VOSKY (BIOLOGICKÉ): ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, FUNKCIA, TYPY - BIOLÓGIE - 2026

Vosk je hydrofóbna materiál skladá z mastných kyselín a alkoholov s dlhým reťazcom (esterov mastných kyselín s dlhým reťazcom a alkoholy). Majú v prírode viac funkcií, keďže ich prirodzene produkuje mnoho druhov rastlín a živočíchov.

Slovo „vosk“ (z anglického vosku) pochádza z latinského slova „vosk“, ktoré sa vzťahuje na látku, ktorú produkujú včely a ktorá sa používa na výrobu hrebeňov. Termín v angličtine sa používa s rovnakou konotáciou, pretože pochádza z anglosaského slova „weax“, ktoré sa tiež používa na opis včelieho vosku (v anglickom včelího vosku).

Plást (Obrázok od Pexels na www.pixabay.com)

Berúc do úvahy vyššie uvedené, je zrejmé, že definícia „vosku“ zahŕňa súbor látok, ktoré majú určité vlastnosti, ale nemusia nevyhnutne mať rovnaké chemické a / alebo fyzikálne vlastnosti.

Avšak, bez ohľadu na ich chemickú identitu, vosky sú vysoko hydrofóbne látky, ktoré slúžia na rôzne účely v závislosti od organizmu, ktorý ich vyrába. Veľké množstvo živých bytostí ich používa ako hlavnú energetickú rezervnú látku, zatiaľ čo iné ich používajú ako ochranné látky na svojom povrchu.

Aj keď sú rovnako bežné v rastlinách a zvieratách, rastlinné vosky sú tie, ktoré boli opísané s najväčšou intenzitou (a niektoré z niektorých zvierat), pretože majú biologický význam pre tieto organizmy a sú z hľadiska antropologického aj priemyselné.

Štruktúra voskov

Vosky boli klasicky definované ako alkoholické estery mastných kyselín s dlhým reťazcom, ktoré sa vyznačujú dĺžkou 24 až 30 atómov uhlíka, ktoré sa spájajú s primárnymi alkoholmi so 16 až 36 atómami uhlíka (podobne sa môžu spájať s alkoholmi z steroidná skupina).

Tvoria sa reakciami, ktoré zahŕňajú „spojenie“ alkoholu a mastných kyselín, viac-menej nasledovne:

CH3 (CH2) nCH20H (alkohol) + CH3 (CH2) nCOOH (mastná kyselina) → CH3 (CH2) nCH2COOHCH2 (CH2) CH3 (voskový ester) + H20 (voda)

Povaha alifatických zložiek voskov môže byť nesmierne variabilná a nachádza sa medzi nimi okrem iného primárne a sekundárne alkoholy, uhľovodíky, estery sterolov, alifatické aldehydy, ketóny, diketóny, triacylglyceroly, triterpény a steroly.

Rovnako tak dĺžka reťazca, ako aj stupeň nasýtenia a vetvenia mastných kyselín a ďalších alifatických zložiek voskov závisia od ich pôvodu.

S týmto vedomím sa ukázalo, že vosky produkované v rastlinách sú rôzne a také, ktoré sa vyrábajú napríklad z morských živočíchov a suchozemských zvierat.

Vlastnosti vosku

Vosky majú rôzne fyzikálno-chemické vlastnosti, ktoré možno zhrnúť v malom zozname:

- Jeho štruktúra sa môže líšiť od mäkkej a zvládnuteľnej po tvrdú (plastovú) alebo „rozbitnú“ pri 20 ° C

- Zvyčajne sú veľmi nízke viskozity

- Sú veľmi nerozpustné vo vode, ale sú v organických rozpúšťadlách, hoci tento proces do veľkej miery závisí od teploty

funkcie

Vosky plnia viac funkcií v živočíšnych aj rastlinných ríšach, pretože sú v prírode mimoriadne bežné.

U zvierat

Vosky predstavujú hlavnú zložku na ukladanie energie pre plávajúce mikroorganizmy, ktoré tvoria planktón.

