“燃烧”的几丁质

2022-11-09 15:49:40 来源：科普中国

故事开始前，让我们先看一张昆虫外壳的图：

（图片来源：veer图库）

初夏的小树林里，经常可以看见挂在树上的知了壳，知了壳是蝉蜕变过程中脱掉的外壳，学名叫蝉蜕。而构成知了壳的一个重要组分就是几丁质（Chitin）。如此清新脱俗的名字下面究竟隐藏着多少故事呢？

(资料图)

传说中的几丁质到底是什么？

糖，是维持这个世界正常运转的非常重要的物质之一。这时你的脑袋里是不是已经回味起吃甜食的快乐了？其实糖之所以重要，是因为以下几点原因：提供能量；是细胞的骨架；可进行细胞和生物分子间的识别；是物质代谢的碳骨架。而今天我们提到的几丁质就是一种糖，那么它究竟是什么糖呢，接下来我要敲黑板了：

专业版：在化学上，几丁质是一种线性的、不带电荷的多糖聚合物，由许多通过β-1,4糖苷键连接的N-乙酰基-β- d-葡糖胺(GlcNAc)单元组成。它是地球上第二丰富的生物聚合物，主要存在于无脊椎动物、昆虫、海洋硅藻、藻类、真菌和酵母中，是构成昆虫外骨骼的重要组分。

大白话版：几丁质是一种糖，在自然界，尤其是昆虫和真菌中含量很高。

叶蝉翅膀的主要成分就是几丁质

（图片来源：维基百科）

小小几丁质，作用可大了

试想一下，如果没有了坚硬外壳的保护，昆虫会怎样？它们对环境的承受能力将大幅下降，甚至无法在自然条件下存活。而几丁质恰恰是让昆虫外壳坚硬的重要组分，它能让其他外壳组分在其周围附着，让昆虫外壳更加结实可靠。说个小知识，《星际争霸Ⅱ》的官方设定中，雷兽的甲壳也是由几丁质组成哦。

科学家在许多昆虫和其他节肢动物的内部结构（包括消化道、气管系统、生殖管和各种真皮腺管的内表皮层）中也发现了几丁质的存在。这说明昆虫的生长发育与几丁质的合成密切相关。

真菌的细胞壁中含有几丁质或纤维素，有的真菌两者兼有。而且，在真菌的顶端生长（一种分裂生长方式）中如果缺少了几丁质，也会引起真菌的死亡。

几丁质在真菌的生长中具有重要作用

（图片来源：维基百科）

几丁质在一些疾病的发病机制中也可能存在着作用，如哮喘和过敏等。因为几丁质微粒已被科学家证明可以诱发炎症，同时在使用几丁质相关物质（如真菌）的人群中，哮喘的发病率很高。

几丁质富含氮以及其他可以改善土壤质量和植物生长的营养物质，当进入土壤中时，可被有益的土壤微生物利用，从而有助于植物病虫害的生物防治，并提高作物产量。

让几丁质“燃烧”起来！

我们都知道有害昆虫会毁坏人类的农作物，常常使水稻、玉米、小麦、棉花、油菜、甘蔗、马铃薯等农作物减产或者绝收，被称作“无烟的火灾”，而扑灭“火灾”的关键就在于几丁质。

就像杜甫的诗句“射人先射马，擒贼先擒王”中表明的那样，如何阻止昆虫体内几丁质的正常合成，是绿色杀虫的关键。最近科学家就通过冷冻电镜解析了几丁质合成酶（促进几丁质合成的关键物质）的三维结构，使得几丁质合成酶作为分子靶标精准开发新型绿色农药成为科学可行的方案。

（图片来源：veer）

同时也像杜甫诗句“杀人亦有限，列国自有疆”中所描述的，由于几丁质在哺乳动物和植物中不存在，所以这种新型农药能精准针对昆虫，而不会误伤哺乳动物和植物。

因为苹果、甘蔗、马铃薯等存在着真菌性病害，所以和消灭害虫的原理一样，可以通过抑制真菌几丁质的合成，使真菌无法形成细胞壁，进而杀死一些有害真菌。

**最后，几丁质在一些疾病的发病机制中的作用，可以用来研制新药。**几丁质及其衍生物在其他如化学、食品加工、环境保护和纺织生产中都能够产生一定的作用。例如，几丁质可以用于制备膳食纤维、绷带、化妆品和洗漱用品。最有用的几丁质衍生物是壳聚糖，由于其凝胶形成能力和吸附能力等独特的化学性质，使其在化工产业中具有重要的应用价值。

结语

几丁质在昆虫和真菌的生命发展过程中不断地合成，又不断地消耗。如果能巧妙地利用这一点，小小的几丁质就会因“燃烧”而释放出巨大的能量呢！

参考文献

[1] Zhu, Kun Yan et al. “Biosynthesis, Turnover, and Functions of Chitin in Insects.” Annual review of entomology vol. 61 (2016): 177-96. doi:10.1146/annurev-ento-010715-023933

[2] Muthukrishnan, Subbaratnam et al. “Insect Cuticular Chitin Contributes to Form and Function.” Current pharmaceutical design vol. 26,29 (2020): 3530-3545. doi:10.2174/1381612826666200523175409

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[4] Barragán-Fonseca, Katherine Y et al. “Insect frass and exuviae to promote plant growth and health.” Trends in plant science vol. 27,7 (2022): 646-654. doi:10.1016/j.tplants.2022.01.007

[5] Synowiecki, Józef, and Nadia Ali Al-Khateeb. “Production, properties, and some new applications of chitin and its derivatives.” Critical reviews in food science and nutrition vol. 43,2 (2003): 145-71. doi:10.1080/10408690390826473

[6] Chen, Wei et al. “Structural basis for directional chitin biosynthesis.” Nature, 10.1038/s41586-022-05244-5. 21 Sep. 2022, doi:10.1038/s41586-022-05244-5

（注：文中拉丁文部分应为斜体）

出品：科普中国

作者：武雨

监制：中国科普博览

关键词：昆虫外壳哺乳动物重要组分