Quitina - Chitin

Estrutura da molécula de quitina, mostrando duas das unidades N- acetilglucosamina que se repetem para formar longas cadeias na ligação β- (1 → 4).
Projeção de Haworth da molécula de quitina.
Um close-up da asa de uma cigarrinha ; a asa é composta de quitina.

A quitina ( C 8 H 13 O 5 N ) N ( / k t ɪ n / KY -tin ) é uma cadeia longa de polímero de N -acetilglicosamina , um derivado de amida de glicose . Este polissacarídeo é um componente primário das paredes celulares em fungos , os exoesqueletos de artrópodes , como crustáceos e insetos , as rádulasde moluscos , bicos de cefalópodes e gládios , e as escamas de peixes e pele de lissanfíbios , tornando-o o segundo polissacarídeo mais abundante na natureza, atrás apenas da celulose . A estrutura da quitina é comparável à da celulose, formando nanofibrilas cristalinas ou bigodes. É funcionalmente comparável à proteína queratina . A quitina tem se mostrado útil para diversos fins medicinais, industriais e biotecnológicos.

Etimologia

A palavra inglesa "chitin" vem da palavra francesa chitine , que foi derivada em 1821 da palavra grega χιτών ( khitōn ) que significa cobertura.

Uma palavra semelhante, " quíton ", refere-se a um animal marinho com uma concha protetora.

Química, propriedades físicas e função biológica

Configurações químicas dos diferentes monossacarídeos (glicose e N-acetilglucosamina) e polissacarídeos (quitina e celulose) apresentados na projeção de Haworth

A estrutura da quitina foi determinada por Albert Hofmann em 1929. Hofmann hidrolisou a quitina usando uma preparação bruta da enzima quitinase, que ele obteve do caracol Helix pomatia .

A quitina é um polissacarídeo modificado que contém nitrogênio; é sintetizado a partir de unidades de N -acetil- D -glucosamina (para ser mais preciso, 2- (acetilamino) -2-desoxi- D -glucose). Essas unidades formam ligações covalentes β- (1 → 4) (como as ligações entre unidades de glicose que formam a celulose ). Portanto, quitina pode ser descrito como de celulose com um hidroxilo grupo em cada monómero substituído com um acetilo amina grupo. Isso permite maior ligação de hidrogênio entre polímeros adjacentes , dando à matriz de quitina-polímero maior resistência.

Uma cigarra emerge de seu exoesqueleto larval quitinoso.

Em sua forma pura e não modificada, a quitina é translúcida, flexível, resiliente e bastante resistente. Na maioria dos artrópodes , entretanto, é frequentemente modificado, ocorrendo principalmente como um componente de materiais compostos , como na esclerotina , uma matriz proteica curtida , que forma grande parte do exoesqueleto dos insetos . Combinada com carbonato de cálcio , como nas conchas de crustáceos e moluscos , a quitina produz um composto muito mais forte. Este material composto é muito mais duro e rígido do que a quitina pura e é mais resistente e menos quebradiço do que o carbonato de cálcio puro . Outra diferença entre as formas puras e compostas pode ser vista comparando a parede flexível do corpo de uma lagarta (principalmente quitina) com o elitron leve e rígido de um besouro (contendo uma grande proporção de esclerotina ).

Em escalas de asas de borboletas, a quitina é organizada em pilhas de giroides construídas de cristais fotônicos de quitina que produzem várias cores iridescentes servindo de sinalização fenotípica e comunicação para acasalamento e forrageamento. A elaborada construção do giroide de quitina em asas de borboleta cria um modelo de dispositivos ópticos com potencial para inovações em biomimética . Os escaravelhos do gênero Cyphochilus também utilizam a quitina para formar escamas extremamente finas (de cinco a quinze micrômetros de espessura) que refletem difusamente a luz branca. Essas escalas são redes de filamentos de quitina ordenados aleatoriamente com diâmetros na escala de centenas de nanômetros , que servem para espalhar a luz. O espalhamento múltiplo de luz é pensado para desempenhar um papel na brancura incomum das escalas. Além disso, algumas vespas sociais, como a Protopolybia chartergoides , secretam oralmente material contendo predominantemente quitina para reforçar os envelopes externos do ninho, compostos de papel.

A quitosana é produzida comercialmente por desacetilação da quitina; a quitosana é solúvel em água, enquanto a quitina não é.

Nanofibrilas foram feitas usando quitina e quitosana.

Efeitos na saúde

Organismos produtores de quitina como protozoários , fungos , artrópodes e nematóides são freqüentemente patógenos em outras espécies.

