Chitin

Rozbalit box

Obsah boxu

Chitin (chemicky poly(β-(1→4)-N-acetyl-D-glukosamin)) je přírodní polysacharid, který patří mezi nejrozšířenější biopolymery na Zemi, hned po celulóze. Jedná se o klíčovou strukturální složku vnějších koster (exoskelet) členovců, jako je hmyz, korýši a pavoukovci, a také buněčných stěn většiny hub. Vyskytuje se i u dalších organismů, například v radulách (jazýčcích) měkkýšů nebo v zobácích hlavonožců. Díky své pevnosti, pružnosti a biologické odbouratelnosti má chitin a jeho derivát chitosan široké uplatnění v lékařství, zemědělství a průmyslu.

📜 Historie objevů

Chitin byl poprvé izolován v roce 1811 francouzským profesorem Henrim Braconnotem z hub. Nazval jej fungin a považoval ho za látku odolnou vůči kyselině sírové. V roce 1823 další francouzský vědec, Antoine Odier, izoloval stejnou látku z krovek brouků a pojmenoval ji chitin z řeckého slova χιτών (chitōn), což znamená tunika nebo obal, odkazující na ochrannou funkci krunýře. Až v roce 1843 bylo zjištěno, že obě látky jsou identické a že chitin obsahuje dusík. Chemická struktura chitinu jako polymeru N-acetylglukosaminu byla definitivně potvrzena Albertem Hofmannem v roce 1929.

🧪 Chemická struktura a vlastnosti

Chitin je lineární polymer složený z opakujících se jednotek N-acetylglukosaminu, což je derivát glukózy. Tyto jednotky jsou navzájem spojeny β-(1→4) glykosidickými vazbami, stejně jako jednotky glukózy v celulóze. Hlavní rozdíl mezi chitinem a celulózou je přítomnost acetylované aminoskupiny (-NHCOCH₃) na druhém uhlíku glukózového kruhu namísto hydroxylové skupiny (-OH).

Tato aminoskupina umožňuje silnější vodíkové vazby mezi sousedními polymerními řetězci, což dává chitinu větší pevnost v tahu než celulóze. Chitin je typicky průsvitný, pružný, odolný a poměrně lehký. Je nerozpustný ve vodě a běžných organických rozpouštědlech.

🔬 Polymorfní formy

Chitin se v přírodě vyskytuje ve třech hlavních krystalických formách (polymorfech), které se liší uspořádáním polymerních řetězců:

• α-chitin (alfa-chitin): Nejběžnější forma. Řetězce jsou uspořádány antiparalelně (sousední řetězce běží v opačných směrech). Tato struktura je velmi stabilní a pevná díky maximalizaci vodíkových vazeb. Nachází se v exoskeletech korýšů a hmyzu a v buněčných stěnách hub.
• β-chitin (beta-chitin): Řetězce jsou uspořádány paralelně (všechny běží stejným směrem). Vodíkové vazby jsou slabší, což činí tuto formu pružnější a reaktivnější. Vyskytuje se méně často, například v zobácích krakatic nebo v tubách některých mořských červů.
• γ-chitin (gama-chitin): Nejméně častá forma, která je kombinací předchozích dvou. Obsahuje jak paralelní, tak antiparalelní uspořádání řetězců.

🌍 Výskyt v přírodě

Chitin je po celulóze druhým nejhojnějším biopolymerem na světě. Jeho produkce v biosféře se odhaduje na miliardy tun ročně.

🐞 Živočichové

Hlavní funkcí chitinu v živočišné říši je poskytování strukturální podpory a ochrany.

• Členovci (Arthropoda): Tvoří základní složku kutikuly, která formuje tvrdý vnější exoskelet hmyzu, pavoukovců, korýšů a stonožkovců. V kombinaci s proteiny (např. sklerotinem) a uhličitanem vápenatým (u korýšů) vytváří pevný, ale lehký krunýř, který chrání před predátory a mechanickým poškozením. Umožňuje také připevnění svalů. Proces svlékání je nezbytný pro růst těchto živočichů.
• Měkkýši (Mollusca): Chitin je přítomen v radule, což je drsný, pilníkovitý orgán používaný ke škrábání potravy. U hlavonožců, jako jsou sépie a krakatice, je z chitinu vytvořen ostrý zobák.
• Ostatní: V menší míře se nachází i ve šupinách některých ryb nebo v částech trávicího traktu některých kroužkovců.

