Кіріспе

N-ацетилглюкозамин хитинінің (C8H13O5N) ұзын тізбекті полимері (/k//aɪ//t//ᵻ//n/ KYtin) – N-ацетилглюкозаминнің, глюкозаның амид туындысының ұзын тізбекті полимері. Хитин – табиғатта ең көп тараған екінші полисахарид (целлюлозадан кейін); биосферада жыл сайын шамамен 1 миллиард тонна хитин өндіріледі. Ол саңырауқұлақтардың (әсіресе жіп тәрізді және қалпақшалы саңырауқұлақтардың) жасуша қабырғаларының, шаяндар мен жәндіктер сияқты буынды аяқталғандардың экзоскелеттерінің, моллюскалардың радиулаларының, баспаяқтылардың тұмсықтары мен гладийлерінің, сондай-ақ кейбір нематодалар мен диатомалардың негізгі құрауышы болып табылады. Оны кем дегенде кейбір балықтар мен лиссамфибиялар да синтездейді. Коммерциялық тұрғыдан хитин, теңіз өнімдері индустриясының қосалқы өнімдері болып табылатын краб, креветка, моллюска және лобстердің қабығынан алынады.

Этимология

Ағылшын тіліндегі "хитин" сөзі француз тіліндегі "хитин" сөзінен келген, ол 1821 жылы грек тіліндегі χιτών (khitōn) сөзінен – "жабу" мағынасында туындаған. "Китон" деген ұқсас сөз қорғаныш қабығы бар теңіз жануарына сілтеме жасайды.

Химиялық, физикалық қасиеттері және биологиялық қызметі

Хитиннің құрылымын 1929 жылы Альберт Хофман анықтады. Хофман хитинді Helix pomatia бұлдырықаянынан алынған хитиназа ферментінің шикі дайындамасын қолданып гидролиздеді. Хитин – азот қамтитын модификацияланған полисахарид; ол N-ацетил-D-глюкозамин бірліктерінен (дәлірек айтқанда, 2-(ацетиламино)-2-дезокси-D-глюкозадан) синтезделеді. Бұл бірліктер ковалентті β(1→4) байланыстарды құрайды (целлюлоза құрайтын глюкоза бірліктері арасындағы байланыстар сияқты). Сондықтан, хитин әр мономерде бір гидроксил тобы ацетил амин тобымен алмастырылған целлюлоза ретінде сипатталуы мүмкін. Бұл жақын полимерлер арасындағы сутекті байланысты күшейтіп, хитин полимерлік матрицасының беріктігін арттырады. Хитиннің таза, өзгертілмеген түрінде ол мөлдір, иілгіш, серпімді және өте қатты болады. Дегенмен, көптеген буынтық аяқтыларда ол көбінесе модификацияланады және құрама материалдардың құрамдас бөлігі ретінде кездеседі, мысалы, склеротинде – күйдірілген ақуыздық матрицада, ол жәндіктердің экзоскелетінің көп бөлігін құрайды. Кальций карбонатымен біріктірілгенде, мысалы, қабыршақтылар мен ұлулардың қабықтарында, хитин әлдеқайда берік композитті құрайды. Бұл композиттік материал таза хитинге қарағанда қаттырақ және кеуектірек, ал таза кальций карбонатына қарағанда берік және аз сыныпқы. Таза және композиттік түрлер арасындағы тағы бір айырмашылықты көріп білу үшін, қызылшаның иілгіш дене қабырғасын (негізінен хитиннен) қоңыздың қатты, жеңіл элитронымен (көп мөлшерде склеротин қамтитын) салыстыруға болады. Көпшік қанаттарының қабыршақтарында хитин фотондық кристалдардан құралған гироидтардың үйірмелеріне ұйымдастырылған, олар жұптасу және азық табу үшін фенотиптік сигнал беру және коммуникацияға қызмет ететін әртүрлі иридесцентті түстерді жасайды. Көпшік қанатындағы хитиннің гироидты күрделі құрылымы биомимикриядағы инновацияларға мүмкіндік беретін оптикалық құрылғылардың моделін құрайды. Сонымен қатар, Protopolybia chartergoides сияқты кейбір әлеуметтік аралар ауыз арқылы негізінен хитиннен тұратын материалды бөліп, қағаздан жасалған сыртқы ұя қабықшаларын нығайтады. Хитозанды коммерциялық түрде натрий гидроксидімен өңдеу арқылы хитинді деацетилдеу арқылы өндіреді. Хитозанның жараны жазу, дәрі-дәрмектерді жеткізу және тіндерді инженериялау сияқты кең ауқымды биомедициналық қолданыстары бар. Ал, хитозан (деацетилдеу дәрежесі ~28%-дан жоғары) сірке, күміс және сүт қышқылы сияқты 6,0-тан төмен pH-тағы сұйытылған қышқыл сулы ерітінділерде еріте алады. Деацетилдеу дәрежесі ~49%-дан жоғары хитозан суда ерігіш.