Vosky sú teda súčasne jedným z hlavných metabolických zdrojov na báze potravinového reťazca morských živočíchov.

Zvieratá majú špeciálne dermálne žľazy, ktoré vylučujú vosk, aby chránili svoju pokožku a vlasy, vďaka čomu sú pružnejšie, mazané a odpudzujú vodu.

Vtáky majú žľazu známu ako „uropygálna“ žľaza, ktorá neustále vylučuje vosky, a preto je zodpovedná za udržiavanie peria „nepremokavej“.

V rastlinách

Primárnou funkciou voskov v rastlinných organizmoch je ochrana tkanív.

Dobrým príkladom je voskový povlak na listoch listov mnohých rastlín, ktorý znižuje dehydratáciu tepla spôsobenú slnečným žiarením.

Ďalším príkladom, ktorý možno spomenúť, je voskovitý povlak, ktorý má veľa semien vo svojom plášti, čo im pomáha zabrániť strate vody počas skladovania.

Tieto vosky sú obvykle zapuzdrené medzi kutínovými a suberínovými polymérmi, ktoré tvoria amorfnú vrstvu na vonkajšom povrchu rastliny. Mnoho rastlín má epikutikulárnu vrstvu voskovitých kryštálov, ktoré prekrývajú kutikulu a dodávajú im sivastý alebo oslnivý vzhľad.

Vosky nielen zabraňujú strate vody, ale môžu tiež pomôcť rastliny zabrániť niektorým hubovým alebo bakteriálnym patogénom a zohrávajú kľúčovú úlohu pri interakciách rastlín a hmyzu, okrem toho, že bránia poškodeniu spôsobenému ultrafialovým žiarením.

V priemysle

Vosky biologického pôvodu sú tiež veľmi užitočné z priemyselného hľadiska, pretože sa používajú pri výrobe liekov, kozmetiky atď.

Pleťové vody, ktoré sa zvyčajne používajú na hydratáciu pokožky, ako aj leštidlá a niektoré masti, sa skladajú z tukových zmesí s včelím voskom, brazílskym palmovým voskom, jahňacím voskom, voskom z spermie veľrýb atď.

Vosky sa tiež široko používajú v priemyselných náteroch, ktoré umožňujú odpudzovanie vody, ako aj pri výrobe látok používaných na leštenie automobilov.

Používajú sa pri plastifikácii horúcich tavenín, pri mazaní pracovných prostriedkov v hutníckom priemysle a umožňujú oneskorené uvoľňovanie zlúčenín používaných v poľnohospodárstve a farmakológii.

Druhy voskov

Vosky môžu byť prírodné alebo syntetické. „Prírodné“ vosky môžu mať aj organický alebo minerálny pôvod, pričom posledný uvedený je produktom spracovania hnedého uhlia (uhlia), a preto nie sú vo všeobecnosti neobnoviteľné (napríklad vazelína alebo vazelína).

Vosky živočíšneho a / alebo rastlinného pôvodu sa považujú za obnoviteľné a modifikovateľné prírodné vosky, pretože sa môžu modifikovať napríklad chemickými metódami, ako je napríklad hydrogenácia a reesterifikácia.

V biologickom kontexte sú teda vosky klasifikované podľa zdroja, z ktorého sú získané.

- Rastlinné vosky

Rastliny produkujú rôzne druhy voskov v rôznych častiach tela: v listoch, kvetoch, ovocí alebo v semenách.

Aká je biosyntetická cesta?

Alifatické zložky rastlinných voskov sa syntetizujú v epidermálnych bunkách z mastných kyselín s veľmi dlhými reťazcami (20 až 34 atómov uhlíka).

Syntéza začína produkciou mastných kyselín so 16 a 18 uhlíkmi, ktoré pôvodne vznikajú v stróme plastidov vďaka aktivite rozpustných enzýmov, ktoré tvoria komplex syntázy mastných kyselín.

Následne sa tieto mastné kyseliny predlžujú vďaka multi-enzýmovým komplexom spojeným s membránou známou ako elongázy mastných kyselín. V každom predĺžení dvoch atómov uhlíka existujú štyri reakcie:

- Kondenzácia medzi mastným acylesterifikovaným na molekulu acetyl Co-A (substrát) a molekulou malonyl-CoA.

