Что такое хитин в биологии кратко

Обновлено: 04.07.2024

Хитин большой, структурный полисахарид сделано из цепочек модифицированной глюкозы. Хитин содержится в экзоскелетах насекомых, клетка стены грибы и некоторые твердые структуры у беспозвоночных и рыб. По количеству хитин уступает только целлюлозе. В биосфере организмы синтезируют более 1 миллиарда тонн хитина каждый год. Это чрезвычайно универсально молекула может образовывать твердые структуры самостоятельно, как у крыльев насекомых, или может комбинироваться с другими компонентами, такими как карбонат кальция, чтобы сделать еще более сильные вещества, такие как раковина моллюска.

Как и целлюлоза, никакие позвоночные животные не могут переваривать хитин самостоятельно. Животные, которые едят диету насекомых, часто имеют симбиотическую бактерии а также простейшие одноклеточные организмы который может расщеплять волокнистый хитин на молекулы глюкозы, которые его составляют. Тем не менее, поскольку хитин является биоразлагаемой молекулой, которая со временем растворяется, он используется в ряде промышленных применений, таких как хирургическая нить и связующие вещества для красителей и клеев.

Функция хитина

Хитин, как целлюлоза и кератин, является структурным полимером. Структурные полимеры, изготовленные из мономеров меньшего размера или моносахаридов, образуют прочные волокна. Когда секретируется внутри или снаружи клеток организованным способом, волокна образуют слабые связи между собой. Это добавляет силы всей структуре. Хитин и целлюлоза оба сделаны из мономеров глюкозы, в то время как кератин является волокнистым белком. Различные структурные полимеры возникли в начале эволюции жизни, потому что они встречаются только в определенных группах. Целлюлоза исключительно для растений, кератин для животных и хитин для членистоногих, моллюсков и грибов. Как хитин, так и целлюлоза эволюционировали на ранних этапах истории жизни, в то время как кератин возникал у некоторых животных спустя долгое время после того, как растения и грибы отошли от других эукариот.

Структура хитина

Хитин отличается от целлюлозы из-за замещения, которое происходит на молекуле глюкозы. Вместо гидроксильная группа (ОН), молекулы глюкозы в хитине имеют присоединенную амильную группу, которая состоит из углерода и азота. Азот является электрически положительной молекулой, в то время как кислород, дважды связанный с группой, является электрически отрицательным. Это создает диполь в молекуле, которая увеличивает водородные связи, которые могут образовываться между этими молекулами и молекулами вокруг них. При объединении в матрицу с различными соединениями и другими молекулами хитина, получающаяся структура может быть очень твердой из-за всех слабых взаимодействий между соседними молекулами.

Примеры хитина

Хитин у членистоногих

Одной из самых разнообразных групп животных в мире являются членистоногие. Членистоногие беспозвоночный животные, которые имеют сегментированный план тела и жесткий экзоскелет изготовлен из хитина и различных белков. Комбинация плана защищенного тела, который существует в переменных сегментах, чрезвычайно успешна во многих различных экосистемах. Членистоногие существуют повсюду, от дна океана до самых высоких мест обитания организмов. Членистоногие также различаются по размеру от микроскопических клещей, которые живут у основания волосков, до гигантских крабов и насекомых, длина которых может достигать нескольких метров. Экзоскелеты всех этих существ состоят из хитина, депонированного вместе со структурными белками. Смешанный с различными белками, хитин также делает крылья многих насекомых более гибким материалом. Приспособляемость хитина для формования в эти различные формы позволила членистоногим эволюционировать в миллионы различных форм.

Хитин в грибах

В грибах хитин используется для создания клеточная стенка, Как и целлюлоза в растениях, хитин откладывается внеклеточно с белками и другими молекулами. Это образует жесткую клеточную стенку между клетками, которая помогает организмам сохранять свою форму. Так же, как в растение клетки, вода может быть сохранена в клетках, чтобы создать давление воды на клеточную стенку. Это известно как тургор давление и добавляет к силе каждой клетки. Грибы способны протолкнуть несколько слоев лист мусор, как они растут, которые могут весить несколько фунтов. Частично это связано с прочностью хитина как структурного волокна.

