ВОСЪЦИ (БИОЛОГИЧНИ): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ФУНКЦИЯ, ВИДОВЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

А восък е хидрофобен материал, съставен от дълговерижни мастни киселини и алкохоли (естери на дълговерижни мастни киселини и алкохоли). Те имат множество функции в природата, тъй като се произвеждат по естествен начин от много растителни и животински видове.

Думата "восък" (от английски восък) произлиза от латинската дума "восък", която се отнася до веществото, произведено от пчелите и използвано за изграждане на гребените им. Терминът на английски език се използва със същата конотация, тъй като произлиза от англосаксонската дума „wox“, използвана също за описание на пчелен восък (на английски пчелен восък).

Пчелна пита (Изображение от Pexels на www.pixabay.com)

Имайки предвид горното, тогава се разбира, че определението на "восък" обхваща набор от вещества, които имат някои характеристики, но не е задължително да имат еднакви химични и / или физични свойства.

Въпреки това, независимо от химическата им идентичност, восъците са силно хидрофобни вещества, които служат за различни цели в зависимост от организма, който ги произвежда. Голям брой живи същества ги използват като основно вещество за запас на енергия, докато други ги използват като защитни вещества на повърхността си.

Въпреки че те са също толкова често срещани при растенията и животните, растителните восъци са тези, които са описани с най-голяма интензивност (и някои от определени животни), тъй като имат биологично значение за тези организми, а също така и индустриални от антропологична гледна точка.

Структура на восъците

Восъците са класически дефинирани като алкохолни естери на дълговерижни мастни киселини, характеризиращи се с дължина от 24-30 въглеродни атома, които се свързват с първични алкохоли с 16-36 въглеродни атома (също така те могат да се свързват с алкохоли от стероидна група).

Те се образуват от реакции, които включват "съединяване" на алкохол и мастна киселина, повече или по-малко, както следва:

CH3 (CH2) nCH2OH (алкохол) + CH3 (CH2) nCOOH (мастна киселина) → CH3 (CH2) nCH2COOHCH2 (CH2) CH3 (восъчен естер) + H2O (вода)

Характерът на алифатните компоненти на восъците може да бъде изключително променлив и може да бъде открит в тези мастни киселини, първични и вторични алкохоли, въглеводороди, стеролови естери, алифатни алдехиди, кетони, дикетони, триацилглицероли, тритерпени и стероли.

По същия начин както дължината на веригата, така и степента на насищане и разклоняване на мастните киселини и другите алифатни компоненти на восъците зависят от техния произход.

Знаейки това, е показано, че тези восъци, произведени в растенията, са различни и тези, които се произвеждат от морски животни и от сухоземни животни, например.

Свойства на восък

Восъците имат различни физикохимични свойства, които могат да бъдат обобщени в малък списък:

- Текстурата му може да варира от мека и управляема до твърда (пластмаса) или "чуплива" при 20 ° C

- Обикновено са с много нисък вискозитет

- Те са силно неразтворими във вода, но са в органични разтворители, въпреки че този процес зависи много от температурата

функция

Восъците изпълняват множество функции както в животинското, така и в царството на зеленчуците, тъй като те са изключително често срещани вещества в природата.

При животни

Восъците представляват основното съхранение на енергия за плаващите микроорганизми, съставляващи планктон.

По този начин восъците в същото време са един от основните метаболитни източници в основата на хранителната верига на морските животни.

Животните имат специални дермални жлези, които отделят восък, за да защитят кожата и косата си, което ги прави по-гъвкави, смазани и водоотблъскващи структури.

Птиците имат жлеза, известна като „уропигеална“ жлеза, която постоянно отделя восъци, поради което тя е отговорна за запазването на перата „водоустойчиви“.

В растенията

Основна функция на восъците в растителните организми е защитата на тъканите.

Добър пример за това е восъчното покритие върху листните остриета на много растения, което намалява топлинната дехидратация, предизвикана от слънчевата светлина.

