ВОСКИ (БИОЛОГИЧЕСКИЕ): СОСТАВ, СВОЙСТВА, ФУНКЦИИ, ВИДЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Воск представляет собой гидрофобный материал , изготовленный из длинноцепочечных жирных кислот и спиртов (сложных эфиров длинноцепочечных жирных кислот и спиртов). В природе они выполняют множество функций, поскольку естественным образом производятся многими видами растений и животных.

Слово «воск» (от английского «воск») происходит от латинского слова «воск», которое относится к веществу, производимому пчелами и используемому для создания сот. Этот термин в английском языке используется с той же коннотацией, поскольку он происходит от англосаксонского слова «weax», которое также используется для описания пчелиного воска (на английском языке beeswax).

Соты (изображение Pexels на www.pixabay.com)

Принимая во внимание вышеизложенное, следует понимать, что определение «воск» охватывает набор веществ, которые обладают некоторыми характеристиками, но не обязательно имеют одинаковые химические и / или физические свойства.

Однако, независимо от их химической идентичности, воски являются высокогидрофобными веществами, которые служат разным целям в зависимости от организма, который их производит. Многие живые существа используют их в качестве основного запаса энергии, а другие используют их в качестве защитных веществ на своей поверхности.

Хотя они столь же распространены у растений и животных, растительные воски описываются с наибольшей интенсивностью (и некоторые из них), поскольку они имеют биологическое значение для этих организмов, а также имеют промышленное значение с антропологической точки зрения.

Состав восков

Воски классически определяли как спиртовые эфиры длинноцепочечных жирных кислот, характеризующиеся длиной 24-30 атомов углерода, которые связаны с первичными спиртами, содержащими 16-36 атомов углерода (аналогично, они могут ассоциироваться со спиртами из стероидная группа).

Они образуются в результате реакций, включающих «союз» спирта и жирной кислоты, более или менее следующим образом:

CH3 (CH2) nCH2OH (спирт) + CH3 (CH2) nCOOH (жирная кислота) → CH3 (CH2) nCH2COOHCH2 (CH2) CH3 (восковой эфир) + H2O (вода)

Природа алифатических компонентов восков может быть чрезвычайно разнообразной и может быть обнаружена в этих жирных кислотах, первичных и вторичных спиртах, углеводородах, сложных эфирах стеролов, алифатических альдегидах, кетонах, дикетонах, триацилглицеринах, тритерпенах и стеринах, среди прочего.

Точно так же как длина цепи, так и степень насыщения и разветвления жирных кислот и других алифатических компонентов восков зависят от их происхождения.

Зная это, было показано, что воск, производимый растениями, отличается от парафина, производимого, например, морскими и наземными животными.

Свойства воска

Воски обладают различными физико-химическими свойствами, которые можно обобщить в небольшом списке:

- Его текстура может варьироваться от мягкой и послушной до твердой (пластик) или «хрупкой» при 20 ° C.

- Обычно они имеют очень низкую вязкость

- Они плохо растворимы в воде, но находятся в органических растворителях, хотя этот процесс сильно зависит от температуры.

функция

Воски выполняют множество функций как в царстве животных, так и в царстве растений, поскольку они являются чрезвычайно распространенными веществами в природе.

У животных

Воски представляют собой основной запас энергии для плавающих микроорганизмов, составляющих планктон.

Таким образом, воск в то же время является одним из основных источников метаболизма в основе пищевой цепи морских животных.

У животных есть особые кожные железы, которые выделяют воск для защиты их кожи и волос, делая их более гибкими, смазанными и водоотталкивающими.

У птиц есть железа, известная как «уропигеальная» железа, которая постоянно выделяет воск, поэтому она отвечает за сохранение «водонепроницаемости» перьев.

В растениях

Основная функция восков в растительных организмах - защита тканей.

Хорошим примером этого является восковое покрытие на листовых пластинках многих растений, которое снижает тепловое обезвоживание, вызванное солнечным светом.