Адамдар және басқа сүтқоректілер

Адамдар мен басқа сүтқоректілерде хитиназа және хитиназаға ұқсас ақуыздар болады, олар хитинді ыдырата алады; сонымен қатар, оларда хитинді және оның ыдырау өнімдерін танитын бірнеше иммундық рецепторлар бар, олар иммундық жауапты қозғауға мүмкіндік береді. Хитин көбінесе өкпеде немесе асқазан-ішек жолында сезіледі, онда ол эозинофилдер немесе макрофагтар арқылы туа біткен иммундық жүйені, ал Т-жардамшы жасушалар арқылы бейімделген иммундық жауапты белсендіре алады. Рецепторлар хитинмен белсендірілген кезде өсімдік қорғанысына қатысты гендер экспрессияланады және жасмонат гормондары белсендіріледі, бұл өз кезегінде жүйелік қорғанысты белсендіреді. Zymoseptoria tritici – мұндай тоқтатушы ақуыздары бар саңырауқұлақтың патогенінің мысалы; ол бидай егістерінің маңызды зиянкесі болып табылады.

Ауыл шаруашылығы

Хитин өсімдіктердің ауруларды бақылау үшін қорғаныс механизмдерін тиімді түрде қосады. Оны топырақты тыңайту немесе жақсарту үшін қолдану арқылы құнарлылығын және өсімдіктердің төзімділігін арттыруға болады, бұл егін өнімділігін жоғарылатуға мүмкіндік береді.

Өнеркәсіптік

Хитин көптеген өнеркәсіптік процестерде қолданылады. Химиялық түрлендірілген хитиннің азық-түлік өңдеудегі мүмкін қолданылуының мысалдарына жеуге жарамды қабықшалар жасау, сондай-ақ тағамдар мен тағамдық эмульсияларды қалыңдату және тұрақтандыру үшін қоспа ретінде пайдалану кіреді. Қағаздың көлемін реттеу және күшін арттыру процестерінде хитин мен хитозан қолданылады.

Зерттеу

Хитиннің өсімдіктер мен жануарлардың иммундық жүйесімен қалай өзара әрекеттесетіндігі зерттеудің белсенді саласы болып табылады, оның ішінде хитинмен өзара әрекеттесетін негізгі рецепторлардың анықталуы, хитин бөлшектерінің мөлшері тудыратын иммундық жауаптың түріне маңыздылығы және иммундық жүйелердің жауап беру механизмдері зерттеледі. Хитин химиялық немесе ферменттік жолмен дезацетилденіп, биомедициналық өнеркәсіпте кеңінен қолданылатын, жоғары биоүйлесімді полимер – хитозанды құрайды. Хитин мен хитозан иммундық жауапты күшейту қабілетіне байланысты вакцинаға қосымша зат ретінде зерттелді. Хитиннен жасалған тігістер тәжірибелік жолмен жасалды, бірақ олардың серпімділік жоқтығы және жіп дайындау қиындықтары коммерциялық сәттілікке қол жеткізуге кедергі келтірді. Хитозан биологиялық ыдырайтын пластиктін қайта өндірілетін түрін жасауға болатыны көрсетілді және ұсынылды. Хитин наноталшықтары шағын жәндіктердің қалдықтарынан және саңырауқұлақтардан тіндік инженерия, дәрі жеткізу және медицина салаларында қолдануға болатын өнімдерді әзірлеу үшін алынады. Хитинді Марс реголитімен біріктіре отырып, құрылыстар, құралдар және басқа да қатты заттарды жасауға болатын композиттік материал ретінде пайдалану ұсынылды. Бұл үшін хитиндегі биополимерлер реголиттің құрамын байланыстырып, бетон тәрізді композиттік материалды құруға арналған байланыстырғыш ретінде қарастырылады. Авторлар азық-түлік өндірісінен шығатын қалдықтардың (мысалы, балық қабыршақтары, шағын жәндіктер мен шағын жәндіктердің қаңқалары) өндіріс процестерінде шикізат ретінде қолданылуы мүмкін деп санайды.