Kitin

Kitin definíció

A kitin egy nagy, szerkezeti poliszacharid, amelyet módosított glükóz láncokból állítanak elő. A kitin megtalálható a rovarok exoskeletonjában, a gombák sejtfalaiban, valamint gerinctelenek és halak bizonyos kemény szerkezeteiben. Bőségét tekintve a kitin a második a cellulóz után. A bioszférában évente több mint 1 milliárd tonna kitint szintetizálnak az organizmusok. Ez a rendkívül sokoldalú molekula önmagában szilárd struktúrákat alakíthat ki, mint a rovarszárnyakban, vagy más komponensekkel, például kalcium-karbonáttal kombinálva még erősebb anyagokat hozhat létre, például egy kagyló héját.

A cellulózhoz hasonlóan egyetlen gerinces állat sem tudja megemészteni a kitint önmagában. A rovarok étrendjét fogyasztó állatokban gyakran vannak szimbiotikus baktériumok és protozoonák, amelyek képesek lebontani a rostos kitint az azt alkotó glükóz molekulákká. Mivel azonban a kitin biológiailag lebontható molekula, amely idővel feloldódik, számos ipari alkalmazásban használják, például sebészeti fonalakban és kötőanyagokban festékekhez és ragasztókhoz.

A kitin funkciója

A kitin, mint a cellulóz és a keratin, szerkezeti polimer. Kisebb monomerekből vagy monoszacharidokból készült szerkezeti polimerek erős szálakat alkotnak. Amikor a sejtek belsejében vagy kívül szervezetten szekretálódnak, a rostok gyenge kötéseket képeznek egymás között. Ez erőt ad az egész struktúrához. A kitin és a cellulóz egyaránt glükózmonomerekből készül, míg a keratin rostos fehérje. A különféle szerkezeti polimerek az élet fejlődésének korai szakaszában keletkeztek, mert csak bizonyos csoportokban láthatók. A cellulóz kizárólag a növények számára, a keratin az állatok számára, a kitin pedig az ízeltlábúaknak, puhatestűeknek és gombáknak. A kitin és a cellulóz is korán kialakult az élet történetében, míg a keratin bizonyos állatokban jóval azután keletkezett, hogy a növények és gombák elágaztak a többi eukariótától.

A kitin szerkezete

Kitinszerkezet

A kitin módosított glükóz-monoszacharidokból áll. A glükóz szén- és oxigénmolekulák gyűrűjeként létezik. A glükózmolekulák közötti kötések glikozidos kötésekként ismertek. Azok az oxigének, amelyek jellemzően a széngyűrűhöz kötve hidroxilcsoportokat képeznek, hidrogén helyett egy másik szénatomdal is kötést alkothatnak. Ily módon a monoszacharidok hosszú láncokban kapcsolhatók össze. A kitint a helyettesített glükózmolekulák közötti glikozidkötések sora alkotja.

A kitin különbözik a cellulóztól a glükózmolekulán előforduló szubsztitúció miatt. Hidroxilcsoport (OH) helyett a kitinben lévő glükózmolekulákhoz kapcsolódik egy amilcsoport, amely szénből és nitrogénből áll. A nitrogén elektromosan pozitív molekula, míg a csoporthoz kettős kötésű oxigén elektromosan negatív. Ez egy dipólot eredményez a molekulában, amely növeli az e molekulák és a körülöttük lévő molekulák között kialakuló hidrogénkötéseket. Ha egy mátrixban kombináljuk különféle vegyületekkel és más kitinmolekulákkal, a kapott szerkezet nagyon nehéz lehet a közeli molekulák közötti gyenge kölcsönhatás miatt.