Друг пример, който може да се спомене, е восъчното покритие, което много семена имат в козината си, което им помага да избегнат загубата на вода по време на съхранение.

Тези восъци обикновено се вграждат между рязани и суберинови полимери, представляващи аморфен слой върху външната повърхност на растението. Много растения имат епикутикулен слой от восъчни кристали, които припокриват кутикулата и им придават сивкав или жълтеникав вид.

Восъците не само предотвратяват загубата на вода, но също така могат да помогнат на растението да предотврати някои гъбични или бактериални патогени и да играят основна роля във взаимодействието между растения и насекоми, в допълнение към предотвратяване на щети, причинени от ултравиолетово лъчение.

В индустрията

Восъците от биологичен произход също са много полезни от индустриална гледна точка, тъй като се използват при производството на лекарства, козметика и др.

Лосионите, които обикновено се използват за хидратиране на кожата, както и лакове и някои мехлеми, се състоят от мастни смеси с пчелен восък, бразилски палмов восък, восък от агнешка вата, восък от кит за сперма и др.

Восъците се използват широко и при промишлени покрития, които позволяват водоотблъскване, както и при производството на вещества, използвани за полиране на автомобили.

Те се използват за пластифициране на горещи стопилки, за смазване на работното оборудване в металургичната промишленост и за да позволят забавено освобождаване на съединения, използвани в селското стопанство и фармакологията.

Видове восъци

Восъците могат да бъдат естествени или синтетични. "Естествените" восъци също могат да имат органичен или минерален произход, като последният е продукт на преработката на лигнитни въглища (въглища), поради което те обикновено са невъзобновяеми (като вазелин или вазелин).

Восъците от животински и / или растителен произход се считат за възобновяеми и модифицируеми естествени восъци, тъй като те могат да бъдат модифицирани чрез химични методи като хидрогениране и реестерификация например.

Така в биологичния контекст восъците се класифицират според източника, от който са получени.

- Растителни восъци

Растенията произвеждат различни видове восъци в различни части на тялото си: в листата, в цветята, в плодовете или в семената.

Какъв е биосинтетичният път?

Алифатните компоненти на растителните восъци се синтезират в епидермални клетки от мастни киселини с много дълги вериги (20 до 34 въглеродни атома).

Синтезът започва с производството на мастни киселини от 16 и 18 въглерода, които първоначално са възникнали в стромата на пластидите, благодарение на активността на разтворимите ензими, съставляващи синтазния комплекс на мастните киселини.

Впоследствие тези мастни киселини се удължават благодарение на мулти ензимните комплекси, свързани с мембраната, известна като елонгази на мастни киселини. Във всяко разширение на два въглеродни атома има четири реакции:

- Кондензация между мастна ацил, естерифицирана до ацетил Co-A молекула (субстрат) и малонил-CoA молекула

- редукция на B-кето

- дехидратация

- Намаляване на енола

Описани са два основни пътя за производството на компонентите на растителните восъци, единият от тях е пътя на ацилово редуциране, а другият - декарбонилиращият път. Първият води до синтеза на алкохоли и восъчни естери, докато вторият произвежда алдехиди, алкани, вторични алкохоли и кетони.

Път на намаляване на ацила

Ацил-CoA естерите, получени чрез удължаване на веригата, се редуцират в двуетапна реакция, включваща преходен междинен тип от алдехид и които се катализират от ензима ацил-CoA редуктаза. Произвежданият мастен алкохол може да бъде естерифициран до образуване на восъчен естер благодарение на ензима ацил-КоА алкохолна трансацилаза.

Пътят на декарбонилиране

Първият етап от този път е редукцията на ацил-CoA естер до алдехид, медииран от ензим ацил-CoA редуктаза. Когато ензимът на алдехид декарбонилаза премахва карбонилната група от споменатата молекула, се получава алкан, който има един по-малко въглероден атом от неговата прекурсорна мастна киселина.

