Chitin ist ein lineares Polysaccharid, das strukturell aus vielen repetitiven Einheiten von N-Acetylglucosamin besteht, die über β-(1→4)-glycosidische Bindungen miteinander verknüpft sind. Es ist nach Cellulose das zweithäufigste Biopolymer auf der Erde und spielt eine entscheidende Rolle in der Biologie vieler Organismen. Seine besondere chemische Struktur verleiht ihm eine hohe Zugfestigkeit und Stabilität. Chitin kommt primär als Hauptbestandteil der Exoskelette von Gliederfüßern wie Insekten, Spinnentieren und Krebstieren vor. Darüber hinaus ist es ein wesentlicher Bestandteil der Zellwände von Pilzen und einigen Algenarten. Auch in den Radulae von Weichtieren und den Schnäbeln von Kopffüßern findet sich Chitin, was seine weitverbreitete Bedeutung im Tierreich unterstreicht. Seine Anwesenheit in so diversen Organismen deutet auf eine frühe evolutionäre Entstehung hin.

Bei Gliederfüßern bildet Chitin das primäre Gerüst des Exoskeletts, einer harten äußeren Hülle, die den Tieren sowohl Schutz als auch eine Ansatzstelle für Muskeln bietet. Dieses Exoskelett ist nicht nur ein passiver Panzer, sondern ein komplexes Kompositmaterial, das aus Chitin-Mikrofibrillen besteht, die in einer Proteinmatrix eingebettet sind. Durch die Einlagerung von Calciumcarbonat, insbesondere bei Krebstieren, kann die Härte und Steifigkeit des Exoskeletts weiter erhöht werden. Das Exoskelett schützt die Tiere vor Fressfeinden, mechanischer Beschädigung und Austrocknung. Da dieses starre Gerüst das Wachstum behindert, müssen Gliederfüßer in regelmäßigen Abständen eine Häutung durchführen, bei der die alte Chitinhülle abgestoßen und eine neue, größere Hülle gebildet wird. Während dieses Prozesses sind die Tiere besonders anfällig, bis die neue Hülle ausgehärtet ist.

In Pilzen ist Chitin ein essenzieller Bestandteil der Zellwand, die die äußere Begrenzung der Pilzzellen bildet. Hier bietet es mechanische Stabilität und schützt die Zelle vor osmotischem Stress und anderen Umweltbelastungen. Die Chitinfasern sind in eine Matrix aus anderen Polysacchariden wie Glucanen eingebettet, was der Zellwand ihre charakteristische Festigkeit und Flexibilität verleiht. Die Zellwand von Pilzen ist für deren Überleben und Wachstum von entscheidender Bedeutung, da sie die Form der Zelle aufrechterhält und als Barriere gegen unerwünschte Substanzen dient. Die Biosynthese von Chitin in Pilzen ist ein wichtiger Angriffspunkt für antimykotische Medikamente, die die Chitin-Synthase hemmen und somit das Wachstum und die Vermehrung der Pilze stören.

Chemisch ist Chitin eng mit der Cellulose verwandt, dem Hauptbestandteil von Pflanzenzellwänden. Beide sind lineare Polysaccharide, die aus Glucose-Einheiten aufgebaut sind und β-(1→4)-glycosidische Bindungen aufweisen. Der entscheidende Unterschied liegt jedoch in der Seitenkette der Monomere: Während Cellulose aus D-Glucose-Einheiten besteht, sind die Monomere von Chitin N-Acetylglucosamin-Einheiten, bei denen eine Hydroxylgruppe am Kohlenstoffatom C2 durch eine Acetylamino-Gruppe ersetzt ist. Diese geringfügige strukturelle Modifikation führt zu unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften, wie beispielsweise einer erhöhten Resistenz gegenüber vielen Enzymen und einer geringeren Löslichkeit in den meisten Lösungsmitteln, was Chitin seine bemerkenswerte Stabilität und Biokompatibilität verleiht.

Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften, wie Biokompatibilität, Biodegradierbarkeit und Ungiftigkeit, findet Chitin und insbesondere sein Derivat Chitosan breite Anwendung in verschiedenen Industriezweigen. Chitosan wird durch die Deacetylierung von Chitin gewonnen, bei der die Acetylgruppen entfernt werden, was das Polymer wasserlöslicher und reaktiver macht. Im medizinischen Bereich wird Chitosan für Wundverbände eingesetzt, da es blutstillende und antimikrobielle Eigenschaften besitzt und die Wundheilung fördert. Es findet auch Anwendung in der pharmazeutischen Industrie als Trägermaterial für Medikamente und in der Gewebetechnik. In der Lebensmittelindustrie dient es als Klärmittel und Konservierungsstoff. Darüber hinaus wird Chitin in der Landwirtschaft als Biopestizid und Wachstumsförderer eingesetzt und in der Umwelttechnik zur Wasserreinigung, da es Schwermetalle und andere Verunreinigungen adsorbieren kann.

Die Biosynthese von Chitin erfolgt durch Enzyme, die als Chitin-Synthasen bezeichnet werden. Diese Enzyme katalysieren die Polymerisation von N-Acetylglucosamin-Einheiten aus UDP-N-Acetylglucosamin. Der Prozess ist hochreguliert und findet in spezialisierten Kompartimenten der Zelle statt, um die korrekte Faltung und Integration in die jeweilige Struktur zu gewährleisten. Der Abbau von Chitin wird hauptsächlich durch Chitinase-Enzyme vermittelt. Chitinase ist ein Enzym, das die glycosidischen Bindungen in Chitinmolekülen hydrolysiert und so das Polymer in kleinere Oligomere oder Monomere zerlegt. Diese Enzyme sind weit verbreitet in Bakterien, Pilzen, Pflanzen und Tieren und spielen eine wichtige Rolle im Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf sowie in der Abwehr von Pathogenen.

Die ökologische Bedeutung von Chitin ist immens. Als Hauptbestandteil der Biomasse von Insekten und Krebstieren sowie Pilzen stellt es eine der größten Kohlenstoffsenken in terrestrischen und aquatischen Ökosystemen dar. Der Abbau von Chitin durch Mikroorganismen, insbesondere Bakterien und Pilze, ist ein entscheidender Schritt im Recycling von Nährstoffen und trägt maßgeblich zum globalen Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf bei. Chitin-haltige Abfälle aus der Fischerei und Landwirtschaft stellen eine reiche Quelle für dieses Biopolymer dar, dessen nachhaltige Nutzung und Verarbeitung zunehmend an Bedeutung gewinnt, um eine Kreislaufwirtschaft zu fördern und wertvolle Ressourcen zu verwerten. Die Forschung an Chitin und seinen Derivaten ist ein aktives Feld, das ständig neue Anwendungen und Einblicke in seine biologischen Funktionen liefert.