Humanos e outros mamíferos

Humanos e outros mamíferos têm quitinase e proteínas semelhantes a quitinase que podem degradar a quitina; eles também possuem vários receptores imunes que podem reconhecer a quitina e seus produtos de degradação em um padrão molecular associado a patógenos , iniciando uma resposta imune .

A quitina é detectada principalmente nos pulmões ou no trato gastrointestinal, onde pode ativar o sistema imune inato por meio de eosinófilos ou macrófagos , bem como uma resposta imune adaptativa por meio de células T auxiliares . Os queratinócitos da pele também podem reagir à quitina ou a fragmentos de quitina. De acordo com estudos in vitro, a quitina é detectada por receptores, como FIBCD1 , KLRB1 , REG3G , receptor Toll-like 2 , CLEC7A e receptores de manose .

A resposta imune às vezes pode eliminar a quitina e seu organismo associado, mas às vezes a resposta imune é patológica e se torna uma alergia ; Acredita-se que a alergia aos ácaros do pó doméstico seja causada por uma resposta à quitina.

Plantas

As plantas também têm receptores que podem causar uma resposta à quitina, a saber, receptor eliciador de quitina quinase 1 e proteína de ligação ao eliciador de quitina. O primeiro receptor de quitina foi clonado em 2006. Quando os receptores são ativados pela quitina, os genes relacionados à defesa da planta são expressos e os hormônios jasmonato são ativados, os quais, por sua vez, ativam as defesas sistemáticas. Os fungos comensais têm maneiras de interagir com a resposta imune do hospedeiro que, a partir de 2016, não eram bem compreendidas.

Alguns patógenos produzem proteínas de ligação à quitina que mascaram a quitina que liberam desses receptores. Zymoseptoria tritici é um exemplo de patógeno fúngico que possui tais proteínas bloqueadoras; é uma das principais pragas nas lavouras de trigo .

Registro fóssil

A quitina provavelmente estava presente nos exoesqueletos de artrópodes cambrianos , como os trilobitas . A quitina mais antiga preservada data do Oligoceno , cerca de 25  milhões de anos atrás , consistindo em um escorpião envolto em âmbar .

Usos

Agricultura

A quitina é um bom indutor de mecanismos de defesa das plantas para o controle de doenças . Tem potencial para uso como fertilizante ou condicionador do solo para melhorar a fertilidade e a resiliência da planta, o que pode aumentar o rendimento das safras.

Industrial

A quitina é usada na indústria em muitos processos. Exemplos dos usos potenciais da quitina quimicamente modificada no processamento de alimentos incluem a formação de filmes comestíveis e como aditivo para engrossar e estabilizar alimentos e emulsões alimentares. Os processos para dimensionar e fortalecer o papel utilizam quitina e quitosana.

Pesquisar

Como a quitina interage com o sistema imunológico de plantas e animais tem sido uma área ativa de pesquisa, incluindo a identidade dos principais receptores com os quais a quitina interage, se o tamanho das partículas de quitina é relevante para o tipo de resposta imunológica desencadeada e os mecanismos pelos quais o sistema imunológico responde. A quitina e a quitosana têm sido exploradas como adjuvantes de vacinas devido à sua capacidade de estimular uma resposta imune.

A quitina e a quitosana estão sendo desenvolvidas como suportes em estudos de como o tecido cresce e como as feridas cicatrizam , e nos esforços para inventar melhores curativos , fio cirúrgico e materiais para alotransplante . Suturas feitas de quitina foram exploradas por muitos anos, mas em 2015, nenhuma estava no mercado; sua falta de elasticidade e problemas de fabricação de linha impediram o desenvolvimento comercial.

Em 2014, um método para usar a quitosana como uma forma reproduzível de plástico biodegradável foi introduzido. Quitina nanofibras são extraídos a partir de resíduos de crustáceos e cogumelos para possível desenvolvimento de produtos em engenharia de tecidos , medicina e indústria.

Em 2020, a quitina foi proposta para uso na construção de estruturas, ferramentas e outros objetos sólidos a partir de um material composto de quitina combinado com regolito marciano . Nesse cenário, os biopolímeros na quitina agem como aglutinante para o agregado de regolito formar um material compósito semelhante ao concreto . Os autores acreditam que os resíduos da produção de alimentos (por exemplo, escamas de peixes, exoesqueletos de crustáceos e insetos, etc.) podem ser usados ​​como matéria-prima para processos de fabricação.

Veja também

Referências