Хитин в моллюсках

Хитин встречается в ряде других форм у моллюсков. Хитин используется как у низших моллюсков, так и у более ценных головоногих. У моллюсков, таких как улитки, хитин является частью орган это похоже на остроконечный язык. Моллюски используют радулы для очистки водоросли и другая еда от твердых поверхностей, на которых это растет. Головоногие также используют хитин, но для формирования клюва, который можно использовать для того, чтобы кусать твердые раковины своих предметов добычи. Как ни странно, большинство предметов добычи – членистоногие, и их раковины также сделаны из хитина.

кератин – Структурный полимер, видимый у животных из белков.
Целлюлоза – Структурный полимер, встречающийся в растениях из глюкозы, такой как хитин.
Homopolysaccharide – Полимеры сахаров, которые сделаны из сахара того же типа.
гетерополисахарный – Сахарные полимеры, состоящие из мономеров разных типов.

викторина

1. Ученый изучает неизвестное твердое вещество, найденное на дне океана. Вещество животного происхождения, и на основе химических веществ, обнаруженных рядом с веществом, оно не производится растениями или позвоночными животными. Что из этого могло быть веществом?A. кератинB. ЦеллюлозаC. Хитин

Ответ на вопрос № 1

С верно. Целлюлоза вырабатывается только растениями, а кератин вырабатывается только у некоторых позвоночных. Поэтому хитин – единственный оставшийся вариант. Тем не менее, морские существа производят много твердых веществ, лишь немногие из которых содержат хитин.

2. Муравьеды – это млекопитающие, которые существуют исключительно на муравьях. Они должны съесть тысячи муравьев, чтобы поддерживать свой вес. Их экскременты содержат большое количество хитина. Летучие мыши – также маленькое млекопитающее, которое существует на членистоногих, однако их экскременты не содержат высокие уровни хитина. В чем разница между этими млекопитающими?A. У летучих мышей есть эндосимбиотические организмы, которые могут переваривать хитин.B. Муравьеды насекомых едят больше хитина.C. Летучие мыши едят только летающих насекомых, у которых нет хитина.

Ответ на вопрос № 2

верно. Хотя все насекомые содержат хитин, не все организм умеют перерабатывать хитин. Никакие позвоночные не способны перерабатывать хитин или целлюлозу естественным путем и полагаются на эндосимбиотические организмы для расщепления хитина до глюкозы. В свою очередь, организмы получают безопасное место для жизни и неограниченный запас хитина для разрушения. В то время как летучие мыши развили эти симбиотические отношения, муравьеды не имеют.

3. Почему хитин является сильной молекулой?A. Гликозидные связи, удерживающие моносахариды вместе, трудно разрушить.B. Взаимодействия между боковыми цепями азота увеличивают стабильность.C. Оба вышеперечисленных.

Ответ на вопрос № 3

С верно. Оба эти фактора увеличивают силу хитина как молекулы. Гликозидные связи во многих полисахаридах трудно разрушить, и для их разрыва требуются специальные ферменты. Как показывает предыдущий вопрос, только некоторые организмы выработали ферменты, необходимые для разрыва этих связей.

Уникальное вещество, из которого строится внешний скелет ракообразных и членистоногих, не обладает широкой известностью. Речь идет о хитине (chitin) – прочном соединении, которое поддерживает каркас клеточных стенок. По своей природе хитин – это полисахарид и его роль в природе и жизни человека находится не на последнем месте.

Что такое хитин

Обща формула хитина — (С₈H₁₃NO₅)n, где n – количество звеньев, из которых построен полимер. Полное название хитина — поли-N-ацетил-D-глюкозамин. Состав хитина и его структурная формула:

Это только кусочек цепи, которая состоит из огромного количества подобных звеньев.

Поскольку этот полимер природный, то правильнее называть его биополимером. В природе к биополимерам относится белок, нуклеиновые кислоты, полисахариды (сложные углеводы) и биополимеры смешанного типа. К самым распространенным полимерам относится целлюлоза, практически точной копией которого является chitin. Структура хитина похожа, что позволяет проводить такую аналогию.

Из курса биологии известно, что полимер построен из мономеров или многократно повторяющихся звеньев. Мономером хитина является N-ацетил-β-D-глюкозамин. Данное соединение относится к производным глюкозы.