Еще один пример, который можно упомянуть, - это восковое покрытие, которое покрывают многие семена, что помогает им избежать потери воды во время хранения.

Эти воски обычно заключаются между полимерами кутина и суберина, образуя аморфный слой на внешней поверхности растения. Многие растения имеют эпикутикулярный слой восковых кристаллов, которые перекрывают кутикулу и придают им сероватый или сероватый оттенок.

Воски не только предотвращают потерю воды, но также могут помочь растению предотвратить появление некоторых грибковых или бактериальных патогенов и играют фундаментальную роль во взаимодействии растений с насекомыми, помимо предотвращения повреждений, вызванных ультрафиолетовым излучением.

В индустрии

Воски биологического происхождения также очень полезны с промышленной точки зрения, поскольку они используются в производстве лекарств, косметики и т. Д.

Лосьоны, которые обычно используются для увлажнения кожи, а также полироли и некоторые мази, состоят из жировых смесей с пчелиным воском, бразильским пальмовым воском, воском из овечьей шерсти, воском кашалота и т. Д.

Воски также широко используются в промышленных покрытиях, которые обеспечивают водоотталкивающие свойства, а также в производстве веществ, используемых для полировки автомобилей.

Они используются для пластификации термоклеев, для смазки рабочего оборудования в металлургической промышленности и для замедленного высвобождения соединений, используемых в сельском хозяйстве и фармакологии.

Типы восков

Воски могут быть натуральными или синтетическими. «Натуральные» воски также могут иметь органическое или минеральное происхождение, причем последний является продуктом переработки лигнита (угля), поэтому они, как правило, не возобновляемые (например, вазелин или вазелин).

Воски животного и / или растительного происхождения считаются возобновляемыми и модифицируемыми натуральными восками, поскольку они могут быть модифицированы химическими методами, например, гидрогенизацией и повторной этерификацией.

Таким образом, в биологическом контексте парафины классифицируются в соответствии с источником, из которого они получены.

- растительные воски

Растения производят разные типы воска в разных частях своего тела: в листьях, цветках, плодах или семенах.

На что похож биосинтетический путь?

Алифатические компоненты растительных восков синтезируются в эпидермальных клетках из жирных кислот с очень длинными цепями (от 20 до 34 атомов углерода).

Синтез начинается с производства жирных кислот с 16 и 18 атомами углерода, которые изначально образуются в строме пластид благодаря активности растворимых ферментов, составляющих комплекс синтазы жирных кислот.

Впоследствии эти жирные кислоты удлиняются благодаря мультиферментным комплексам, связанным с мембраной, известным как элонгазы жирных кислот. В каждом удлинении двух атомов углерода происходит четыре реакции:

- Конденсация между жирным ацилом, этерифицированным до молекулы ацетил-Со-А (субстрат), и молекулой малонил-КоА

- уменьшение B-кето

- обезвоживание

- сокращение Enoil

Были описаны два основных пути производства компонентов растительных восков, один из них - это путь восстановления ацила, а другой - путь декарбонилирования. Первый приводит к синтезу спиртов и сложных эфиров парафина, а второй дает альдегиды, алканы, вторичные спирты и кетоны.

Путь восстановления ацила

Сложные эфиры ацил-КоА, образующиеся при удлинении цепи, восстанавливаются в двухстадийной реакции с участием промежуточного промежуточного соединения альдегидного типа и катализируются ферментом ацил-КоА-редуктазой. Полученный жирный спирт может быть этерифицирован с образованием сложного эфира воска благодаря ферменту ацил-КоА-спирт-трансацилазе.

Путь декарбонилирования

Первым шагом на этом пути является восстановление сложного эфира ацил-КоА до альдегида, опосредованное ферментом ацил-КоА-редуктазой. Когда фермент альдегиддекарбонилаза удаляет карбонильную группу из указанной молекулы, образуется алкан, который имеет на один атом углерода меньше, чем его предшественник жирной кислоты.

