甲虫的硬壳是怎么来的?支撑人体基本形态的物质是钙质骨骼,我们可以通过多吃牛奶、豆制品、海带、虾皮及晒太阳等方式补充身体所需的钙。如果昆虫也是钙质骨骼,那就有点难以想象它们需要如何从自然界中获得这种微量元素了,毕竟它们活着的大部分时间是在寻找食物补充维持身体基本功能的营养物质,若在寻钙上花费大量时间,真是没法活了。
甲虫内、外骨骼主要成分是几丁质(也叫甲壳素),它是由葡萄糖链修饰而成的大型结构多糖,广泛存在于真菌细胞壁以及无脊椎动物和鱼类的某些坚硬结构中。当甲虫们被以卵的形式生出来时,就已经拥有少量维持它们孵化和形成几丁质的多糖,到了后期,身体所需的营养则主要是通过主动取食获得。
几丁质与纤维素和角蛋白(纤维素是支撑植物形态和物质运输的组织;角蛋白则是形成动物指甲的主要成分)类似,是一种结构聚合物,结构聚合物由较小的单体或单糖制成,形成强纤维,当细胞外或细胞内有组织分泌时,这些组织之间会形成化学键进而互相连接,增加了整个结构的强度。
甲虫体内的几丁质是如何合成的?
多糖合成几丁质的过程主要由海藻糖水解酶(Trehalase, TRE)和几丁质合成酶(Chiitin Synthase, CHS)在内的多种酶共同参与合成,主要分为以下几步:
(PS:以下内容是为了假装很专业加的,只要知道多糖在多种酶的催化下形成几丁质就够了,可以尝试理解,实在看不懂的同学可直接跳转到下一部分(￣ ￣))
1)海藻糖的合成:
葡萄糖-6-磷酸与二磷酸尿苷(UPD)-葡萄糖在海藻糖合成酶(TPS)的催化作用下结合生成海藻糖-6-磷酸,随后继续在海藻糖磷酸化酶(TPP)的作用下去磷酸化生成海藻糖和磷酸。
2)葡萄糖的合成:
生成的海藻糖继续被海藻糖水解酶(TRE)水解生成葡萄糖。TRE又可分为可溶性海藻糖酶(Soluble Trehalase, TRE1)和膜结合型海藻糖酶(Membrane-bound Trehalase, TRE2)。前者游离于细胞质中,负责内源性(如循环系统和消化系统)海藻糖的分解;后者为胞外酶,与肌肉中的线粒体结合,负责外源性海藻糖的吸收和同化。1分子海藻糖可水解为2分子葡萄糖,用于各种生理及生命活动,包括昆虫抗逆性适应等各个方面也都是通过控制海藻糖的含量来实现的。
图4 几丁质的合成路径(图源:改编自参考文献[