Природные полисахариды хитин и хитозан: строение, физико­химические свойства

Хитин (поли N-ацетил- D-глюкозамин) - азотосодержащий линейный полисахарид, по химическому строению и структурным характеристикам сходен с целлюлозой, занимает второе место после нее по распространенности в природе (рис.1).

Ежегодно в биосфере образуется

и утилизируется около 10 гигатонн

(10¹³ кг) хитина. Рис.1 Структура хитина

Хитин встречается в наружном покрове членистоногих (ракообразные, насекомые), скелете морского зоопланктона, клеточной стенке грибов дрожжей, трубках погонофор [1]. Хитин присутствует в стенках цисты инфузории, клетках зеленых водорослей, иглах диатомовых, стеблях золотистых и волокнах гаптофитовых водорослей [2]. Хитин отсутствует у прокариотных организмов и у растений, хотя в состав клеточной стенки бактерий входит муреин, содержащий N-ацетил- D-глюкозамин. В живых организмах хитин образует микрофибриллярный порядок, что обеспечивает линейную конформацию молекул, закрепленную водородными связями. Эти фибриллы диаметром от 2,5 до 2,8 нм обычно входят в белковую матрицу [3].

Хитин присутствует в трех полимерных модификациях с различной ориентацией хитиновых микрофибрилл: a, (3, у. В природе получила распространение форма а-хитина, в которой цепи полимера антипараллельны и плотно упакованы. Она присутствует в панцире ракообразных и моллюсков, кутикуле насекомых, клеточной стенке грибов [1]. В p-форме цепочки располагаются параллельно относительно друг друга и направлены в одну сторону. В {3-форме цепочки обладают более

высокой растворимостью и набуханием за счет более слабых молекулярных водородных связей [4]. Эта форма встречается у каракатицы, в гладиусе кальмара, трубках погонофор, у-форма имеет смешанную систему параллельных и антипараллельных цепочек и присутствует в коконах насекомых [5].

Хитин нерастворим в воде, разбавленных кислотах, щелочах, спиртах и других органических растворителях. Он растворим в концентрированных растворах соляной, серной и муравьиной кислот, а также в некоторых солях при нагревании. Хитин способен образовывать комплексы с органическими веществами (холестерин, белки, пептиды), обладает высокой сорбционной способностью к тяжелым металлам, радионуклидам. Хитин не разлагается под действием ферментов млекопитающих, но разлагается некоторыми ферментами насекомых, грибов и бактерий, отвечающих за распад хитина в природе [6,7]. Среди разнообразных производных этого полимера наиболее доступным является хитозан, получаемый в процессе деацетилирования хитина.

Хитозан (поли - D-глюкозамин) в едді отличие от хитина не встречается

в живых организмах, за исключением некоторых видов грибов (рис. 2).

СН₂ОН

NH₂

Рис. 2 Структура хитозана

Важной характеристикой полимера является степень ацетилирования: отношение остатков N-ацетил- D-глюкозамина к общему количеству мономерных звеньев в полимере. Общепринято считать, что хитозан - это полимер со степенью ацетилирования ниже 50%. В присутствии кислот свободные аминогруппы хитозана акцептируют протоны, приобретая положительный заряд, и хитозан образует водорастворимые соли аналогично другим аминам. При этом в первую очередь от степени протонирования его свободных аминогрупп зависит растворимость

хитозанового полимера. В среднем, хитозан хорошо растворяется, когда протонированы, по крайней мере, половина его свободных аминогрупп, то есть когда pH раствора соответствует значению рК полимера. Для образцов хитозана с молекулярной массой 10-100 кДа и степенью деацетилирования 80-90% величина рК лежит в районе 6,2-6,5 [8].

За счет положительного заряда хитозан имеет большое сродство к сорбции таких молекул, как белки, пестициды, красители, липиды, хелатированию ионов переходных металлов (Си ²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, Pb²⁺, Cr³⁺, VO²⁺, UO²⁺) и радионуклидов [9-12]. Хитозан и его производные обладают антибактериальными, иммуностимулирующими,

противоопухолевыми, ранозаживляющими и другими свойствами.

1.2.