Polímero de cadena larga de una N-acetilglucosamina
La quitina ( C 8 H 13 O 5 N ) n ( / ˈ k aɪ t ɪ n / KY -tin ) es un polímero de cadena larga de N -acetilglucosamina , un derivado amida de la glucosa . La quitina es el segundo polisacárido más abundante en la naturaleza (solo detrás de la celulosa ); Se estima que cada año se producen en la biosfera mil millones de toneladas de quitina. [1] Es un componente principal de las paredes celulares de los hongos (especialmente los hongos filamentosos y que forman hongos), los exoesqueletos de artrópodos como crustáceos e insectos, las rádulas , los picos de cefalópodos y los gladii de moluscos y en algunos nematodos y diatomeas. [2] [3]
También es sintetizado por al menos algunos peces y lisanfibios . [4] Comercialmente, la quitina se extrae de los caparazones de cangrejos, camarones, mariscos y langostas, que son los principales subproductos de la industria pesquera. [2] [3] La estructura de la quitina es comparable a la de la celulosa y forma nanofibrillas o bigotes cristalinos. Es funcionalmente comparable a la proteína queratina . La quitina ha demostrado ser útil para varios fines medicinales, industriales y biotecnológicos. [3] [5]
Etimología
La palabra inglesa "chitin" proviene de la palabra francesa chitine , que se derivó en 1821 de la palabra griega χιτών ( khitōn ) que significa cubierta. [6]
Una palabra similar, " chitón ", se refiere a un animal marino con un caparazón protector.
Química, propiedades físicas y función biológica.
La estructura de la quitina fue determinada por Albert Hofmann en 1929. Hofmann hidrolizó la quitina utilizando una preparación cruda de la enzima quitinasa, que obtuvo del caracol Helix pomatia . [7] [8] [9]
En su forma pura y sin modificar, la quitina es translúcida, flexible, resistente y bastante dura. En la mayoría de los artrópodos , sin embargo, a menudo se modifica y se presenta en gran medida como componente de materiales compuestos , como en la esclerotina , una matriz proteica curtida , que forma gran parte del exoesqueleto de los insectos . Combinada con carbonato de calcio , como en los caparazones de crustáceos y moluscos , la quitina produce un compuesto mucho más fuerte. Este material compuesto es mucho más duro y rígido que la quitina pura, y es más duro y menos quebradizo que el carbonato de calcio puro . [10] Otra diferencia entre las formas puras y compuestas se puede ver comparando la pared corporal flexible de una oruga (principalmente quitina) con el élitro rígido y liviano de un escarabajo (que contiene una gran proporción de esclerotina ). [11]
En las escamas de las alas de las mariposas, la quitina está organizada en pilas de giroides construidos con cristales fotónicos de quitina que producen varios colores iridiscentes que sirven de señalización y comunicación fenotípica para el apareamiento y la búsqueda de alimento. [12] La elaborada construcción giroide de quitina en las alas de las mariposas crea un modelo de dispositivos ópticos con potencial para innovaciones en biomímesis . [12] Los escarabajos del género Cyphochilus también utilizan quitina para formar escamas extremadamente delgadas (de cinco a quince micrómetros de espesor) que reflejan de manera difusa la luz blanca. Estas escamas son redes de filamentos de quitina ordenados aleatoriamente con diámetros del orden de cientos de nanómetros , que sirven para dispersar la luz. Se cree que la dispersión múltiple de la luz influye en la inusual blancura de las escamas. [13] [14] Además, algunas avispas sociales, como Protopolybia chartergoides , secretan por vía oral material que contiene predominantemente quitina para reforzar las envolturas exteriores del nido, compuestas de papel. [15]
El quitosano se produce comercialmente mediante la desacetilación de la quitina mediante tratamiento con hidróxido de sodio . El quitosano tiene una amplia gama de aplicaciones biomédicas que incluyen la curación de heridas, la administración de fármacos y la ingeniería de tejidos. [2] [3] Debido a su red de enlaces de hidrógeno intermoleculares específica, disolver la quitina en agua es muy difícil. [16] El quitosano (con un grado de desacetilación de más de ~28%), por otro lado, se puede disolver en soluciones acuosas ácidas diluidas por debajo de un pH de 6,0, como los ácidos acético, fórmico y láctico. El quitosano con un grado de desacetilación superior a ~49% es soluble en agua [17] [18]