Полимер хитин широко распространен в природе. Он занимает второе место после целлюлозы по своей значимости среди живых организмов. Биосинтез этих двух веществ идет практически в равных объемах.

История открытия

Событие, связанное с открытием хитина, произошло в 1811 году. Французский химик, ботаник и фармацевт Анри Бракконо выделил новое, неизвестное ранее вещество из грибов. Оно было столь прочным, что его не могла разрушить даже серная кислота.

Как выяснилось позднее, именно хитозан оказывает благотворное влияние на человеческий организм. До 1970 годов о новом соединении немного подзабыли. А затем начался его активный синтез из панцирей моллюсков.

Хитин в природе

Если целлюлоза укрепляет клеточные стенки растений, то полимер хитин цементирует наружные клетки и придает опору большей части членистоногих: паукам, ракообразным, насекомых. Он окутывает мягкие ткани, образуя на поверхности экзоскелет (наружный скелет). В тандеме с эластичным белком резилином, он укрепляет ткани животных. В тандеме с карбонатом кальция, он образует раковины ракообразных.
Экзоскелет из chitin имеет ряд особенностей:

Защитную и опорную функция хитин выполняет в тканях грибов, дрожжей и бактерий. В грибах он укрепляет клеточные стенки, а также входит в состав мицелия (грибницы). Мясистая структура мицелия гриба связана с наличием этого углевода. У бактерий chitin входит в состав оболочки, которая позволяет микроорганизму длительно существовать в окружающей среде, а также проникать в агрессивные среды. Бактерии живучи благодаря хитину, который защищает их внутреннее содержимое от разрушений.

Полимер хитин как и целлюлоза полезен для организма. Он не всасывается в кишечнике, но улучшает пищеварение и моторику (сокращение) стенок пищеварительного тракта. Этот полимер извлекает залежи вредных веществ и выводит их из организма.

В каких продуктах содержится хитин

Таблица: Продукты, содержащие хитин (г/100 г продукта)

Продукты	Количество хитина
гладиус кальмара	35
раки	35
панцирь крабов	32
польский гриб моховик	15.7
креветки	9.7
лобстеры	8
белый гриб	6.7
гаммарус или мормыш (род раков)	6.2
японский гриб	5
рыжики	5
грузди	3.7
антарктический криль	3
сыроежки	3
шампиньоны	2
дрожжи пекарские	2

Этот полимер хитозан обладает высокой биодоступностью и хорошо усваивается организмом. Его получают при переработке панцирей ракообразных. Их перемалывают, а на полученный порошок воздействуют температурой и щелочью.

Суточная потребность в хитине

Использование продуктов до 2 г в день принесет пользу организму. 3 г – это та отметка, за которую не стоит переходить. Применение больших порций ведет к сбоям в работе ЖКТ. Оптимальная дозировка – 1,5-2 г в сутки. Хитин не вырабатывается внутри организма, его можно получить только извне.

Чистый полимер хитин содержат внешние скелеты членистоногих. Поедая муравьев, тараканов или колорадских жуков, можно за месяц похудеть на 6 кг. По вкусу они напоминают мясо, брокколи или другие продукты, поэтому экзотическое питание не так уж страшно.

Полезные свойства хитина и его влияние на организм

Полезен ли хитин? Ответ однозначный: полимер полезен и его функции в организме довольно разнообразны:

Хитин обладает способностью связывать пищевые липиды (жиры), что снижает возможность их всасывания. По крови перестает циркулировать вредный холестерин, а попавшие внутрь жиры преобразуются в триглицериды, которые расходуются по мере необходимости.
Этот полимер улучшает процесс пищеварения: снижает кислотность желудочного сока, помогает росту колоний полезных бифидобактерий. Дает возможность поддерживать микрофлору в стабильном состоянии.
В кишечнике усиливаются процессы перистальтики (сокращения), что позволяет выводить излишки залежавшихся каловых масс и ненужных веществ. Итогом служит хорошее самочувствие, похудение и легкость во всем теле.
Полимер chitin содержит нерастворимые пищевые волокна, которые разбухают в ЖКТ и дают ощущение сытости. Пропадает желание в дополнительных перекусах.
Поскольку в пищеварительном тракте хитин не распадается на глюкозу, то ее уровень в крови держится в норме, а это дает возможность стабильно работать поджелудочной железе.
Полисахарид совместим с живой тканью. Полезное свойство используют для заживления ожогов и ран. Кислая смесь хитина ускоряет восстановление эпидермиса.

