesť na derivát nazývaný
chitosan pomocou enzýmov alebo deacetylácie. Chitosan je rozpustnejší vo vode ako chitín a často sa používa v obväzoch, poťahoch semien a pri výrobe vína.Chitín je priehľadný, pružný materiál a v niektorých organizmoch, ako sú kôrovce, ho možno kombinovať s uhličitanom vápenatým, aby bol ešte silnejší. Chitín sa môže v prírode odbúravať pomocou baktérie.
Výhody chitínu pre zvieratá exoskeletonu
Chitín poskytuje hlavný konštrukčný materiál v niektorých vonkajších kostrách. Táto kostra je tuhá a pokrýva mäkké tkanivá pod ňou. Taktiež poskytuje svalom materiál na ťahanie.
Ochranná chitínová škrupina dáva exoskeletonovým zvieratám výhodu, pretože funguje ako druh brnenia. Exoskeletony sú vyrobené z kĺbov, ktoré umožňujú lepšiu pohyblivosť končatín zvieratami.
Táto lepšia páka robí zvieratá silnejšie v porovnaní s ich veľkosťou ako zvieratá bez architektúry chitínu podľa vonkajšieho rámu. Chitín nájdete aj v mandibulách niektorých organizmov, napríklad v slimákoch.
Nevýhody chitínu pre zvieratá exoskeletonu
S pribúdajúcimi veľkosťami by sa chitínový exoskeleton stal pre zviera nepraktickým, čo by spôsobilo, že by bolo príliš ťažké pohybovať sa s ním. Preto sú článkonožce v porovnaní s veľkými stavovcami väčšinou malé.
Ďalšou zreteľnou nevýhodou je, keď exoskeletonové zvieratá počas rastu vylučujú alebo pretavujú svoju chitínovú škrupinu. Medzi liahnutím anjela môže byť až šesť molekúl hmyz a keď sa stane dospelým.
Ak k tomu dôjde, dýchanie je sťažené, pretože zvieracia tracheolová výstelka vychádza spolu s exoskeletom. To ohrozuje hmyz a situácia sa zhoršuje pri vyšších teplotách.
Román sa používa pre chitín
Okrem toho, že je chitín hlavným štruktúrnym materiálom v niektorých vonkajších kostrách, ukázal sa ako užitočný v mnohých materiáloch vyrobených človekom. Nanotechnológia používala na výrobu chitín a chitosan polymérové lešenie.
Používal sa tiež chitín a zlúčeniny na báze chitínu biomedicínske aplikácie. Štruktúra rámu, ktorú poskytujú chitín a chitosan, ho robí neoceniteľným pre výrobu kompozitných lešení na hojenie rán a zrážanie krvi. Je to spôsobené tým kryštalické mikrofibrily v chitíne, ktoré ho robia tak stabilným pre exoskeletóny a bunkové steny húb.
Zlúčeniny na báze chitínu sa tiež používajú na dodávanie liekov, biologické rozpoznávacie ligandy na diagnostiku rakoviny, oftalmológiu, adjuvans vakcín a na boj proti nádorom.
Chitín a chitosan sú netoxické, biokompatibilné, mikrobiálne a biologicky odbúrateľné. Majú veľkú štrukturálnu integritu, sú vysoko pórovité a môžu sa degradovať predvídateľnou rýchlosťou. Rozpúšťadlá môžu extrahovať chitín z kôrovec škrupiny na použitie v iných materiáloch.
Rozvíjajúca sa technológia
Druhý najhojnejší sacharid na Zemi poskytuje organizmom v prírodnom svete štruktúru a funkciu, ako aj moderné technológie.
Budúci pokrok založený na stabilite a flexibilite chitínu by mal poskytnúť poľnohospodárstvo, biotechnológia, nanomedicína a ďalšie oblasti so silnou zložkou na pomoc ľudstvu.