Хитин в клеточной стенке грибов¶

Хитин — это природный полисахарид, входящий в состав клеточной стенки грибов, а также наружного скелета членистоногих и ракообразных. В клеточной стенке грибов хитин выполняет структурную роль, обеспечивая механическую прочность и защиту клетки. Полимер состоит из остатков N-ацетилглюкозамина, связанных β-1,4-гликозидными связями, что роднит его с целлюлозой растений и бактериальным пептидогликаном.

¶Структура и химия

Хитин — линейный гомополимер N-ацетил-D-глюкозамина (GlcNAc). Мономерные звенья соединены β-1,4-гликозидными связями, благодаря чему цепь принимает вытянутую спиральную конформацию. Молекулярная масса природного хитина может достигать нескольких миллионов дальтон.

В зависимости от ориентации цепей различают три полиморфные формы:

В клеточной стенке грибов доминирует α-хитин. Цепи полимера образуют микрофибриллы диаметром около 2–4 нм, которые затем агрегируются в более крупные волокна. Межцепочные водородные связи стабилизируют структуру и придают хитину высокую химическую инертность: он практически нерастворим в воде, органических растворителях и разбавленных кислотах.

¶Хитин в клеточной стенке грибов

Клеточная стенка грибов — многослойная структура толщиной 100–200 нм. Хитин в ней занимает внутренний слой и составляет от 5 до 20 % массы сухой клеточной стенки (в зависимости от вида и стадии развития). Внешний слой представлен маннопротеинами, связанными с β-1,6-глюканами, а между слоями расположен каркас из β-1,3- и β-1,6-глюканов.

Хитиновые микрофибриллы встроены в матрикс из глюканов и образуют жёсткий каркас, противостоящий осмотическому давлению. Связь между хитином и глюканами осуществляется через хитин-связывающие белки (например, глюканиназы семейства GH18 и белки семейства CFEM). В точках роста гифы хитиновый слой временно разрыхляется, что позволяет клетке удлиняться.

В зависимости от стадии жизненного цикла и типа клетки соотношение компонентов меняется. У дрожжей в фазе бутонирования хитин локализуется в кольце перегородки, разделяющей материнскую и дочернюю клетки. У мицелиальных грибов хитин концентрируется в апикальной области гифы.

¶Биосинтез

Биосинтез хитина начинается в цитоплазме: из UDP-N-ацетилглюкозамина формируется липид-переносящий предшественник (UDP-GlcNAc → фитодифосфолипид-хитин). Перенос мономера на растущую цепь катализирует фермент хитинсинтаза, встроенный в плазматическую мембрану. У грибов известно несколько изоформ хитинсинтаз (CHS1, CHS2, CHS3 у Saccharomyces cerevisiae), каждая из которых отвечает за синтез хитина в определённых структурах: перегородках, апикальной области, споровой стенке.

У грибов гены хитинсинтаз объединены в семейство CHS, а у насекомых и ракообразных — в семейство Cht. Ферменты оба семейства относятся к трансгликозилазам семейства GT2.

¶Функции

Хитин в клеточной стенке грибов выполняет несколько ключевых функций:

• Механическая поддержка. Жёсткий каркас из хитиновых микрофибрилл противостоит тургорному давлению (до 1 МПа).
• Формообразование. Направление роста гифы определяется ориентацией хитиновых волокон.
• Защита. Хитиновый слой защищает клетку от ферментов гидролиза, выделяемых конкурентами и хищными микроорганизмами.
• Якорение. Хитин участвует в адгезии клеток к субстрату и в образовании клеточных перегородок.

¶Значение в медицине и промышленности

Хитин и его производные (хитозан, хитинолитические ферменты) имеют практическое значение. Хитиназы используются как противогрибковые агенты: разрушение хитинового каркаса приводит к лизису клеток патогенных грибов. Хитозан применяется в фармацевтике как носитель лекарственных веществ, в сельском хозяйстве — как биостимулятор растений и флокулянт.

В России хитин добывается из панцирей крабов и креветок, а также из грибной биомассы. Промышленное производство хитозана сосредоточено в Приморском крае и на Дальнем Востоке.

¶Интересные факты

• Хитин был открыт в 1811 году французским химиком Анри Браконно, который назвал его «fungine» (от лат. fungus — гриб).
• Хитин — второй по распространённости природный полисахарид после целлюлозы.
• Некоторые паразитические грибы (например, Beauveria bassiana) используют хитиназы для проникновения в кутикулу насекомых.

¶Источники

• Бартошевич А. А. Клеточная стенка грибов: структура и функции. — М.: Наука, 2005.
• Ruiz-Herrera J. Fungal Cell Wall: Structure, Synthesis, and Assembly. — CRC Press, 2012.
• Cabib E., Arroyo J. How do fungal cells build their cell wall? // Current Opinion in Microbiology. — 2013. — Vol. 16.
• Биохимия: учебник / под ред. А. А. Воробьёва. — М.: Высшая школа, 2019.