Хитин

Структурная формула
Хитин
Общий
Фамилия Хитин
Другие названия
  • Поли ( N - ацетил-1,4-β- D- glucopyranosamine)
  • ХИТИН ( INCI )
Количество CAS 1398-61-4
Мономер Ацетилглюкозамин
Молекулярная формула в повторяющемся звене C 8 H 13 НЕТ 5
Молярная масса повторяющейся единицы 203,19 г моль -1
PubChem 6857375
Тип полимера

Биополимер

Краткое описание

Полисахарид , беловатое твердое вещество
характеристики
Физическое состояние

твердо

растворимость
Инструкции по технике безопасности
Маркировка опасности GHS
нет пиктограмм GHS
H- и P-фразы ЧАС: нет H-фраз
П: нет P-фраз
Насколько это возможно и общепринято, используются единицы СИ . Если не указано иное, приведенные данные относятся к стандартным условиям .

Хитин ( греч. Χιτών chitón , по-немецки « оболочка» ) является наиболее распространенным полисахаридом после целлюлозы и используется для формирования структуры. Он отличается от целлюлозы наличием ацетамидной группы . Ранее он присутствовал в грибах, а также в членистоногих (Articulata) и моллюсках . У грибов он образует один из основных компонентов клеточной стенки . У кольчатых червей это происходит в полости рта. У членистоногих это главный компонент экзоскелета . Он также был обнаружен у позвоночных, таких как костистая рыба и слизь (Blenniidae), например, серая слизь ( Paralipophrys trigloides ).

Хитин является исходным материалом для технического производства хитозана и глюкозамина .

Вхождение

Очень чистый хитин находится в надкрыльях в морфах ( Melolontha Melolontha Л.)

В животном мире хитин в сочетании с белком и карбонатом кальция широко распространен как компонент экзоскелета многих членистоногих , особенно классов (и суперклассов) насекомых , паукообразных , многоножек и ракообразных . У моллюсков это часть радулы, а у Schulp можно найти несколько головоногих моллюсков .

В грибного царства, хитин встречается в ряде низших грибов, а также в стендовых грибов , Ashlar грибов и мукоровых как компоненты клеточной стенки с белками и глюканов , хотя это не происходит во всех этих грибов. Даже у близких родственников наличие хитина в клеточной стенке может значительно отличаться.

Структура и свойства

Хитин - это полисахарид, состоящий из звеньев ацетилглюкозамина (точнее: 2-ацетамидо-2-дезокси-D-глюкопираноза или для краткости N-ацетил-D-глюкозамин, аббревиатура: GlcNAc). Ацетилглюкозаминовые звенья связаны β-1,4-гликозидными связями - это тот же тип связи, что и у молекул глюкозы в целлюлозе. Таким образом, хитин можно понимать как вариант целлюлозы, в которой гидроксильные группы в положении 2 мономерных единиц заменены ацетамидными группами. Это обеспечивает более прочную водородную связь между соседними полимерами, что делает хитин более твердым и стабильным, чем целлюлоза. Однако природный хитин обычно представляет собой не однородный полимер, а смесь статистических сополимеров D-глюкозамина (GlcN) и N-ацетил-D-глюкозамина (GlcNAc), то есть не каждая аминогруппа ацетилирована.

Степень ацетилирования определяет его свойства в дополнение к степени полимеризации (длине цепи) и укладке цепи. Таким образом, переход на хитозан , который имеет значительно меньше ацетильных групп (в идеале - совсем без них), является плавным. Если степень ацетилирования выше 50%, его обычно называют хитином , если ниже - хитозаном .

Строение α-хитина. Атомы водорода не показаны. Для атома кислорода № 6 есть две позиции (показаны полупрозрачно), которые заполнены статистически.

Хитин в природе встречается по крайней мере в двух формах : хитин членистоногих встречается в основном в форме α- хитина, у моллюсков - в форме β- хитина. Смесь альфа- и бета-хитин, который происходит в жуке личинок и головоногих, иногда называют , как γ -chitin.

Хитин бесцветен. Хорошо известный коричневый цвет (а также твердость) панцирей насекомых обусловлен склеротином , структурным белком.

Хитин в значительной степени нерастворим в водных, слабоионогенных и приемлемых для здоровья органических растворителях, в сильно ионных растворителях «растворимость» основана на деполимеризации. «Растворимый хитин» в основном состоит из гидрохлоридов хитина , некоторые из которых даже растворимы в воде.