Факторы, влияющие на содержание хитина в организме

Потребность в этом полимере у каждого человека индивидуальна. Его применение обосновано и желательно в случае:

излишнего веса;
нарушения жирового обмена;
высокого содержания холестерина в крови;
наличия большого количества жиров в рационе;
проблемы с моторикой кишечника и частых запорах;
сахарного диабета;
интоксикации организма или развития аллергии.

В век научно-технического прогресса не обязательно грызть насекомых. О потребностях человека позаботилась фармацевтическая промышленность, выпустив следующие препараты: Хитозан Фортекс; Бодимарин; Времена Года Хитозан; Леди-С Формула Хитосан; Хитозан альга плюс; Хитозан-Диет; Хитозан форте; Хитозан Эвалар; Хитозан Экко Плюс, Хитозан Тяньши. Они используются для похудения и очищения организма. Это прекрасные средства детоксикации позволяют худеть без диет. Хитозан и его модификации продаются в таблетках и капсулах.

Не следует заботиться о повышении уровня хитина в организме людям, страдающим избыточным газообразованием, дисбактериозом. Не рекомендуется его активное применение при гастрите, панкреатите и ряде других проблем с ЖКТ.

Признаки избытка хитина в организме

В погоне за похудением и избавлением от лишних жиров, человек может столкнуться с проблемой избытка этого полимера в организме. В этом случае наблюдается:

проблемы с желудком и часто возникающая тошнота;
вздутие живота и активный метеоризм;
слабые боли в области поджелудочной железы;
аллергические проявления на хитин.

Сферы использования хитина

Хитин для человека имеет большое значение, но его источниками являются живые организмы, что создает некоторые проблемы. Для его массового получения необходимо разведение:

тутового шелкопряда;
медоносных пчел;
комнатных мух.

В СССР хитиносодержащее сырье получали из камчатского краба, краба-стригуна, углохвостой креветки. Но этот природный ресурс ограничен, и бесконечный вылов видов приведет к их исчезновению. Наиболее оптимальным способом в биологии считают использование пчелы медоносной. В нашей стране пчеловодство распространено, а подмор пчел позволит решить вопрос с хитиновым сырьем.

Что такое хитин и как он используется в нашей жизни:

В медицине для получения хирургических нитей и тампонов, бинтов и перевязочных материалов.
В бытовой химии для изготовления губок, так как обладает поглощающими свойствами.
В пищевой промышленности используется как компонент-загуститель.
В животноводстве входит в состав животных кормов.
Полезен как фильтр для очистки воды, извлекая из нее жиры, соли и токсины.
В текстильной промышленности применяется как один из компонентов тканей для нательного белья.
Химики готовят из него средство Апизан против клещей, которые вызывают гибель пчел.

Свойства хитина позволяют использовать его в различных областях жизнедеятельности. Он содерждится в составе пищевых пленок и пищевых добавок, сохраняя качество продуктов. Биологически разлагаемый и противогрибковый материал хитин получил распространение в биотехнологических, экологических, сельскохозяйственных разработках. Экологичный, прочный полимер востребован и популярен. Изучением его свойств и внедрением в производство занимается 15 стран мира.

Хитин в косметологии

легче расчесывать пряди, работая как кондиционер;
приобрести эластичность и блеск;
снять наэлектризованность;
сохранить объем прически.

Полимер хитин как природный ингредиент не забивает поры головы и не закрывает доступ воздуха к волосу и волосяным луковицам.

В антивозрастной косметике полимер используется в качестве водорастворимого хитозана. За счет усиления кровообращения придает коже здоровый цвет и эластичность, корректируя овал и разглаживая мелкие морщинки. Хитозан расширяет капилляры, увеличивая приток крови к каждой клеточке.

Из этого полимера готовят БАДы для похудения. Его способность связывать жир, выводить токсины и излишнюю жидкость помогают диетологам создавать стройные женские фигуры. Адсорбция загрязняющих веществ и их эвакуация позволяет чувствовать себя легко и свободно.

