काइटिन

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For other uses, see काइटिन (disambiguation).
Not to be confused with किटॉन or केराटिन.
एन-एसिटाइलग्लुकोसामाइन इकाइयां दिखाती हैं जो β-(1→4)-लिंकेज में लंबी श्रृंखला बनाने के लिए दोहराती हैं।
काइटिन अणु का हॉवर्थ प्रक्षेपण
पत्ती का फुदका के पंख का क्लोज़-अप; विंग काइटिन से बना है।

काइटिन (C8H13O5N)n (/ˈkaɪtɪn/ KY-tin) एन-एसिटाइलग्लूकोसेमाइन का एक लंबी-श्रृंखला बहुमूल्य है, जो शर्करा का एक एमाइड व्युत्पन्न है। काइटिन संभवतः प्रकृति में दूसरा सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला बहुशर्करा है (केवल सेल्यूलोज के पीछे); बायोस्फीयर में हर साल अनुमानित 1 बिलियन टन काइटिन का उत्पादन होता है।[1] यह कवक में कोशिका भित्ति का एक प्राथमिक घटक है, क्रस्टेशियंस और कीड़ों जैसे सन्धिपादस के बहिःकंकाल, और मोलस्क के रेडुला, सेफलोपोड चोंच और ग्लेडियस (सेफलोपॉड) है।

यह कम से कम कुछ मछलियों और लिस्म्फिबिया द्वारा भी संश्लेषित किया जाता है।[2] काइटिन की संरचना सेल्युलोज के बराबर होती है, जो क्रिस्टलीय नैनोफाइब्रिल या मूंछ बनाती है। यह कार्यात्मक रूप से प्रोटीन केरातिन के बराबर है। काइटिन कई औषधीय, औद्योगिक और जैव प्रौद्योगिकीय उद्देश्यों के लिए उपयोगी सिद्ध हुआ है।

व्युत्पत्ति

अंग्रेजी शब्द काइटिन फ्रेंच भाषा के शब्द काइटिन से आया है, जो 1821 में ग्रीक भाषा के शब्द χιτών (खिटोन) से लिया गया था जिसका अर्थ है कवर करना।[3]

एक समान शब्द, काइटिन नाम, एक समुद्री जानवर को एक सुरक्षात्मक खोल के साथ संदर्भित करता है।

रसायन विज्ञान, भौतिक गुण और जैविक कार्य

हॉवर्थ प्रोजेक्शन में प्रस्तुत विभिन्न मोनोसेकेराइड्स (ग्लूकोज और एन-एसिटाइलग्लुकोसामाइन) और पॉलीसेकेराइड्स (काइटिन और सेलूलोज़) के रासायनिक विन्यास

काइटिन की संरचना 1929 में अल्बर्ट हॉफमैन द्वारा निर्धारित की गई थी। हॉफमैन हाइड्रोलाइज्ड काइटिन एंजाइम काइटिनेज की एक कच्ची तैयारी का उपयोग कर रहा था, जिसे उसने घोंघे हेलिक्स पोमेटिया से प्राप्त किया था।[4][5][6]

काइटिन एक संशोधित पॉलीसेकेराइड है जिसमें नाइट्रोजन होता है; यह एन-एसिटाइल-डी-ग्लूकोसामाइन (सटीक होने के लिए, 2-(एसिटाइलैमिनो) -2-डीऑक्सी-डी-ग्लूकोज) की इकाइयों से संश्लेषित होता है। ये इकाइयां सहसंयोजक β-(1→4)-लिंकेज बनाती हैं (जैसे सेल्युलोज बनाने वाली ग्लूकोज इकाइयों के बीच संबंध)। इसलिए, काइटिन को सेल्युलोज के रूप में वर्णित किया जा सकता है जिसमें प्रत्येक मोनोमर पर एक हाइड्रॉकसिल समूह के साथ एसिटाइल अमाइन समूह को प्रतिस्थापित किया जाता है। यह आसन्न पॉलिमर के बीच हाइड्रोजन बंध को बढ़ाने की अनुमति देता है, जिससे काइटिन-पॉलिमर मैट्रिक्स की ताकत बढ़ जाती है।

एक सिकाडा अपने काइटिनस निम्फल एक्सोस्केलेटन से निकलता है।

अपने शुद्ध, असंशोधित रूप में, काइटिन पारभासी, लचीला, लचीला और काफी सख्त है। अधिकांश आर्थ्रोपोड्स में, चूंकि, इसे प्रायः संशोधित किया जाता है, जो मुख्य रूप से मिश्रित सामग्री के एक घटक के रूप में होता है, जैसे कि स्क्लेरोटिन, एक प्रतिबंधित प्रोटीनयुक्त मैट्रिक्स, जो कीड़ों के अधिकांश एक्सोस्केलेटन का निर्माण करता है। क्रसटेशियन और मोलस्क के गोले के रूप में कैल्शियम कार्बोनेट के साथ संयुक्त, काइटिन एक बहुत ठोस समग्र उत्पादन करता है। यह समग्र सामग्री शुद्ध काइटिन की तुलना में बहुत कठिन और कठोर है, और शुद्ध कैल्शियम कार्बोनेट की तुलना में कठिन और कम भंगुर है।[7] शुद्ध और मिश्रित रूपों के बीच एक और अंतर एक कमला (मुख्य रूप से काइटिन) की लचीली शरीर की दीवार की तुलना भृंग के कठोर, हल्के elytron (स्क्लेरोटिन का एक बड़ा अनुपात युक्त) से करके देखा जा सकता है।[8]

तितली पंखों के तराजू में, काइटिन को काइटिन फोटोनिक क्रिस्टल से निर्मित जाइरोइड्स के ढेर में व्यवस्थित किया जाता है जो मेटिंग और फोर्जिंग के लिए फेनोटाइप सिग्नलिंग और संचार की सेवा करने वाले विभिन्न इंद्रधनुषी रंगों का उत्पादन करता है।[9] तितली के पंखों में विस्तृत काइटिन जाइरोइड निर्माण बायोमिमेटिक में नवाचारों की क्षमता वाले ऑप्टिकल उपकरणों का एक मॉडल बनाता है।[9] जीनस साइफोचिलस में स्केरेब बीटल भी काइटिन का उपयोग बेहद पतले स्केल (शरीर रचना) (पांच से पंद्रह माइक्रोमीटर मोटी) बनाने के लिए करते हैं जो सफेद रोशनी को विभीन्न प्रकार से प्रतिबिंबित करते हैं। ये तराजू सैकड़ों नैनोमीटर के पैमाने पर व्यास वाले काइटिन के अनियमित ढंग से क्रमबद्ध तंतुओं के नेटवर्क हैं, जो प्रकाश को बिखेरने का काम करते हैं। ऐसा माना जाता है कि प्रकाश का प्रकीर्णन एकल और एकाधिक प्रकीर्णन तराजू की असामान्य सफेदी में एक भूमिका निभाता है।[10][11] इसके अतिरिक्त, कुछ सामाजिक ततैया, जैसे कि प्रोटोपोलीबिया चार्टरगाइड्स, कागज से बने बाहरी घोंसले के लिफाफे को ठोस करने के लिए मुख्य रूप से काइटिन युक्त सामग्री को मौखिक रूप से स्रावित करती हैं।[12]

काइटोसन का व्यावसायिक रूप से काइटिन के डीसेटाइलेशन द्वारा उत्पादन किया जाता है; चिटोसन पानी में घुलनशील है, जबकि काइटिन नहीं है।[13]

काइटिन और चिटोसन का उपयोग कर नैनोफाइब्रिल बनाए गए हैं।[14]


मनुष्य और अन्य स्तनधारी

मनुष्यों और अन्य स्तनधारियों में काइटिनेज़ और CHI3L1 | काइटिनेज़-जैसे प्रोटीन होते हैं जो काइटिन को नीचा दिखा सकते हैं; उनके पास कई प्रतिरक्षा रिसेप्टरस भी होते हैं जो प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया की शुरुआत करते हुए काइटिन और उसके क्षरण उत्पादों को पहचान सकते हैं।[15]

काइटिन को ज्यादातर फेफड़ों या जठरांत्र संबंधी मार्ग में महसूस किया जाता है जहां यह ईोसिनोफिल या बृहतभक्षककोशिका के माध्यम से सहज प्रतिरक्षा प्रणाली को सक्रिय कर सकता है, साथ ही टी सहायक कोशिकाओं के माध्यम से एक अनुकूली प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया भी कर सकता है।[15]त्वचा में केरेटिनकोशिकास भी काइटिन या काइटिन के टुकड़ों पर प्रतिक्रिया कर सकते हैं।[15]


पौधे

पौधों में रिसेप्टर्स भी होते हैं जो काइटिन की प्रतिक्रिया का कारण बन सकते हैं, अर्थात् काइटिन एलिसिटर रिसेप्टर किनेज 1 और काइटिन एलिसिटर-बाइंडिंग प्रोटीन।[15] पहला काइटिन रिसेप्टर 2006 में क्लोन किया गया था।[16] जब रिसेप्टर्स काइटिन द्वारा सक्रिय होते हैं, तो पौधों की रक्षा से संबंधित जीन व्यक्त किए जाते हैं, और जस्मोनेट हार्मोन सक्रिय होते हैं, जो बदले में व्यवस्थित सुरक्षा को सक्रिय करते हैं।[17] सहभोजिता कवक के पास मेजबान प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के साथ बातचीत करने के तरीके हैं, as of 2016, ठीक से समझ नहीं पाए।[16]

कुछ रोगजनक काइटिन-बाइंडिंग प्रोटीन का उत्पादन करते हैं जो इन रिसेप्टर्स से निकलने वाले काइटिन को मास्क करते हैं।[17][18] ज़ाइमोसेप्टोरिया ट्रिटिकस एक कवक रोगज़नक़ का एक उदाहरण है जिसमें इस तरह के अवरोधक प्रोटीन होते हैं; यह गेहूं की फसल में एक प्रमुख कीट है।[19]


जीवाश्म रिकॉर्ड

For काइटिन और अन्य जैवबहुलक की संरक्षण क्षमता पर अधिक, see तफोनोमी.

काइटिन संभवतः पेलेयोजोईक जैसे कैंब्रियन आर्थ्रोपोड्स के एक्सोस्केलेटन में सम्मलित था। सबसे पुराना संरक्षित काइटिन ओलिगोसीन काल का है, लगभग , जिसमें अंबर में बिच्छू सम्मलित है।[20]


उपयोग

कृषि

काइटिन पौधों की बीमारी को नियंत्रित करने के लिए जड़ी-बूटियों के खिलाफ पौधों की रक्षा का एक अच्छा संकेतक है।[21] इसमें उर्वरता और पौधों के लचीलेपन में सुधार के लिए मिट्टी के उर्वरक या मृदा कंडीशनर के रूप में उपयोग करने की क्षमता है जो फसल की पैदावार बढ़ा सकती है।[22][23]


औद्योगिक

काइटिन का उपयोग कई औद्योगिक प्रक्रियाओं में किया जाता है। खाद्य प्रसंस्करण में रासायनिक रूप से संशोधित काइटिन के संभावित उपयोग के उदाहरणों में खाद्य फिल्मों का निर्माण और खाद्य पदार्थों और खाद्य पायस को गाढ़ा और स्थिर करने के लिए एक योज्य के रूप में सम्मलित है।[24][25] कागज को आकार देने और ठोस करने की प्रक्रियाएं काइटिन और चिटोसन का उपयोग करती हैं।[26][27]


अनुसंधान

काइटिन पौधों और जानवरों की प्रतिरक्षा प्रणाली के साथ कैसे संपर्क करता है, अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र रहा है, जिसमें कुंजी रिसेप्टर (जैव रसायन) की पहचान सम्मलित है जिसके साथ काइटिन बातचीत करता है, क्या काइटिन कणों का आकार ट्रिगर की गई प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के प्रकार के लिए प्रासंगिक है, और तंत्र जिसके द्वारा प्रतिरक्षा प्रणाली प्रतिक्रिया करती है।[28][19] एक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को उत्तेजित करने की क्षमता के कारण काइटिन और चिटोसन को एक टीका सहायक के रूप में खोजा गया है।[15]

टिश्यू इंजीनियरिंग के रूप में काइटिन और चिटोसन का विकास किया जा रहा है # स्कैफोल्ड्स टिश्यू कैसे बढ़ता है और घाव कैसे ठीक होता है, और बेहतर पट्टियों, सर्जिकल सिवनी और एलोप्रत्यारोपण के लिए सामग्री का आविष्कार करने के प्रयासों में।[13][29] काइटिन से बने सर्जिकल सिवनी का कई वर्षों से पता लगाया गया है, लेकिन as of 2015, कोई भी बाजार में नहीं था; उनकी लोच की कमी और धागा बनाने की समस्याओं ने व्यावसायिक विकास को रोक दिया है।[30]

2014 में, बाइओडिग्रेड्डबल प्लास्टिक के पुनरुत्पादित रूप के रूप में चिटोसन का उपयोग करने के लिए एक विधि पेश की गई थी।[31] ऊतक अभियांत्रिकी, मेडिसिन और उद्योग में उत्पादों के संभावित विकास के लिए क्रस्टेशियन कचरे और मशरूम से काइटिन नैनोफाइबर निकाले जाते हैं।[32]

2020 में, काइटिन को मार्टिन मिट्टी के साथ संयुक्त काइटिन की मिश्रित सामग्री से संरचनाओं, औजारों और अन्य ठोस वस्तुओं के निर्माण में उपयोग के लिए प्रस्तावित किया गया था।[33] इस परिदृश्य में, काइटिन में बायोपॉलिमरों रेगोलिथ एग्रीगेट (मिश्रित) के लिए बाइंडर (सामग्री) के रूप में कार्य करते हैं, जिससे ठोस जैसी मिश्रित सामग्री बनती है। लेखकों का मानना ​​है कि खाद्य उत्पादन से अपशिष्ट पदार्थ (जैसे मछली से तराजू, क्रस्टेशियंस और कीड़ों से एक्सोस्केलेटन, आदि) को निर्माण प्रक्रियाओं के लिए फीडस्टॉक के रूप में उपयोग करने के लिए रखा जा सकता है।

यह भी देखें

संदर्भ

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