Las plantas también tienen receptores que pueden causar una respuesta a la quitina, a saber, el receptor quinasa 1 del elicitor de quitina y la proteína de unión al elicitor de quitina. [19] El primer receptor de quitina se clonó en 2006. [20] Cuando la quitina activa los receptores, se expresan genes relacionados con la defensa de la planta y se activan las hormonas jasmonato , que a su vez activan las defensas sistémicas. [21] Los hongos comensales tienen formas de interactuar con la respuesta inmune del huésped que, a partir de 2016 [actualizar], no se entendían bien. [20]
Algunos patógenos producen proteínas de unión a quitina que enmascaran la quitina que desprenden de estos receptores. [21] [22] Zymoseptoria tritici es un ejemplo de un patógeno fúngico que tiene tales proteínas bloqueadoras; Es una plaga importante en los cultivos de trigo . [23]
Registro fósil
La quitina probablemente estaba presente en los exoesqueletos de los artrópodos del Cámbrico como los trilobites . La quitina más antigua conservada data del Oligoceno , hace unos 25 millones de años , y consiste en un escarabajo encerrado en ámbar . [24]
Usos
Agricultura
La quitina es un buen inductor de los mecanismos de defensa de las plantas para el control de enfermedades . [25] Tiene potencial para su uso como fertilizante o acondicionador del suelo para mejorar la fertilidad y la resiliencia de las plantas, lo que puede mejorar el rendimiento de los cultivos. [26] [27]
Industrial
La quitina se utiliza en muchos procesos industriales. Ejemplos de usos potenciales de la quitina químicamente modificada en el procesamiento de alimentos incluyen la formación de películas comestibles y como aditivo para espesar y estabilizar alimentos y emulsiones alimentarias. [28] [29] Los procesos para dimensionar y fortalecer el papel emplean quitina y quitosano. [30] [31]
Investigación
Cómo interactúa la quitina con el sistema inmunológico de plantas y animales ha sido un área activa de investigación, incluida la identidad de los receptores clave con los que interactúa la quitina, si el tamaño de las partículas de quitina es relevante para el tipo de respuesta inmune desencadenada y los mecanismos por los cuales Los sistemas inmunológicos responden. [32] [23] La quitina se desacetila química o enzimáticamente para producir quitosano , un polímero altamente biocompatible que ha encontrado una amplia gama de aplicaciones en la industria biomédica. [2] [33] [34] La quitina y el quitosano se han explorado como adyuvantes de vacunas debido a su capacidad para estimular una respuesta inmune. [2] [19]
La quitina y el quitosano se están desarrollando como armazones en estudios sobre cómo crece el tejido y cómo curan las heridas , y en esfuerzos por inventar mejores vendajes , hilo quirúrgico y materiales para alotrasplantes . [2] [16] [35] Se han desarrollado experimentalmente suturas hechas de quitina, pero su falta de elasticidad y los problemas para fabricar hilo han impedido el éxito comercial hasta ahora. [36]
Se ha demostrado y propuesto que el quitosano produzca una forma reproducible de plástico biodegradable . [37] Las nanofibras de quitina se extraen de desechos de crustáceos y hongos para el posible desarrollo de productos en ingeniería de tejidos , administración de fármacos y medicina. [2] [38]
Se ha propuesto el uso de quitina en la construcción de estructuras, herramientas y otros objetos sólidos a partir de un material compuesto , combinando quitina con regolito marciano . [39] Para construir esto, se sugieren los biopolímeros de la quitina como aglutinante para el agregado de regolito para formar un material compuesto similar al hormigón . Los autores creen que los materiales de desecho de la producción de alimentos (por ejemplo, escamas de peces, exoesqueletos de crustáceos e insectos, etc.) podrían utilizarse como materia prima para los procesos de fabricación.
^ Nelson, DL, Cox, MM (2017). Principios de bioquímica de Lehninger (7ª ed.). Aprendizaje McMillan. ISBN 978-1-4641-2611-6.{{cite book}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )
^ abcdefg Sanjanwala, Dhruv; Londhe, Vaishali; Trivedi, Rashmi; Bonde, Smita; Sawarkar, Sujata; Kale, Vinita; Patravale, Vandana (2 de diciembre de 2022). "Hidrogeles a base de polisacáridos para la administración de fármacos y el tratamiento de heridas: una revisión". Opinión de expertos sobre la entrega de medicamentos . 19 (12): 1664-1695. doi :10.1080/17425247.2022.2152791. ISSN 1742-5247. PMID 36440488. S2CID 254041961.