Побочные эффекты и противопоказания хитина

Полисахарид не рекомендуется людям, у которых наблюдается аллергия или индивидуальная непереносимость на моллюсков и ракообразных. Хитозан запрещен беременным и кормящим грудью женщинам. Также его прием нельзя сочетать с приемом водоросли спирулины.

Когда были созданы искусственные полимеры, человечество ликовало. Они облегчили жизнь миллиардам людей как в быту, так и на производстве. И только позже всерьез заговорили об их опасности для здоровья и низкой экологичности этих веществ. Сегодня им на смену приходят природные полимеры, которые легко разлагаются в окружающей среде и положительно влияют на организм человека. И среди них хитин – природный полимер нового поколения.

Образование: Высшее, Томский государственный научно- исследовательский университет им.Куйбышева, 1988г., биолог с правом преподавания биологии и химии. Специализация: ботаника, биохимия. Опыт работы: корреспондент, корректор; и.о. директора профессионального лицея №37; преподавателем химии, биологии в школе и лицее, высшая квалификационная категория. 20 лет педагогического стажа; научный сотрудник лаборатории физиологии растений и биотехнологии; старший научный сотрудник лаборатории биохимии ОПХ им. Сидоренко.

На картинке — майский жук (Melolontha), летящий куда-то по своим делам, расправив жесткие надкрылья. Сейчас эти жуки как раз вылупляются из зимовавших в почве куколок, прорывают ход наружу и отправляются на поиски партнеров. Майские жуки — отличные летуны, а когда их крылья сложены, они скрыты и надежно защищены, как панцирем, надкрыльями из прочного и гибкого хитина. Об этом удивительном веществе, важном для грибов и для членистоногих, а также о том, в каких областях человек применяет хитин и продукты его превращения, и пойдет речь в сегодняшннй картинке дня.

Природный полимер хитин — поли-N-ацетил-D-глюкозо-2-амин, образованный остатками N-ацетилглюкозамина, связанными между собой β-(1→4)-гликозидными связями, — в чистом виде представляет собой прозрачное и гибкое вещество, которое, очевидно, не может служить защитой. Однако в природе хитин чаще всего встречается в виде композитного материала, свойства которого отличаются от свойств самого полимера. Так, например, в панцирях ракообразных хитин армирован карбонатом кальция — это и делает хитин прочнее, и понижает хрупкость неорганического материала. Хитин, образующий экзоскелеты насекомых, связан с прочным белком склеротином (см. Sclerotin) и пигментами.

В ХХ веке химики начали искать потенциальные возможности применения хитина и обнаружили, что он обладает целым рядом полезных свойств. Хитин нетоксичен, он биоразлагаем, что делает его менее опасным для окружающей среды по сравнению с синтетическими полимерами — полиэтиленом и полиэтилентерефталатом. Хитин обладает также и противомикробными свойствами, тем самым обеспечивая плодовые тела грибов и панцири членистоногих не только механической, но и антибактериальной защитой.

Интерес к промышленному применению хитина начался в конце 1930-х — начале 1940-х годов, однако потребовались десятки лет, чтобы хитин смог составить достойную конкуренцию синтетическим полимерам. Крупномасштабное производство хитина началось в 1970-х годах, когда во многих странах законодательно были введены ограничения на сброс хитинсодержащих отходов производства морепродуктов в прибрежные воды. Хитин легко выделить из несъедобных панцирей крабов, омаров и креветок, обрабатывая этот биологический материал растворителями, а выделение хитина с его дальнейшим использованием — вполне экономически выгодный и реальный способ ликвидации десятков тонн отходов. Хитин применяется во многих областях: его добавляют в косметические крема и пудры, он является одним из наиболее популярных материалов для изготовления хирургических нитей, поскольку шовный медицинский материал из волокон хитина со временем разрушается и хирургам нет необходимости снимать швы.