биосинтез

В природе хитин образует сложные структуры, которые образуются в ходе многоступенчатого процесса. Молекулы хитина синтезируются трансгликозилированием мембраносвязанными ферментами, известными как хитинсинтетаза EC  2.4.1.16 , которые используют уридиндифосфат -N-ацетилглюкозамин (UDPGlcNAc) в качестве субстрата. В случае грибов, например, это происходит в особых пузырьках, называемых хитосомами. Молекулы хитина или хитоолигомеры секретируются во внеклеточное пространство . За пределами ячеек происходят различные модификации, влияющие на свойства. Один из них - частичный гидролиз хитиназами EC  3.2.1.14 . В дополнение к гидролазе хитиназы также обладают трансгликозидазной активностью, так что хитин может быть связан с глюканами . Другая модификация - частичное деацетилирование специальными деацетилазами. Некоторые немодифицированные молекулы хитина кристаллизуются и частично ковалентно связаны с другими молекулами хитина через белки. Получающаяся в результате супрамолекулярная структура созревает за счет дальнейшего поперечного сшивания и включения различных веществ.

Биологическое значение

Хитин в крыле глянцевого жука, крупный план

Хитин производился живыми существами уже не менее 500 миллионов лет. Вопреки распространенному мнению, хитин не делает панцирь (насекомого) твердым. Хитин отвечает за его мягкость и гибкость. Только при взаимодействии со структурным белком склеротином кутикула насекомого становится твердой и устойчивой. У ракообразных известь также хранится для увеличения твердости.

Хитин - второй по распространенности биополимер после целлюлозы. Оценка годового биосинтеза составляет от 10 10 до 10 11 тонн. Основную часть составляют мелкие рачки зоопланктона (например, криль ).

В частности, используется хитин водных членистоногих и грибов. с разбивкой по холерного вибриона , холерного патогена, с помощью фермента хитиназы .

Активные ингредиенты, подавляющие синтез хитина, известны как ингибиторы хитина и используются для борьбы с насекомыми и грибами.

История открытия

Хитин был впервые с научной точки зрения описан как вещество (из грибов) Анри Браконно (директор ботанического сада Нанси ) в 1811 году , но еще не под этим названием, а как «грибок». Француз Антуан Одиер дал свое имя в 1823 году: он взял греческое слово, означающее «туника» или «ножны», в зависимости от покрытия крыльев журавля , в котором он нашел это вещество. Выяснение химической структуры хитина было проведено в 1929 году Альбертом Хофманном (известным как первооткрыватель ЛСД) в рамках его докторской диссертации.

Медицинское значение

Хитин также входит в состав важных патогенов; он находится в клеточных стенках патогенных грибов, во влагалище и глотке от филярий, а также в яйцах паразитических червей. У млекопитающих и растений есть хитиназы, разрушающие хитиназы для защиты. У пациентов с болезнью Гоше обнаруживаются чрезвычайно высокие уровни ферментов, которые используются для контроля терапии. При других лизосомных болезнях накопления и у пациентов с саркоидозом повышенный уровень ферментов в крови. При тяжелой форме астмы повышенный уровень хитиназы может быть обнаружен в сыворотке и легочной ткани .

использовать

Схематическое изображение ферментативного синтеза хитозана из хитина

Хотя хитин как биополимер имеет очень хорошие механические свойства и, наряду с целлюлозой и лигнином, является одним из наиболее распространенных природных полимеров, диапазон его применения сравнительно невелик. Хитозан , получаемый из хитина, коммерчески производится из остатков панциря креветок и в основном используется в качестве «блокатора жира» в секторе питания , в качестве фильтрующего материала для экстракции воды или на очистных сооружениях, а также в качестве сырья. для волокон, пен, мембран и фольги ( биопластик ). Хитозан также используется в зубных пастах (Chitodent), в качестве добавки для бумаги и хлопка, а также для уменьшения помутнения в производстве напитков. Хитозан исследуется в фармацевтической промышленности с целью использования его для микрокапсулирования и целевого высвобождения фармакологических агентов, в том числе в качестве вектора для генной терапии.

Хитин также является исходным материалом для технического производства глюкозамина , естественного компонента хряща и синовиальной жидкости . Технически производимый глюкозамин используется, в частности, в фармацевтической промышленности. в средствах от остеоартрита .

веб ссылки

Викисловарь: Хитин  - объяснение значений, происхождение слов, синонимы, переводы
  • Неожиданный аллергический потенциал - исследование: биополимерный хитин вызывает аллергоподобное воспаление. Wissenschaft.de (Резюме статьи из журнала Nature : Тиффани А. Риз, Хонг-Эр Лян, Эндрю М. Тагер, Эндрю Д. Ластер, Нико Ван Ройен, Дэвид Ферингер, Ричард М. Локсли: хитин вызывает накопление в тканях врожденного иммунные клетки, связанные с аллергией. In: Nature , предварительная онлайн-публикация, 22 апреля 2007 г.)
  • Информация о хитине. Хеппе медицинский хитозан

