В какой клеточной стенке содержится хитин
Далеко не все люди знают, что такое хитин. Немногие помнят еще из уроков биологии сведения об этом элементе. Где он встречается в природе? Зачем нужен организму? Ответы на эти вопросы представлены в статье.
Описание вещества
Хитин – это природное соединение азотсодержащих полисахаридов. В природе встречается в скелетах ракообразных, крыльях насекомых, тканях грибов, а также в стеблях и листьях растений.
Еще недавно хитин считался отходным материалом, ведь он не может растворяться в различных щелочах и в воде. Однако данный элемент имеет большое значение для многих живых существ. Стоит учитывать, что хитин – это вещество, которое входит в состав человеческого тела. Благодаря ему у нас формируются очень крепкие ногти и волосы.
Значение в живой природе
Хитин – это основная часть внешнего скелета у многих членистоногих. Сюда можно отнести ракообразных, пауков и некоторых насекомых. Так как тела таких обитателей нашей планеты лишены внутренних скелетов, что-то должно защищать их внутренние органы от повреждений. Поэтому с уверенностью можно сказать, что хитин выполняет защитную функцию.
Однако данный элемент не существует сам по себе. Он комбинируется с другими веществами, например, с белками, и это позволяет ему быть более твердым, или наоборот, более гибким. В первую очередь хитиновый покров предназначен для защиты внутренних органов. Но кроме этого он также защищает тело от высыхания и обезвоживания.
Недостатком такого панциря является то, что он не может увеличиваться в размерах. Поэтому животное вынуждено сбросить его и ждать до тех пор, пока сформируется новая защитная оболочка. Времени это много не занимает, но представитель фауны в это время становится беззащитным.
Хитин – это вещество, входящее в состав панцирей только мелких животных. Такая оболочка не сможет защитить крупных особей. Она не подойдет и для наземных беспозвоночных обитателей. Со временем наружный скелет начинает тяжелеть и грубеть, а значит, передвигаться в нем становится все труднее.
Роль в человеческом организме
Хитин отвечает за связывание липидов в человеческом организме Это говорит о том, что кишечнику становится работать легче, снижается в организме уровень холестерина и других вредных липидов. Нормализуется пищеварение, улучшается работа желудка. Данный элемент также стимулирует минерализацию костной ткани в человеческом организме. Однако долго его принимать нельзя, так как это может нарушить нормальную работу пищеварительной системы и приведет к размножению в организме патогенной и условно-патогенной флоры.
Хитин является источником клетчатки, а также помогает бороться с лишним весом. С его помощью можно укрепить кости скелета, а также увеличить в организме количество бифидобактерий. При воздействии на кожу хитин обладает противомикробным эффектом, способствует быстрому заживлению ран, ссадин и порезов. Элемент также оказывает положительное влияние на ногти, кожу и волосы. Поэтому входит в состав многих косметических средств и витаминных добавок.
Хитин в грибах
Грибы являются ценным продуктом для человеческого организма. В их составе находится масса полезных веществ, таких как селен, калий, цинк, медь, а также большое количество витаминов группы В. Однако это не все. В состав таких продуктов входит также хитин. Грибы считаются уникальной разновидностью организмов благодаря особой мясистой ткани, которая называется мицелием. Такую структуру и дарит ей входящий в состав мицелия хитин. Неудивительно, что грибы занимают особое место между животными и растениями и выполняют свою уникальную роль для человеческого организма.
Хитин в грибах будет приносить пользу организму только в том случае, если вы употребляете умеренное количество данного продукта.
Не забывайте о том, что этот элемент не усваивается и не всасывается в кишечнике, хоть и налаживает пищеварение. Хитин в клеточной стенке гриба является клетчаткой для человеческого организма. Однако ученые не рекомендуют употреблять грибы очень часто. Их можно включать в рацион питания лишь изредка, не чаще одного раза в неделю. Не рекомендуется есть грибы детям до 7 лет.
Роль в пищеварении
Ученые доказали, что введенный в рацион питания хитин животных положительно сказывается на пищеварительной системе. Это вещество способно бороться с лишним весом, а также снижать артериальное давление. При правильном применении он избавит от язвы желудка и кишечника, обеспечит легкое переваривание пищи. Употребление хитина избавит от запоров, диареи, а также выведет токсины из организма.
Ученые доказали, что употребление в пищу умеренного количества хитина обеспечит увеличение в кишечнике некоторых групп полезных микроорганизмов. Принимая такую биодобавку, вы снижаете риск развития злокачественных образований и полипов.
