Leddjur (insekter och kräftdjur) är kända för sin hårda utsida, eller exoskelett. Exoskelettet möjliggör ledrörelser medan det täcker mjukvävnader inuti en leddjurs kropp.
Det huvudsakliga strukturmaterialet i vissa yttre skelett är ett komplex kolhydrat kallad kitin.
Vad är kitin?
Kitin är en organisk förening som upptäcktes av kemisten Henri Braconnot 1811. Det får sitt namn från det grekiska ordet chiton, vilket var ordet för "post" (som i "rustning"). Det finns i exoskelettdjur som insekter och kräftdjur, men också i svampar cellväggar. Kitin ger en ramstruktur för dessa djur för att skydda sina inre organ och muskler.
Kitin är en komplex kolhydrat, den vanligaste aminopolysackaridpolymer i naturen. Det är näst bara cellulosa som rikaste polysackariden på jorden. Dess struktur liknar ganska mycket cellulosa, men den har olika glukosmonomerenheter.
Det kemiska namnet på kitin är poly (β- (1-4) -N-acetyl-D-glukosamin. Kitin kan omvandlas till det derivat som kallas kitosan med användning av enzymer eller deacetylering. Kitosan är mer vattenlösligt än kitin, och det används ofta i bandage, fröbeläggningar och vid vinframställning.
Kitin är ett transparent, flexibelt material och i vissa organismer som kräftdjur kan det kombineras med kalciumkarbonat för att göra det ännu starkare. Kitin kan brytas ned i naturen av bakterie.
Fördelarna med kitin för exoskelettdjur
Chitin tillhandahåller huvudkonstruktionsmaterial i vissa yttre skelett. Denna ram är stel och täcker mjukvävnaderna under. Det ger också muskler ett material att dra.
Det skyddande skalet av kitin ger exoskelettdjur en fördel eftersom det fungerar som ett slags rustning. Exoskeletons är gjorda av leder som möjliggör bättre hävstång för djur att flytta sina lemmar.
Denna bättre hävstång gör djuren starkare i förhållande till sin storlek än djur utan en yttre ramarkitektur av kitin. Kitin finns också i käkarna hos vissa organismer, såsom sniglar.
Nackdelarna med kitin för exoskelettdjur
Med ökande storlek skulle ett kitin exoskelett bli opraktiskt för ett djur, vilket gör det för tungt att röra sig. Det är därför leddjur som tenderar att vara små jämfört med stora ryggradsdjur.
En annan tydlig nackdel inträffar när exoskelettdjur kasta eller smälta sitt kitinskal när de växer. Det kan vara så många som sex molter mellan kläckningen av en insekt och när det blir vuxen.
När detta inträffar hindras andningen eftersom djurets trakeolfoder kommer ut tillsammans med dess exoskelett. Detta riskerar insekter och situationen förvärras med ökade temperaturer.
Romananvändning för kitin
Förutom att vara det huvudsakliga strukturmaterialet i vissa yttre skelett, har kitin visat sig vara användbart i många konstgjorda material. Nanoteknik har använt kitin och kitosan för att tillverka polymerställningar.
Kitin och kitinbaserade föreningar har också använts för biomedicinska tillämpningar. Ramstrukturen som kitin och kitosan ger gör den ovärderlig för att göra kompositställningar för sårläkning och blodkoagulering. Detta beror på kristallina mikrofibriller inom kitin som gör det så stabilt för exoskelett och cellväggarna hos svampar.
Kitinbaserade föreningar används också för läkemedelsavgivning, biologiska igenkänningsligander för cancerdiagnos, oftalmologi, vaccinhjälpmedel och bekämpning av tumörer.
Kitin och kitosan är icke-toxiska, biokompatibla, mikrobiella och biologiskt nedbrytbara. De har stor strukturell integritet, är mycket porösa och kan brytas ned i en förutsägbar takt. Lösningsmedel kan extrahera kitin från kräftdjur skal för användning i andra material.
Emerging Technology
Det näst vanligaste kolhydraten på jorden ger struktur och funktion till organismer i den naturliga världen, liksom modern teknik.
Framtida framsteg baserat på kitins stabilitet och flexibilitet bör ge jordbruket, bioteknik, nanomedicin och andra områden med en kraftfull komponent för att hjälpa mänskligheten.