Этот углеводород может быть дополнительно метаболизирован путем введения гидроксильной группы в цепь через гидроксилазу или оксидазу, образуя вторичный спирт.

Заключительный этап производства восковых эфиров из длинноцепочечных спиртов и жирных кислот катализируется ферментом ацил-КоА: трансацилазой спирта, который также необходим для синтеза триацилглицеринов.

- Воски для животных

Животные также производят большое количество воска, особенно насекомые, киты, овцы и птицы, из которых они могут быть получены в биотехнологических целях.

Их биологическая полезность была изучена довольно подробно, и, в зависимости от рассматриваемого животного, они, в частности, могут служить целям защиты и общения.

Примеры биологических восков

- Воски для животных

пчелиный воск

Как следует из названия, этот тип воска производят пчелы, наиболее популярным из которых является Apis mellifera. У этих животных в брюшной полости есть специальные железы, которые выделяют воск, который они используют для создания сот, в которых откладывают яйца и устраивают улей.

Этот воск обычно получают как побочный продукт меда и используют для различных целей как в косметологии, так и в промышленности (производство свечей, полиролей, продуктов питания, текстиля, лаков и т. Д.). Он состоит из углеводородов, сложных эфиров, свободных кислот и других веществ, а более специализированные исследования показывают, что он богат церотовой кислотой и мирицином.

Спермацет

Кашалот - еще один хорошо известный тип животного воска, получаемый из полости в голове кита Physeter macrocephalus, который может производить до 3 тонн этого вещества, которое он использует в качестве сонара.

Он богат жирными эфирами, триглицеридами, свободными спиртами и кислотами; жирные эфиры включают в основном цетилпальмитат (32 атома углерода) и цетилмиристат (30 атомов углерода).

Этот животный воск широко используется в медицине, косметологии и фармацевтике, а также при производстве свечей.

Однако в настоящее время существуют некоторые международные правила, так как киты были убиты с единственной целью получения этого продукта, что означает большие потери для морской фауны.

- растительные воски

Пальмовый воск

Восковая пальма Copernicia cerifera Martius - это бразильский вид пальм, который производит один из самых важных растительных восков с коммерческой точки зрения.

Этот воск получают из верхней и нижней поверхности пальмовых листьев и находят множество применений как при приготовлении пищи, так и в косметологии, воском для мебели и автомобилей, производстве вощеной зубной нити и т. Д.

Выращивание восковой пальмы (Изображение Фернандо Артеага с www.pixabay.com)

Масло жожоба

Воск жожоба получают из Simmondsia chinensis, типичного кустарника из засушливых зон Мексики и США. Его семена богаты воском или маслом, получаемым холодным прессом и имеющим множество медицинских применений, являясь одним из основных заменителей кашалота.

Семена растения жожоба (Источник: Kenneth Bosma / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) через Wikimedia Commons)

Ссылки

1. Домингес, Э., и Эредиа, А. (1998). Воски: забытая тема в липидном обучении. Биохимическое образование, 26 (4), 315-316.
2. Файерстоун, Д. (2006). Физико-химические характеристики масел, жиров и восков (№ L-0671). Aocs Press.
3. Колаттукуды, ЧП (1970). Растительные воски. Липиды, 5 (2), 259-275.
4. Лусас, EW, Риаз, Миннесота, Алам, М.С., и Клаф, Р. (2017). Животные и растительные жиры, масла и воски. В Справочнике по промышленной химии и биотехнологии (стр. 823-932). Спрингер, Чам.
5. Пост-Бейттенмиллер, Д. (1996). Биохимия и молекулярная биология производства парафина у растений. Ежегодный обзор биологии растений, 47 (1), 405-430.
6. Тинто, У. Ф., Элуфиой, ТО, и Роуч, Дж. (2017). Воски. В фармакогнозии (стр. 443-455). Академическая пресса.