Példák kitinre

Kitin ízeltlábúakban

Az egyik legváltozatosabb állatcsoport a világon az ízeltlábúak. Az ízeltlábúak gerinctelen állatok, amelyeknek testfelülete szegmentált, kitinből és különféle fehérjékből készült kemény exoskeleton. A változó szegmensekben létező védett testterv kombinációja sokféle ökoszisztémában rendkívül sikeres. Az ízeltlábúak mindenütt léteznek, az óceán fenekétől az élőlények legmagasabb helyéig. Az ízeltlábúak mérete is különbözik, a szőrszálak tövében élő mikroszkopikus atkáktól az óriási rákokig és méter hosszú rovarokig. Mindezek a lények exoskeletonjai kitinből állnak, amely strukturális fehérjékkel együtt lerakódik. Különböző fehérjékkel keverve a kitin sok rovar szárnyát is rugalmasabb anyaggá teszi. A kitin ebbe a formába önthető adaptálhatósága lehetővé tette az ízeltlábúak különböző formák millióinak fejlődését.

Kitin a gombákban

A gombákban a kitint használják sejtfal létrehozására. A növényi cellulózhoz hasonlóan a kitin extracellulárisan rakódik le fehérjékkel és más molekulákkal. Ez merev sejtfalat képez a sejtek között, amelyek segítenek az organizmusoknak megőrizni alakjukat. A növényi sejtekhez hasonlóan a víz is visszatartható a sejtekben, hogy víznyomást hozzon létre a sejt falán. Ezt turgor nyomásnak nevezik, és növeli az egyes sejtek erejét. A gombák növekedésük során képesek több réteget áttömni a levélalomon, ami több fontot is nyomhat. Ez részben a kitin mint szerkezeti rost erejéből származik.

Kitin a puhatestűekben

A kitint számos más formában látják a puhatestűekben. A kitint mind az alsó puhatestűekben, mind a több eredetű lábasfejűekben használják. A puhatestűekben, például a csigákban a kitin a radulák része, egy olyan szerv, amely tüskés nyelvűnek tűnik. A puhatestűek a radulák segítségével algákat és egyéb ételeket kaparnak ki a kemény felületekről, amelyeken felnő. A lábasfejűek kitint is használnak, de csőröt képeznek, amellyel zsákmányuk kemény héjain átharaphatók. Ironikus módon a legtöbb zsákmány tárgya ízeltlábú, és héjuk szintén kitinből készül.

Kapcsolódó biológiai kifejezések

Keratin - Fehérjékből készült állatoknál látható szerkezeti polimer.
Cellulóz - A növényekben glükózból készült szerkezeti polimer, mint a kitin.
Homopoliszacharid - Azonos típusú cukorból készült cukorpolimerek.
Heteropoliszacharid - Különböző típusú monomerekből álló cukorpolimerek.

1. Egy tudós egy ismeretlen kemény anyagot vizsgál az óceán fenekén. Az anyag állati eredetű, és az anyag közelében található vegyi anyagok alapján nem növények vagy gerincesek állítják elő. Ezek közül melyik lehet a lényeg?
A. Keratin
B. Cellulóz
C. Kitin

2. A hangyavetők olyan emlősök, amelyek teljes egészében a hangyákon léteznek. Több ezer hangyát kell megenniük, hogy fenntartsák súlyukat. Ürülékük nagy mennyiségű kitint tartalmaz. A denevérek szintén kisméretű emlősök, amelyek az ízeltlábúakon találhatók, azonban ürülékük nem tartalmaz magas kitintartalmat. Mi a különbség ezek között az emlősök között?
A. A denevérek endoszimbiotikus organizmusokkal rendelkeznek, amelyek képesek megemészteni a kitint.
B. A rovarok hangyafélékénél több kitin van.
C. A denevérek csak repülő rovarokat esznek, amelyekben nincs kitin.

3. Miért erős kitina a kitin?
A. A monoszacharidokat összetartó glikozidos kötések nehezen szakadnak meg.
B. A nitrogén mellékláncok közötti kölcsönhatások növelik a stabilitást.
C. Mindkét fent említett.