^ abcd Sanjanwala, Dhruv; Londhe, Vaishali; Trivedi, Rashmi; Bonde, Smita; Sawarkar, Sujata; Kale, Vinita; Patravale, Vandana (1 de enero de 2024). "Hidrogeles a base de polisacáridos para dispositivos médicos, implantes e ingeniería de tejidos: una revisión". Revista Internacional de Macromoléculas Biológicas . 256 (Parte 2): 128488. doi :10.1016/j.ijbiomac.2023.128488. ISSN 0141-8130. PMID 38043653.
^ Tang, WJ; Fernández, JG; Sohn, JJ; Amemiya, CT (2015). "La quitina se produce endógenamente en los vertebrados". Curr Biol . 25 (7): 897–900. Código Bib : 2015CBio...25..897T. doi :10.1016/j.cub.2015.01.058. PMC 4382437 . PMID 25772447.
^ Morin-Crini, Nadia; Lichthouse, Eric; Torri, Giangiacomo; Crini, Gregorio (1 de diciembre de 2019). "Aplicaciones del quitosano en alimentación, farmacéutica, medicina, cosmética, agricultura, textil, pulpa y papel, biotecnología y química ambiental". Cartas de Química Ambiental . 17 (4): 1667–1692. Código Bib : 2019EnvCL..17.1667M. doi :10.1007/s10311-019-00904-x. ISSN 1610-3661.
^ Odier, Auguste (1823). "Mémoire sur la composición chimique des Parties cornées des insectes" [Memoria sobre la composición química de las partes córneas de los insectos]. Mémoires de la Société d'Histoire Naturelle de Paris (en francés). 1 . presentado: 1821: 29–42. la Chitine (c'est ainsi que je nomme cette sustancia de chiton, χιτον, enveloppe… [chitina (así llamo a esta sustancia de chiton, χιτον, cubierta)]"
^ Hofmann, A. (1929). Über den enzymatischen Abbau des Chitins und Chitosans [ Sobre la degradación enzimática de quitina y quitosano ] (Tesis). Zurich, Suiza: Universidad de Zurich.
^ Karrer, P.; Hofmann, A. (1929). "Polisacárido XXXIX. Über den enzymatischen Abbau von Chitin and Chitosan I". Helvetica Chimica Acta (en alemán). 12 (1): 616–637. doi :10.1002/hlca.19290120167.
^ Finney, Nathaniel S.; Siegel, Jay S. (2008). "In Memoriam: Albert Hofmann (1906-2008)" (PDF) . CHIMIA . 62 (5). Universidad de Zurich: 444–447. doi :10.2533/chimia.2008.444. Archivado desde el original (PDF) el 16 de junio de 2013 . Consultado el 14 de abril de 2013 .
^ Campbell, NA (1996) Biología (4ª edición) Benjamin Cummings, New Work. pág.69 ISBN 0-8053-1957-3
^ Gilbert, Lawrence I. (2009). Desarrollo de los insectos: morfogénesis, muda y metamorfosis . Ámsterdam Boston: Elsevier/Academic Press. ISBN978-0-12-375136-2.
^ ab Saranathan V, Osuji CO, Mochrie SG, Noh H, Narayanan S, Sandy A, Dufresne ER, Prum RO (2010). "Estructura, función y autoensamblaje de cristales fotónicos giroideos de red única (I4132) en escamas de alas de mariposa". Proc Natl Acad Sci Estados Unidos . 107 (26): 11676–81. Código Bib : 2010PNAS..10711676S. doi : 10.1073/pnas.0909616107 . PMC 2900708 . PMID 20547870.
^ Dasi Espuig M (16 de agosto de 2014). "Se comprende la blancura de los escarabajos". BBC News: Ciencia y Medio Ambiente . Consultado el 15 de noviembre de 2014 .
^ Burresi, Matteo; Cortese, Lorenzo; Pattelli, Lorenzo; Kolle, Mathías; Vukusic, Peter; Wiersma, Diederik S.; Steiner, Ullrich; Vignolini, Silvia (2014). "Las escamas de escarabajo de color blanco brillante optimizan la dispersión múltiple de la luz". Informes científicos . 4 : 6075. Código Bib : 2014NatSR...4E6075B. doi :10.1038/srep06075. PMC 4133710 . PMID 25123449.
^ Kudô, K.; Yamane, Sô.; Mateus, S.; Tsuchida, K.; Itô, Y.; Miyano, S.; Yamamoto, H.; Zucchi, R. (1 de octubre de 2001). "Materiales de los nidos y algunas características químicas de los nidos de una avispa polistina fundadora de enjambres del Nuevo Mundo, Polybia paulista (Hymenoptera Vespidae)". Etología Ecología y Evolución . 13 (4): 351–360. Código Bib : 2001EtEcE..13..351K. doi :10.1080/08927014.2001.9522766. ISSN 0394-9370. S2CID 86452110.