Този въглеводород може да бъде допълнително метаболизиран чрез въвеждане на хидроксилна група във веригата чрез хидроксилаза или оксидаза, образувайки вторичен алкохол.

Последният етап за производството на восъчни естери от алкохоли и мастни киселини с дълги вериги се катализира от ензим ацил-КоА: алкохолна трансацилаза, който също е необходим за синтеза на триацилглицероли.

- Животни восъци

Животните също произвеждат големи количества восъци, особено насекоми, китове, овце и птици, от които могат да бъдат получени за биотехнологични цели.

Биологичната им полезност е проучена подробно и, в зависимост от въпросното животно, те могат да служат за защита и комуникационни цели, наред с други.

Примери за биологични восъци

- Животни восъци

Пчелен восък

Както подсказва името му, този вид восък се произвежда от пчели, като най-популярният е този от Apis mellifera. Тези животни имат в корема си специализирани жлези, които отделят восъка, който използват за изграждането на гребените, където снасят яйцата си и организират кошера.

Този восък обикновено се получава като страничен продукт от мед и се използва за различни цели, както в козметологията, така и в промишлеността (производство на свещи, полировки, храни, текстил, лакове и др.). Той е съставен от въглеводороди, естери, свободни киселини и други, а по-специализирани проучвания сочат, че е богат на церотична киселина и мирицин.

спермацет

Сперматозоидът е друг добре познат вид животински восък, получен от кухина в главата на кита Physeter macrocephalus, който може да произведе до 3 тона от това вещество, което използва като сонар.

Той е богат на мастни естери, триглицериди, свободни алкохоли и киселини; мастните естери включват главно цетил палмитат (32 въглерода) и цетил миристат (30 въглерода).

Този животински восък е широко използван в медицината, козметологията и фармацевтичните продукти, както и при производството на свещи.

Понастоящем обаче съществуват някои международни разпоредби, тъй като китовете са били убити с единствената цел да получат този продукт, което означава големи загуби за морската фауна.

- Растителни восъци

Палмов восък

Восъчната палма Copernicia cerifera Martius е бразилски вид палма, който произвежда един от най-важните растителни восъци от търговска гледна точка.

Този восък се получава от горната и долната повърхност на палмовите листа и има множество приложения както при приготвяне на храна, така и в козметологията, мебелното и кола маска, производството на восъчна зъбна нишка и др.

Отглеждане на восъчна палма (Изображение на Фернандо Артеага на www.pixabay.com)

Масло от жожоба

Восъкът от жожоба се добива от Simmondsia chinensis, типичен храст от сухите зони на Мексико и САЩ. Семената му са богати на восък или масло, които се получават чрез студена преса и които имат много лекарствени приложения, като са една от основните заместители на сперматозоида.

Семена от растение жожоба (Източник: Кенет Босма / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) чрез Wikimedia Commons)

Препратки

1. Domínguez, E., & Heredia, A. (1998). Восъците: забравена тема в липидното обучение. Биохимично образование, 26 (4), 315-316.
2. Firestone, D. (2006). Физични и химични характеристики на масла, мазнини и восъци (№ L-0671). Aocs Press.
3. Kolattukudy, PE (1970). Растителни восъци. Липиди, 5 (2), 259-275.
4. Lusas, EW, Riaz, MN, Alam, MS, & Clough, R. (2017). Животински и растителни мазнини, масла и восъци. В Наръчник по индустриална химия и биотехнологии (стр. 823-932). Springer, Cham.
5. Post-Beittenmiller, D. (1996). Биохимия и молекулярна биология на производството на восък в растенията. Годишен преглед на биологията на растенията, 47 (1), 405-430.
6. Tinto, WF, Elufioye, TO, & Roach, J. (2017). Восъци. Във фармакогнозията (стр. 443-455). Академична преса.