Chitin Definition, Funktion von Chitin, Beispiele für Chitin

Chitin Definition

Chitin ist ein großes strukturelles Polysaccharid, das aus Ketten modifizierter Glucose hergestellt wird. Chitin kommt in den Exoskeletten von Insekten, den Zellwänden von Pilzen und bestimmten harten Strukturen bei Wirbellosen und Fischen vor. In Bezug auf die Häufigkeit ist Chitin nach Cellulose an zweiter Stelle. In der Biosphäre werden jedes Jahr über 1 Milliarde Tonnen Chitin von Organismen synthetisiert. Dieses äußerst vielseitige Molekül kann wie in Insektenflügeln selbst feste Strukturen bilden oder sich mit anderen Komponenten wie Calciumcarbonat zu noch stärkeren Substanzen wie der Muschelschale verbinden.

Wie Zellulose können keine Wirbeltiere Chitin selbst verdauen. Tiere, die sich von Insekten ernähren, haben häufig symbiotische Bakterien und Protozoen, die das faserige Chitin in die Glucosemoleküle zerlegen können, aus denen es besteht. Da Chitin jedoch ein biologisch abbaubares Molekül ist, das sich im Laufe der Zeit auflöst, wird es in einer Reihe industrieller Anwendungen verwendet, beispielsweise in chirurgischen Fäden und Bindemitteln für Farbstoffe und Klebstoffe.

Funktion von Chitin

Chitin ist wie Cellulose und Keratin ein Strukturpolymer. Strukturpolymere bestehen aus kleineren Monomeren oder Monosacchariden und bilden starke Fasern. Wenn die Fasern auf organisierte Weise innerhalb oder außerhalb von Zellen ausgeschieden werden, bilden sie schwache Bindungen untereinander. Dies erhöht die Festigkeit der gesamten Struktur. Chitin und Cellulose werden beide aus Glucosemonomeren hergestellt, während Keratin ein faseriges Protein ist. Die verschiedenen Strukturpolymere entstanden früh in der Entwicklung des Lebens, weil sie nur in bestimmten Gruppen zu sehen sind. Cellulose ist exklusiv für Pflanzen, Keratin für Tiere und Chitin für Arthropoden, Weichtiere und Pilze. Chitin und Cellulose entwickelten sich beide früh in der Lebensgeschichte, während Keratin bei bestimmten Tieren auftrat, lange nachdem sich Pflanzen und Pilze von den anderen Eukaryoten abgezweigt hatten.

Struktur von Chitin

Chitin besteht aus modifizierten Glucosemonosacchariden. Glukose existiert als Ring aus Kohlenstoff- und Sauerstoffmolekülen. Bindungen zwischen Glucosemolekülen werden als glycosidische Bindungen bezeichnet . Die Sauerstoffatome, die typischerweise an den Kohlenstoffring gebundene Hydroxylgruppen bilden, können anstelle eines Wasserstoffs auch eine Bindung mit einem anderen Kohlenstoff eingehen. Auf diese Weise können Monosaccharide in langen Ketten miteinander verbunden werden. Chitin wird durch eine Reihe von glykosidischen Bindungen zwischen substituierten Glucosemolekülen gebildet.

Chitin unterscheidet sich von Cellulose aufgrund der Substitution, die am Glucosemolekül auftritt. Anstelle einer Hydroxylgruppe (OH) ist an die Glucosemoleküle in Chitin eine Amylgruppe gebunden, die aus Kohlenstoff und Stickstoff besteht. Stickstoff ist ein elektrisch positives Molekül, während der an die Gruppe doppelt gebundene Sauerstoff elektrisch negativ ist. Dies erzeugt einen Dipol im Molekül, der die Wasserstoffbrückenbindungen erhöht, die zwischen diesen Molekülen und den Molekülen um sie herum gebildet werden können. In Kombination mit verschiedenen Verbindungen und anderen Chitinmolekülen in einer Matrix kann die resultierende Struktur aufgrund all der schwachen Wechselwirkungen zwischen benachbarten Molekülen sehr hart sein.

Beispiele für Chitin

Chitin bei Arthropoden

Eine der vielfältigsten Tiergruppen der Welt sind die Arthropoden . Arthropoden sind wirbellose Tiere mit einem segmentierten Körperplan und einem harten Exoskelettaus Chitin und verschiedenen Proteinen. Die Kombination eines geschützten Körperplans, der in variablen Segmenten existiert, ist in vielen verschiedenen Ökosystemen äußerst erfolgreich. Arthropoden gibt es überall, vom Meeresboden bis zu den höchsten Orten, an denen Organismen leben. Arthropoden variieren auch in der Größe, von mikroskopisch kleinen Milben, die an der Basis der Haare leben, bis zu Riesenkrabben und Insekten, die Meter lang sein können. Das Exoskelett all dieser Kreaturen besteht aus Chitin, das zusammen mit Strukturproteinen abgelagert wird. Mit verschiedenen Proteinen gemischt, macht Chitin auch die Flügel vieler Insekten zu einem flexibleren Material. Die Anpassungsfähigkeit von Chitin, das in diese verschiedenen Formen geformt werden kann, hat es ermöglicht, dass sich die Arthropoden zu Millionen verschiedener Formen entwickeln.

Chitin in Pilzen

In Pilzen wird Chitin verwendet, um eine Zellwand zu erzeugen . Ähnlich wie Cellulose in Pflanzen wird das Chitin extrazellulär mit Proteinen und anderen Molekülen abgelagert. Dies bildet eine starre Zellwand zwischen den Zellen, die den Organismen hilft, ihre Form zu behalten. Ähnlich wie in Pflanzenzellen kann Wasser in den Zellen zurückgehalten werden, um einen Wasserdruck gegen die Zellwand zu erzeugen. Dies ist als Turgordruck bekannt und erhöht die Stärke jeder Zelle. Pilze können beim Wachsen mehrere Schichten Laub durchdringen, die mehrere Pfund wiegen können. Dies ist teilweise auf die Stärke von Chitin als Strukturfaser zurückzuführen.

Chitin in Mollusken

Chitin kommt in einer Reihe anderer Formen bei den Weichtieren vor. Chitin wird sowohl bei unteren Mollusken als auch bei den stärker abgeleiteten Kopffüßern verwendet. Bei Mollusken wie Schnecken ist Chitin ein Teil der Radulae , ein Organ , das wie eine mit Stacheln versehene Zunge aussieht. Die Mollusken verwenden die Radulae, um Algen und andere Lebensmittel von den harten Oberflächen abzukratzen, auf denen sie wachsen. Die Kopffüßer verwenden ebenfalls Chitin, bilden jedoch einen Schnabel, mit dem sie durch die harten Schalen ihrer Beutetiere beißen können. Ironischerweise sind die meisten Beutetiere Arthropoden, und ihre Muscheln bestehen ebenfalls aus Chitin.

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