🍄 Houby

U většiny hub (říše Fungi) je chitin hlavní stavební složkou buněčné stěny, kde plní podobnou funkci jako celulóza v rostlinách. Přítomnost chitinu v buněčných stěnách je jedním z klíčových znaků odlišujících houby od rostlin.

🌱 Ostatní organismy

Chitin se také nachází v buněčných stěnách některých řas, jako jsou rozsivky, a u některých prvoků.

⚙️ Biosyntéza a degradace

Chitin je syntetizován pomocí enzymu zvaného chitinsyntáza, který polymerizuje jednotky N-acetylglukosaminu. Tento proces je klíčový pro růst hub a pro tvorbu nové kutikuly u členovců po svlékání.

Naopak, degradace chitinu je zajištěna enzymy zvanými chitinázy. Tyto enzymy jsou produkovány širokou škálou organismů, včetně bakterií, hub, rostlin a některých živočichů. Rostliny produkují chitinázy jako obranný mechanismus proti houbovým patogenům. Členovci je využívají k rozpuštění staré kutikuly během svlékání.

💡 Využití a aplikace

Díky svým unikátním vlastnostem – biokompatibilitě, biologické odbouratelnosti, netoxicitě a antimikrobiálním účinkům – nachází chitin a zejména jeho derivát chitosan uplatnění v mnoha oborech. Chitosan vzniká deacetylací chitinu (odstraněním acetylových skupin) a je rozpustný ve slabých kyselinách, což usnadňuje jeho zpracování.

⚕️ Lékařství a farmacie

• Hojení ran: Chitinové a chitosanové obvazy a gely urychlují hojení ran, podporují regeneraci tkání a mají hemostatické (zastavující krvácení) a antibakteriální vlastnosti.
• Chirurgické nitě: Vlákna z chitinu se používají jako samovstřebatelné chirurgické nitě.
• Nosiče léčiv: Nanočástice z chitosanu se zkoumají pro cílené doručování léků do těla.
• Tkáňové inženýrství: Používá se jako lešení (scaffold) pro pěstování nových tkání, například chrupavek.

農業 Zemědělství

• Biopesticidy: Chitin a chitosan mohou stimulovat obranné mechanismy rostlin proti škůdcům a chorobám. Působí také jako fungicid a baktericid.
• Hnojiva a půdní kondicionéry: Zlepšují strukturu půdy a podporují růst prospěšných mikroorganismů.
• Ošetření osiva: Potahování semen chitosanem zvyšuje klíčivost a chrání mladé rostliny.

🏭 Průmysl a životní prostředí

• Čištění odpadních vod: Chitosan je účinný flokulant a chelatační činidlo, které na sebe váže ionty těžkých kovů, barviva a další znečišťující látky.
• Potravinářství: Používá se jako přírodní konzervant, zahušťovadlo a stabilizátor. V vinařství slouží k čiření vína.
• Biologicky odbouratelné plasty: Chitin je zkoumán jako udržitelná alternativa k plastům na bázi ropy.
• Kosmetika: Chitosan se přidává do krémů, šamponů a dalších produktů jako hydratační a filmotvorná složka.

🧪 Pro laiky

Představte si chitin jako přírodní verzi brnění nebo multifunkčního plastu. Je to velmi pevný, ale zároveň lehký a pružný materiál, který si vyrábějí organismy jako hmyz, krabi nebo houby, aby se chránily a udržely si svůj tvar. Je to vlastně dlouhý řetězec složený z mnoha malých, mírně upravených cukrových jednotek, podobně jako je celulóza (hlavní složka dřeva a papíru) v rostlinách. Když se tedy dotknete krunýře brouka, křídla motýla nebo klobouku houby, dotýkáte se z velké části právě chitinu. Protože je přírodní a tělu neškodný, lidé se ho naučili využívat v medicíně na hojení ran nebo v zemědělství na ochranu rostlin.

Šablona:Aktualizováno