^ ab Bedian, L; Villalba-Rodríguez, AM; Hernández-Vargas, G; Parra-Saldívar, R; Iqbal, HM (mayo de 2017). "Materiales de base biológica con características novedosas para aplicaciones de ingeniería de tejidos: una revisión". Revista Internacional de Macromoléculas Biológicas . 98 : 837–846. doi :10.1016/j.ijbiomac.2017.02.048. PMID 28223133.
^ Cho, Yong Woo; Jang, Jinho; Parque, Chong Rae; Ko, Sohk-Won (1 de diciembre de 2000). "Preparación y solubilidad en ácido y agua de quitinas parcialmente desacetiladas". Biomacromoléculas . 1 (4): 609–614. doi :10.1021/bm000036j. ISSN 1525-7797. PMID 11710189.
^ Rouhani Shirvan, Anahita; Shakeri, Mina; Bashari, Azadeh (1 de enero de 2019), Shahid-ul-Islam; Butola, BS (eds.), "5 - Avances recientes en la aplicación de quitosano y sus derivados en el acabado funcional de textiles", The Impact and Prospects of Green Chemistry for Textile Technology , The Textile Institute Book Series, Woodhead Publishing, págs. 107 –133, ISBN978-0-08-102491-1, recuperado el 18 de diciembre de 2023
^ abcde Elieh Ali Komi, D; Sharma, L; Dela Cruz, CS (1 de marzo de 2017). "La quitina y sus efectos sobre las respuestas inflamatorias e inmunes". Revisiones clínicas en alergia e inmunología . 54 (2): 213–223. doi :10.1007/s12016-017-8600-0. PMC 5680136 . PMID 28251581.
^ ab Sánchez-Vallet, A; Mesters, JR; Thomma, BP (marzo de 2015). "La batalla por el reconocimiento de quitina en las interacciones planta-microbio". Reseñas de microbiología FEMS . 39 (2): 171–83. doi : 10.1093/femsre/fuu003 . hdl : 20.500.11850/97275 . ISSN 0168-6445. PMID 25725011.
^ ab Sharp, Russell G. (21 de noviembre de 2013). "Una revisión de las aplicaciones de la quitina y sus derivados en la agricultura para modificar las interacciones microbianas entre plantas y mejorar el rendimiento de los cultivos". Agronomía . 3 (4): 757–793. doi : 10.3390/agronomía3040757 .
^ Rovenich, H; Zuccaro, A; Thomma, BP (diciembre de 2016). "Evolución convergente de microbios filamentosos hacia la evasión de la inmunidad desencadenada por glucanos". El nuevo fitólogo . 212 (4): 896–901. doi : 10.1111/nph.14064 . PMID 27329426.
^ ab Hervidores, GJ; Kanyuka, K (15 de abril de 2016). "Disección de las interacciones moleculares entre el trigo y el patógeno fúngico Zymoseptoria tritici". Fronteras en la ciencia vegetal . 7 : 508. doi : 10.3389/fpls.2016.00508 . PMC 4832604 . PMID 27148331.
^ Briggs, DEG (29 de enero de 1999). "Tafonomía molecular de cutículas animales y vegetales: preservación selectiva y diagénesis". Transacciones filosóficas de la Royal Society B: Ciencias Biológicas . 354 (1379): 7–17. doi :10.1098/rstb.1999.0356. PMC 1692454 .
^ El Hadrami, A; Adán, LR; El Hadrami, yo; Daayf, F (2010). "Chitosán en protección vegetal". Drogas Marinas . 8 (4): 968–987. doi : 10.3390/md8040968 . PMC 2866471 . PMID 20479963.
^ Debode, Jane; De tierno, Caroline; Soltaninejad, Saman; Van Malderghem, Cinzia; Haegeman, Annelies; Van der Linden, Inge; Cotyn, Bart; Heyndrickx, Marc; Maes, Martine (21 de abril de 2016). "La quitina mezclada en tierra para macetas altera el crecimiento de la lechuga, la supervivencia de bacterias zoonóticas en las hojas y la microbiología de la rizosfera asociada". Fronteras en Microbiología . 7 : 565. doi : 10.3389/fmicb.2016.00565 . ISSN 1664-302X. PMC 4838818 . PMID 27148242.