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ Запись о CHITIN в базе данных CosIng Комиссии ЕС, по состоянию на 25 февраля 2020 г.
  2. ↑ a b c Запись о хитине в TCI Europe, по состоянию на 18 июня 2019 г.
  3. ↑ а б запись о хитине. В: Römpp Online . Георг Тиме Верлаг, доступ 14 июня 2012 г.
  4. ^ GP Wagner, J. Lo, R. Laine, M. Almeder: Хитин в эпидермальной кутикуле позвоночного (Paralipophrys trigloides, Blenniidae, Teleostei). В: Experientia . 49, 1993, стр. 317-319, DOI: 10.1007 / BF01923410 .
  5. ↑ Альберт Госсауэр: Структура и реакционная способность биомолекул . Verlag Helvetica Chimica Acta, Цюрих, 2006 г., стр. 347, ISBN 978-3-906390-29-1 .
  6. ↑ Как соединяются хитиновые цепи? ( Памятка от 20 ноября 2008 г. в Интернет-архиве )
  7. ↑ Рам Минке, Джон Блэквелл: Структура α-хитина . В: Журнал молекулярной биологии . Лента 120 , нет. 2 , 1978, с. 167-181 , DOI : 10,1016 / 0022-2836 (78) 90063-3 .
  8. ↑ Визуализация кристаллической структуры α- хитина
  9. ^ Юки Сайто, Такеши Окано, Франсуаза Гайль, Анри Шанзи, Жан-Люк Путо: структурные данные о внутрикристаллическом набухании β-хитина . В: Международный журнал биологических макромолекул . Лента 28 , вып. 1 , 2000, стр. 81-88 , DOI : 10.1016 / S0141-8130 (00) 00147-1 .
  10. ↑ NE Dweltz: Структура β-хитина . В: Biochimica et Biophysica Acta . Лента 51 , нет. 2 , 1961, с. 283-294 , DOI : 10.1016 / 0006-3002 (61) 90169-X .
  11. ↑ Визуализация кристаллической структуры β- хитина
  12. ^ Сэмюэл М. Хадсон, Дэвид В. Дженкинс: Энциклопедия полимерной науки и технологии . John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ 2002, ISBN 978-0-471-44026-0 , глава хитин и хитозан , DOI : 10.1002 / 0471440264.pst052 .
  13. ↑ Молекула месяца: хитин / хитозан. В: chemieonline.de. Проверено 9 февраля 2017 года .
  14. ↑ Дж. Руис-Эррера, А.Д. Мартинес-Эспиноза: Биосинтез хитина и структурная организация in vivo. В: EXS Volume 87, 1999, pp. 39-53, PMID 10906950 .
  15. ↑ В оригинальной губке обнаружен хитин возрастом более 500 миллионов лет. В: tu-freiberg.de. ТА Bergakademie Фрайберг , 17 декабря 2013, доступ к 9 февраля 2017 года .
  16. ↑ Х. Эрлих, Дж. Кейт Ригби, Дж. П. Боттинг, М. В. Цуркан, К. Вернер, П. Швилле, З. Петрашек, А. Писера, П. Саймон, В. Н. Сивков, Д. В. Вялих, С. Л. Молодцов, Д. Курек, М. Каммер, С. Хунольдт, Р. Борн, Д. Ставски, А. Штейнхоф, В. В. Баженов, Т. Гейслер: Открытие хитина возрастом 505 миллионов лет в базальной демоспубке Vauxia gracilenta . В кн . : Научные отчеты . Лента 3 , 2013, DOI : 10.1038 / srep03497 , PMID 24336573 .
  17. ↑ Ф.Л. Кэмпбелл: Обнаружение и оценка хитина насекомых; и Irrelation из «Chitinization» твердости и пигментация кутикулы американского таракана, Periplaneta Americana L . В: Анналы энтомологического общества Америки . Лента 22 , нет. 3 , 1929, стр. 401-426 , DOI : 10,1093 / АФАР / 22.3.401 .
  18. ↑ W. ARBIA и др.: Восстановление хитина с использованием биологических методов . В кн . : Food Technol. Biotechnol. , 51 (1), 2013, с. 12-25.
  19. ↑ Хироши Тамура, Тэцуя Фуруике: Энциклопедия полимерных наноматериалов . Ред .: Широ Кобаяши, Клаус Мюллен. Springer, Berlin, Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-36199-9 , глава Хитин и хитозан , стр. 1 , DOI : 10.1007 / 978-3-642-36199-9_322-1 .
  20. ↑ А. Хофманн: О ферментативном расщеплении хитина и хитозана. Цюрихский университет, 1929 г., OCLC 601730630 .
  21. ↑ Guo Yufeng et al.: Повышенная активность хитотриозидазы в плазме при различных лизосомных нарушениях накопления . В: Journal of Inherited Metabolic Disease , 1995, PMID 8750610 .
  22. ↑ Гроссо, Баргагли и др.: Сывороточные уровни хитотриозидазы как маркер активности болезни и клинической стадии саркоидоза . В: Скандинавский журнал клинических и лабораторных исследований , 2004 г., 64 (1), стр. 57-62, PMID 15025429 .
  23. ↑ Джеффри Л. Чупп и др.: Хитиназоподобный белок в легких и кровообращении у пациентов с тяжелой астмой . В: N Engl J Med . Нет. 357 , 2007, с. 2016-2027 , DOI : 10,1056 / NEJMoa073600 .