Определение хитина
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.