Употребление в пищу насекомых
Как было сказано выше, хитин состоит из азотсодержащих полисахаридов. Еще с давних времен жители стран Африки и Ближнего Востока употребляли в пищу большое количество насекомых. При этом такое блюдо не считалось десертом, а было полноценным приемом пищи. Об этом свидетельствуют еще древние записи. Например, в некоторых народах употребляли в пищу саранчу с молоком. У других же народов настоящим деликатесом были термиты или вареные муравьи.
Однако и на сегодняшний день вы можете отведать блюда, приготовленные из насекомых. Конечно, ученых заинтересовало поедание насекомых аборигенами, поэтому были проведены различные научные исследований. Было выявлено, что употребление в пищу насекомых очень полезно для здоровья человека. Во-первых, в состав клеточных оболочек насекомых входит хитин, что уже является несомненным плюсом. Однако это далеко не все. Например, в теле кузнечика содержится практически столько же протеина, сколько и в говяжьем мясе. Именно поэтому насекомые считаются полноценными питательными пищевыми продуктами.
Дефицит хитина
Целлюлоза, хитин – это схожие по своему составу и функциям вещества. Однако первое из них входит в состав растительных клеток, а второе в состав клеточной стенки членистоногих.
Первое, на что стоит обратить внимание – это повышенный уровень холестерина в организме. Еще одним симптомом, свидетельствующим о дефиците хитина, является неправильная работа почек. Однако это далеко не все признаки. Очень часто люди, имеющие нехватку данного элемента, страдают пониженным аппетитом, слабостью, неправильной работой кишечника, зашлакованностью организма, частыми аллергическими реакциями, болями в суставах и ожирением.
Если вы заметили перечисленные выше симптомы, обязательно обратитесь к врачу. Если доктор установит дефицит хитина, он подберет вам правильный рацион питания, а также включит в него поливитаминные комплексы.
Сфера использования
Хитин очень активно используется во многих сферах человеческой жизни. Например, с его помощью изготавливают крепкие и надежные хирургические нити. Также он способен быстро поглощать жидкости, поэтому его используют для изготовления различных губок и тампонов. Не стоит забывать о том, что хитин обладает антибактериальными свойствами. Поэтому его можно применять для изготовления различных перевязочных материалов.
Кроме этого, хитин нашел свое применение в косметологии, при изготовлении кормов для животных, а также в сельском хозяйстве и микробиологии.
Источник
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.
Источник
Все знают о целлюлозе: по общему объему органической массы этот полисахарид занимает первое место на Земле. И все знают, насколько важен этот углевод для промышленности. А вот о полисахариде, который стоит на втором месте по своей массе и не менее полезен человеку, — хитине — помнят разве что любители биологии. Вещество является основным компонентом экзоскелета (панцирь и клешни) членистоногих и некоторых беспозвоночных, а также входит в состав клеточной стенки грибов и бактерий. О невероятных свойствах хитина и их применении в медицине, пищевой промышленности и радиационной защите говорили на совместной научной сессии Российского хитинового общества и кафедры технологии мясных, рыбных продуктов и консервирования холодом Университета ИТМО.
В природе хитин выполняет защитную и опорную функции, обеспечивая прочность ракообразных, грибов и бактерий. В этом он похож на целлюлозу, которая является опорным материалом клеточной стенки растений. Но хитин является более реакционноспособным, говорится в материалах Российского хитинового общества. При нагревании и обработке концентрированной щелочью он превращается в хитозан. Этот полимер может растворяться в растворах разбавленных кислот, а также связываться и реагировать с другими химическими веществами. Таким образом, иногда химики называют хитозан «конструктором», с помощью которого можно создавать различные полимеры. Чтобы получить хитин в чистом виде, из содержащих его органических веществ удаляют белок, кальций и другие минералы, переводя их в растворимую форму. В результате получается хитиновая крошка.
«Для получения хитина используются ракообразные, грибы и насекомые. К слову, это вещество было впервые обнаружено в шампиньонах. Применение хитина и производного от него хитозана только расширяется. Полисахарид входит в состав пищевых добавок, лекарств, противоожоговых препаратов, растворимых хирургических нитей, используется в противорадиационных целях и во многих других. Хитозан — это полезная вещь, которая требует дальнейшего изучения», — прокомментировал президент Российского хитинового общества, доктор химических наук Валерий Варламов
Хитин в медицине
Благодаря тому, что хитозан отлично реагирует с другими химическими веществами, на цепочку полимера можно «навешивать», например, лекарства и рецепторы. Таким образом, действующее вещество будет высвобождаться только там, где оно нужно, не подвергая токсикозу весь организм. Более того, хитозан сам по себе совершенно не токсичен для живых существ, подчеркнул профессор Всероссийского научно-исследовательского и технологического института биологической промышленности Алексей Албулов.