Наряду с хитином применяются его производные, наиболее полезным из которых является хитозан, который можно выделять непосредственно из сырого материала — панцирей ракообразных — в результате обработки гидроксидом натрия. Свойства хитозана похожи на свойства хитина, но хитозан обладает более высокой растворимостью в воде. Это производное хитина применяют для создания антибактериального перевязочного материала в медицине, как защитное покрытие для предназначенных к посадке семян растений и даже как добавку, замедляющую скисание вина. В последнее время хитозан рекламируется как пищевая добавка, связывающая жиры в пищеварительной системе и способствующая похудению, однако эти свойства нельзя считать доказанными. Так что, если кто-то пытается похудеть, принимая с пищей хитозан и ни делая ничего другого для сбрасывания веса, вряд ли стоит ожидать желаемого результата. Но даже если не принимать во внимание это последнее, прямо скажем сомнительное, применение, рынок хитина растет с каждым годом — в 2015 году он составлял 63 миллиарда долларов США. Что неплохо для вещества, которое извлекают из отходов пищевой промышленности.

В школьном курсе биологии изучают тип членистоногие. К ним относят насекомых, ракообразных, паукообразных и многоножек. Этот тип по своему количеству составляет почти 80% всего живого на земле. Хитиновый покров членистоногих является общим признаком этих существ. Суть в том, что организмы этого типа не имеют скелета в привычном его понимании. Вместо него, у них есть экзоскелет (панцирь). Именно его называют хитиновым покровом.

Свойства и состав хитина

Слово "хитин" в переводе с греческого означает "оболочка", "кожа", "одежда". Вещество является природным полимером, в основу которого входит N-ацетилглюкозамин. Его структура напоминает целлюлозу и имеет следующие свойства:

жёсткость и твёрдость;
не растворяется в воде;
имеет полупрозрачный вид.

Хитин в природе практически не попадается в чистом виде. Обычно он представлен вместе с другими полисахаридами.

Впервые этот элемент был выделен из оболочки тарантула. В 1823 году французский учёный А. Одье проводил исследования покрова насекомых и тогда придумал название полученного вещества — хитин.

Этот элемент входит в состав клеточных стенок бактерий и грибов, выполняет функцию наружного скелета членистоногих. Благодаря своим органическим свойствам он выполняет защитную роль тела снаружи как от механических, так и химических воздействий.

Каждый год в живых организмах распадается и образуется около 10 млрд тонн этого вещества. В промышленных производствах из него получают хитозан, который нашёл применение в косметологии, пищевой промышленности, медицине, сельском хозяйстве.

Строение оболочки

Если посмотреть на хитиновую оболочку под микроскопом, то можно увидеть, что она состоит из двух слоёв клеток:

У ракообразных хитин пропитан солями кальция. Такой состав придаёт оболочке прочность, которая чем-то напоминают броню. Она способна защитить живое существо от какой-либо опасности внешнего мира.

Наземные представители, относящиеся к типу членистоногих, поверх своей хитиновой оболочки имеют вещество, напоминающее воск. Такой состав спасает организм от потери влаги. У паукообразных же эта оболочка пропитана белком.

Биологическое значение

Хитинизированный наружный скелет членистоногим нужен для того же, для чего позвоночным - эндоскелет. Он выполняет следующие функции:

служит опорой живому организму;
к хитиновому покрову изнутри прикрепляются мышцы;
защищает тело от физических воздействий;
придаёт форму животному;
в состав входит кутикула с содержанием железы, которая вырабатывает секрет, защищающий живой организм от высыхания.

Хитиновый покров не выполняет функции внутреннего скелета.

Хитинизированный слой довольно плотный. Он не даёт расти живому организму. Распределение по толщине на теле разное. Например, слой у спины толще, чем у конечностей. Поэтому у членистоногих время от времени начинается процесс линьки. В этот период они меняют свой покров. В момент, когда твердеет новая оболочка, животное быстро растёт.

В некоторых случаях в ходе эволюции экзоскелет образовался в клешни и челюсти, позволяющие хватать, дробить и жевать добычу. Ученные сходятся во мнении, что хитиновый покров жизненно необходим для выживания и дальнейшего существования членистоногих.

Если рассматривать летающих и прыгающих представителей типа, то здесь особая важность в том, что хитин лёгок. Это позволяет насекомым быстро прыгать и летать.

Хитиновый покров является особым природным соединением, которое обладает плотной структурой и выполняет роль опорно-двигательной системы представителей типа членистоногих.

Читайте также: