Chitosano

Quitosano molecola

Cos'è il chitosano?

Il chitosano è un polisaccaride che proviene dalla chitina, uno dei polimeri naturali più abbondanti in natura. La chitina, nel frattempo, è formata da monomeri D-acetilglucosamina, uniti da collegamenti β1-4, scoperti nel 1811 da Braccot.

La chitina si trova nel guscio dei crostacei (granchi, aragoste, ecc.), insetti, aracnidi, sul muro di alcuni funghi, in alghe verdi e protozoi. Nel 1859, Rouguet trattava la chitina con idrossido di potassio, di cui ottenne un polisaccaride che Hoppe-Seller in seguito chiamato Chitosano.

L'idrossido di sodio o di potassio produce disabilitazione del chinino, trasformando D-acetilglucosamina in D-glicosamina: l'altro monomero che compongono il chitosano. Pertanto, il chitosano contiene una quantità maggiore di d-glucosamina rispetto a d-acetilglucosamina.

Una delle principali differenze tra chitina e chitosano, in termini strutturali e interazioni intermolecolari, è che le catene polisaccariche del chitosano sono tenute insieme a una forza maggiore di quelle della chitina; Ciò è dovuto proprio alla presenza di gruppi di acetili.

Il chitosano ha anche un leggero carico positivo a causa dell'ammina presente nella d-glucosamina, che gli consente di interagire con superfici caricate negativamente, come le membrane delle mucose. Questa proprietà consente al chitosano di essere utilizzato per trasportare sostanze attraverso le membrane.

Il chitosano ha anche numerosi usi, come il fungicida, la protezione del vino, nella limitazione del sanguinamento, nella purificazione dell'acqua, ecc.

Struttura del chitosano

Cambiamenti generati da Deacetilación nella struttura della chitina durante la sua trasformazione in chitosano. Fonte: Vicente Neto, CC di 4.0, via Wikimedia Commons

Il chitosano è un polisaccaride lineare con una struttura simile a quella della cellulosa. Tuttavia, uno dei gruppi idrossilici di glucosio è sostituito da un gruppo amminico (-NH₂) o un gruppo di acetilamin (-HNoch₃). Il chitosano è formato da unità desacete (arancione) e unità acetilate (blu), distribuite casualmente (vedi immagine superiore).

Queste unità sono unite dai collegamenti β-1-4. Le unità desacete sono formate da molecole D-glucosamina, mentre le unità acetyled sono per molecole D-acetilglucosamina. Qitosan.

Ciò indica che la d-glicosamina è in proporzione maggiore rispetto alla d-acetilglucosamina. Quindi, si può considerare che il chitosano è un polisaccaride formato principalmente da unità desacete, costituito da molecole D-glucosamina collegate da legami β-1-4.

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Proprietà del chitosano

Dalle proiettili dei crostacei, come i gamberi, viene estratta la chitina, che a sua volta funge da materia prima per la produzione industriale del chitosano. Fonte: Ehrenberg Kommunikation, CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons

Peso molecolare

Il suo peso molecolare è compreso tra 3 × 10⁵ e 1 × 10⁶ g/mol, a seconda della fonte di chitina da cui si ottiene il chipasano. Cioè, le loro catene polisaccaride sono grandi.

Composizione chimica elementare

-Carbon: 44.undici %

-Idrogeno: 6.84 %

-Azoto: 7.97 %

Come si può vedere, è un polisaccaride considerevolmente azoto.

Aspetto fisico

È presentato sotto forma di fiocchi o macinazione di polvere di bianco cremoso o cremoso. Appare anche come un foglio traslucido bianco o bianco.

Sapore e odore

Il chitosano è toilette e insapore.

Punto di fusione

102.5 ºC

Densità

1 g/cm³

Solubilità

È insolubile in acqua e alcali. È molto solubile nella maggior parte degli acidi diluiti (pH < 6.5), incluyendo el ácido fórmico, el ácido acético y el ácido clorhídrico.

Stabilità

È stabile a temperatura ambiente e, sotto la protezione del gas di azoto, può supportare una temperatura di 250 ºC senza sperimentare la decomposizione. È incompatibile con forti agenti ossidanti.

Carica elettrica

Il gruppo Amino Quitosano ha un PKA di 6.5. Ciò dà al chitosano un leggero carico positivo e una solubilità relativa in un mezzo acido o neutro.  Il chitosano è bioadesivo che può legarsi a superfici caricate negativamente, come nel caso delle cellule epiteliali.

Il chitosano è una polycy che può formare complessi con molecole caricate negativamente, come lipidi, proteine ​​e acidi nucleici, modificando il suo comportamento.

Reattività chimica

La presenza di gruppi idrossilici (OH) e Aminos (NH₂) Consente al chitosano di formare legami covalenti attraverso reazioni di eternalità, sterilizzazione e riduzione dell'aminazione.

Biocompatibilità e biodegradabilità

Il chitosano è un composto non tossico caricato positivamente che può interagire con i carichi negativi delle membrane plasmatiche dei diversi tessuti, senza produrre danni ad essi. Da qui il fatto della biocompatibilità del chitosano.

Inoltre, il chitosano è biodegradabile per azione enzimatica. Ad esempio, la morbidezza è un enzima che agisce rompendo i collegamenti β-1-4.

Usi / applicazioni del Quitosano

Oggetti fatti di chitosano. Fonte: Jgfermart, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Trattamento delle acque

Il chitosano interviene nella purificazione dell'acqua in diversi aspetti. Può rapire ioni metallici come rame, piombo, mercurio, ecc. Può anche contribuire all'eliminazione di cibo, coloranti e altri solidi caricati negativamente.

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Inoltre, il chitosano può unire le particelle sospese, aumentando le sue dimensioni e permettendo loro di essere eliminati nei sedimenti. Ciò produce quasi totale rimozione della torbidità dell'acqua.

agricoltura

Il chitosano è usato nel rivestimento di semi e foglie, nel miglioramento della risposta ai farmaci e/o ai fertilizzanti di azione prolungati, nel miglioramento della germinazione e del radicamento, nella crescita delle foglie e nelle prestazioni dei semi.

Inoltre, Chitosano ha un'azione antifungina che offre protezione alle piante. Vi sono prove che il chitosano può agire sulle membrane e sulla cromatina delle verdure, inducendo cambiamenti che consentono una migliore crescita.

Protezione alimentare

Il chitosano viene utilizzato per formare un film commestibile che copre il cibo, evitando così il loro inquinamento. Inoltre, il chitosano ha attività contro funghi e batteri.

L'aggiunta di composti al chitosano come olio di chiodi di garofano / β-ciclodestrina, migliora la sua capacità antibatterica, che gli consente di agire su batteri come: s. Aureus, s. Epidermis, e. coli e altri.

Formazione di nanofibra

Nel metodo elettrohilato viene utilizzata una forza elettrica per allungare le strutture polimeriche come il chitosano, producendo fibre da 50 a 500 nanometri di diametro. Queste fibre sono biocompatibili e biodegradabili e sono usate come materiali emostatici e guarigione delle ferite.

Usi medici

L'elenco degli usi e delle applicazioni del chitosano in medicina è ampio, essendo in grado di nominare quanto segue: impianti ortopedici, ingegneria dei tessuti, guarigione delle ferite, interiorizzazione a tessuti farmaco.

Oltre agli usi medici nominati, il chitosano viene utilizzato in bende, spugne, copertura in fiamme, come agente anti -infiammatorio, nell'inibizione della formazione della piastra dentale, nell'accelerazione della guarigione delle ferite e come agente emostatico.

Il chitosano è stato usato nei conflitti di guerra per ridurre il sanguinamento. Il suo carico positivo consente di coprire gli eritrociti caricati negativamente, formando un complesso che attiva le piastrine che iniziano il processo di coagulazione.

Internalizzazione dei farmaci

Il chitosano viene anche utilizzato per il trasporto e l'internalizzazione dei farmaci nei tessuti. Nel caso del DNA che codifica per un certo antigene, a causa del suo carico negativo, non può interagire con la membrana plasmatica.

Questa difficoltà viene eliminata quando il chitosano caricato positivamente con il DNA con carico negativo, consentendo di interiorizzare il complesso chitosano-ADN alle cellule responsabili dell'immunità.

Questo meccanismo, ad esempio, potrebbe essere usato per la produzione di un vaccino contro il DNA che codifica per una proteina virus Covid 19.

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Chiarimento del vino e birra

Il chitosano viene aggiunto nella fase finale dell'elaborazione della birra per migliorare la sua flocculazione e l'eliminazione delle cellule di lievito, che consente il chiarimento della birra.

Il chitosano, insieme alla bentonite, alla gelatina e ad altre sostanze, aumenta la velocità di sedimentazione di frutta e debutti che causano la torbidità del vino. Inoltre, riduce la presenza di polifenoli arrugginiti.

Vantaggi e svantaggi

L'incorporazione di droghe ai tessuti è stata studiata attraverso l'intervento del chitosano. È stato anche sperimentato con l'incorporazione del DNA che codifica per un antigene determinato alle cellule responsabili dell'immunità, usando il chitosano nel processo di trasfezione.

Il DNA è incorporato limitato alle cellule a causa del suo carico negativo.

Questa limitazione può essere risolta dalla sua unione al chitosano: una policiction che neutralizza il carico negativo del DNA e, quindi, facilita la sua incorporazione nelle cellule. Questo al fine di produrre una risposta immunitaria contro il DNA.

Questa strategia potrebbe essere utilizzata per la formazione di vaccini al DNA che codifica contro un antigene attuale, come un virus o altro materiale biologico che si desidera controllare.

Vantaggi

L'uso del chitosano nell'incorporazione del materiale genetico (DNA) alle cellule (trasfezione) ha il vantaggio che il chitosano è un materiale non tossico, biocompatibile e biodegradabile.

Funzionerebbe come trasportatore di DNA. In una fase successiva, il complesso Chitosano-ADN può formare parti dei vacuoli, che sono formate dall'internalizzazione alle porzioni di membrana plasmatica, in un processo noto come endocitosi.

Il chitosano è un materiale non tossico di per sé. È digeribile e ha un'azione battericida.

Svantaggi

Trasfezione mediata dal chitosano. Ciò indica che si tratta di un processo complesso che dipende da molti fattori.

Pertanto, è difficile trovare le condizioni ottimali per la riproducibilità del processo, che costituisce uno svantaggio.

Un altro esempio che può illustrare i vantaggi e gli svantaggi nell'uso del chitosano è il seguente: l'uso del chitosano per incorporarlo negli animali.

Quando la percentuale del chitosano incorporato nel cibo raggiunge il 20 % dell'alimentazione, sono stati segnalati casi di morte degli animali, probabilmente a causa di un'inibizione dell'assorbimento dei nutrienti, che potrebbe essere escreto nelle feci accoppiate al chitosano.

Riferimenti

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