Университет ИТМО. Алексей Албулов
Хитозан также используется в качестве БАДа. Например, его низкомолекулярная фракция непосредственно всасывается в кровь и работает на уровне иммунной системы. Среднемолекулярная фракция является антибактериальным компонентом, который подавляет развитие патогенной микрофлоры в кишечнике. Кроме того, она способствует образованию пленки на слизистых оболочках кишечника, которая защищает их от воспаления. При этом пленка быстро растворяется, что важно для применения в медицине. Высокомолекулярная фракция хитозана служит в качестве сорбента для токсинов, которые есть в желудочно-кишечном тракте.
«Мы знаем много сорбентов, которые также обладают вредными для человека свойствами — они всасываются, откладываются в мышцах и костях. Хитозан лишен всех этих побочных эффектов. Более того, он может сорбировать экстракты трав, которые в связке с ним долго не теряют своих полезных свойств, и использоваться в качестве БАДа. Также хитозан используется в гелевой форме для лечения заболеваний полости рта или ожогов», — добавил Алексей Албулов.
Кроме того, хитозан обладает противоопухолевым эффектом, поэтому может применяться для профилактики рака, подчеркнула ученый секретарь Института микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН Ирина Мысякина. Вещество снижает уровень холестерина, так как связывает пищевые липиды и препятствует всасыванию жиров из кишечника. Также ведутся исследования применения хитозана в качестве медицинских имплантов.
Университет ИТМО. Научная сессия Российского хитинового общества
Хитин и генная терапия
Генная терапия сейчас активно развивается. С помощью научного метода можно устранить активность того или иного «вредного» гена или вставить вместо него другой. Но для того, чтобы это сделать, необходимо каким-то образом доставлять «нужную» генную информацию в клетку. Раньше для этого использовались вирусы, однако у этой системы есть множество недостатков: канцерогенность и дороговизна в первую очередь подчеркнул сотрудник Санкт-Петербургской государственной химико-фармацевтической академии Андрей Критченков. Но с помощью хитозана можно доставлять необходимую генную информацию в клетку без вредных последствий и относительно дешево.
«Невирусные векторы для доставки РНК можно буквально музыкально настраивать с помощью химических модификаций. Хитозан — более эффективный вектор, чем липосомы или катионные полимеры, потому что он лучше связывается с ДНК. Кроме того, такие системы нетоксичны, и их можно получать при комнатной температуре», — рассказал ученый.
Хитин в пищевой промышленности
Способность хитозана к абсорбированию используется в пивоварении для удаления осадка. Так называемые помутнения в напитке образуются из-за компонентов сырья и вспомогательных материалов в виде белков, углеводов, живых клеток и оксалатов. Чтобы удалять живые клетки, на этапе осветления продукта используется хитозан, привела пример профессор кафедры пищевой биотехнологии продуктов из растительного сырья Университета ИТМО Татьяна Меледина.
Об использовании хитозана для сохранения свежести сырого мяса рассказал доцент кафедры Денис Бараненко. Для этого пленка из хитозана в составе с другими веществами (крахмал, клетчатка или желатин) была нанесена на продукт, чтобы предотвратить потерю влаги. Дело в том, что понижение активности воды на поверхности продукта увеличивает время его хранения. Кроме того, хитозановая пленка понижает скорость распространения микробов в сыром мясе, подавляет появление бактерии золотистого стафилококка.
Университет ИТМО. Денис Бараненко
«Обычно свежее мясо хранится не более двух дней. В результате экспериментов с хитозаном нам удалось повысить продолжительность хранения в полтора-два раза. В некоторых случаях срок доходил и до двух недель. Кроме того, с точки зрения потребительских свойств, пленка из хитозана — идеальная упаковка, так как ее практически не видно», — сказал Денис Бараненко.
Хитозан в пищевой индустрии также применяется для свертывания сывороточных белков в молочной промышленности, для производства йодированных продуктов питания на основе создания комплексов «йод-хитозан» и для других целей.
На научной сессии также были представлены возможности Университета ИТМО по разработкам и исследованиям в области применения хитозана.
Источник