^ Sarathchandra, SU; Watson, enfermera registrada; Cox, NR; di Menna, YO; Brown, JA; Burch, G.; Neville, FJ (1 de mayo de 1996). "Efectos de la enmienda del suelo con quitina sobre microorganismos, nematodos y crecimiento del trébol blanco ( Trifolium repens L.) y raigrás perenne ( Lolium perenne L.)". Biología y Fertilidad de los Suelos . 22 (3): 221–226. Código Bib : 1996BioFS..22..221S. doi :10.1007/BF00382516. ISSN 1432-0789. S2CID 32594901.
^ Tzoumaki, María V.; Moschakis, Thomas; Kiosseoglou, Vassilios; Biliaderis, Costas G. (agosto de 2011). "Emulsiones de aceite en agua estabilizadas por partículas de nanocristales de quitina". Hidrocoloides alimentarios . 25 (6): 1521-1529. doi :10.1016/j.foodhyd.2011.02.008. ISSN 0268-005X.
^ Shahidi, F.; Arachchi, JKV; Jeon, Y.-J. (1999). "Aplicaciones alimentarias de quitina y quitosanos". Tendencias en ciencia y tecnología de los alimentos . 10 (2): 37–51. doi :10.1016/s0924-2244(99)00017-5.
^ Hosokawa, junio; Nishiyama, Masashi; Yoshihara, Kazutoshi; Kubo, Takamasa (mayo de 1990). "Película biodegradable derivada de quitosano y celulosa homogeneizada". Investigación en química industrial y de ingeniería . 29 (5): 800–805. doi :10.1021/ie00101a015. ISSN 0888-5885.
^ Gällstedt, Mikael; Brottman, Ángela; Hedenqvist, Mikael S. (julio de 2005). "Propiedades relacionadas con el embalaje del papel recubierto de proteínas y quitosano". Tecnología y ciencia del embalaje . 18 (4): 161-170. doi : 10.1002/pts.685. ISSN 0894-3214. S2CID 96578009.
^ Gómez-Casado, Cristina; Díaz-Perales, Araceli; Hedenqvist, Mikael S. (1 de octubre de 2016). "Inmunomoduladores asociados a alérgenos: modificación del resultado de la alergia". Archivum Immunologiae et Therapiae Experimentalis . 64 (5): 339–347. doi :10.1007/s00005-016-0401-2. ISSN 1661-4917. PMID 27178664. S2CID 15221318.
^ Kapadnis, Gaurav; Dey, Anomitra; Dandekar, Prajakta; Jain, Ratnesh (junio de 2019). "Efecto del grado de desacetilación sobre la solubilidad del quitosano de bajo peso molecular producido mediante descomposición enzimática del quitosano". Polímero Internacional . 68 (6): 1054-1063. doi :10.1002/pi.5795. ISSN 0959-8103. S2CID 104427459.
^ Desai, Ranjeet; Pachpore, Radhika; Patil, Ashwini; Jainista, Ratnesh; Dandekar, Prajakta (2021), Jayakumar, R.; Prabaharan, M. (eds.), "Revisión de la estructura del quitosano en el contexto de otros polímeros a base de azúcar", Chitosan for Biomaterials III , vol. 287, Cham: Springer International Publishing, págs. 23–74, doi :10.1007/12_2021_89, ISBN978-3-030-83806-5, S2CID 244341955 , consultado el 19 de diciembre de 2022
^ Cheung, RC; Ng, tuberculosis; Wong, JH; Chan, WY (2015). "Quitosán: una actualización sobre posibles aplicaciones biomédicas y farmacéuticas". Drogas Marinas . 13 (8): 5156–5186. doi : 10.3390/md13085156 . PMC 4557018 . PMID 26287217.
^ "Investigadores de Harvard desarrollan bioplástico a partir de caparazones de camarón". Fox News. 16 de mayo de 2014 . Consultado el 24 de mayo de 2014 .
^ Ifuku, Shinsuke (2014). "Nanofibras de quitina y quitosano: preparación y modificaciones químicas". Moléculas . 19 (11): 18367–80. doi : 10.3390/moléculas191118367 . PMC 6271128 . PMID 25393598.
^ Shiwei, Ng; Dritsas, Stylianos; Fernández, Javier G. (16 de septiembre de 2020). "Biolito marciano: un compuesto de regolito bioinspirado para la fabricación extraterrestre de circuito cerrado". MÁS UNO . 15 (9): e0238606. Código Bib : 2020PLoSO..1538606S. doi : 10.1371/journal.pone.0238606 . PMC 7494075 . PMID 32936806.
enlaces externos
Scholia tiene un perfil para quitina (Q161219).
Medios relacionados con la quitina en Wikimedia Commons
La definición del diccionario de quitina en Wikcionario.