- redukcia B-keto

- dehydratácia

- Redukcia očných vĺn

Boli opísané dve hlavné cesty výroby zložiek rastlinných voskov, jedna z nich je cesta redukcie acylu a druhá cesta dekarbonylácie. Prvý spôsob vedie k syntéze alkoholov a esterov vosku, zatiaľ čo druhý vedie k vzniku aldehydov, alkánov, sekundárnych alkoholov a ketónov.

Acyl redukčná cesta

Estery acyl-CoA produkované predlžovaním reťazca sú redukované v dvojkrokovej reakcii zahŕňajúcej prechodný medziprodukt aldehydového typu a ktoré sú katalyzované enzýmom acyl-CoA reduktáza. Vytvorený mastný alkohol môže byť esterifikovaný za vzniku voskového esteru vďaka enzýmu acyl-CoA alkoholovej transacyláze.

Dekarbonylačná cesta

Prvým krokom v tejto ceste je redukcia esteru acyl-CoA na aldehyd sprostredkovaný enzýmom acyl-CoA reduktázy. Keď aldehyd dekarbonylázový enzým odstráni karbonylovú skupinu z uvedenej molekuly, vytvorí sa alkán, ktorý má o jeden atóm uhlíka menej ako jeho prekurzorová mastná kyselina.

Tento uhľovodík sa môže ďalej metabolizovať inzerciou hydroxylovej skupiny v reťazci prostredníctvom hydroxylázy alebo oxidázy za vzniku sekundárneho alkoholu.

Posledný krok výroby voskových esterov z alkoholov s dlhými reťazcami a mastných kyselín je katalyzovaný acyl-CoA enzýmom: alkoholovou transacylázou, ktorá je tiež potrebná na syntézu triacylglycerolov.

- Živočíšne vosky

Zvieratá tiež produkujú veľké množstvá voskov, najmä hmyzu, veľryby, ovce a vtáky, z ktorých sa dajú získať na biotechnologické účely.

Ich biologická užitočnosť bola podrobne študovaná av závislosti od príslušného zvieraťa môžu slúžiť okrem iného na účely ochrany a komunikácie.

Príklady biologických voskov

- Živočíšne vosky

Včelí vosk

Ako už názov napovedá, tento druh vosku produkujú včely, z ktorých najobľúbenejší je druh Apis mellifera. Tieto zvieratá majú v bruchu špecializované žľazy, ktoré vylučujú vosk, ktorý používajú na vytváranie hrebeňov, na ktorých kladú svoje vajíčka, a organizujú úľ.

Tento vosk sa bežne získava ako vedľajší produkt medu a používa sa na rôzne účely, tak v kozmetike, ako aj v priemysle (výroba sviečok, leštidiel, potravín, textilu, lakov atď.). Skladá sa z uhľovodíkov, esterov, voľných kyselín a ďalších a špecializovanejšie štúdie naznačujú, že je bohatá na kyselinu cerotovú a myricín.

tuk z vorvaňa

Veľryba spermie je ďalší dobre známy druh živočíšneho vosku, ktorý sa získava z dutiny v hlave veľryby Physeter macrocephalus, ktorá môže produkovať až 3 tony tejto látky, ktorú používa ako sonar.

Je bohatý na estery mastných kyselín, triglyceridy, voľné alkoholy a kyseliny; mastné estery zahŕňajú hlavne cetyl palmitát (32 uhlíkov) a cetyl myristát (30 uhlíkov).

Tento živočíšny vosk sa široko používa v medicíne, kozmetike a farmaceutických výrobkoch, ako aj pri výrobe sviečok.

V súčasnosti však existujú niektoré medzinárodné nariadenia, keďže veľryby boli usmrtené iba za účelom získania tohto produktu, čo znamená veľké straty pre morskú faunu.

- Rastlinné vosky

Palmový vosk

Vosková dlaň Copernicia cerifera Martius je brazílsky druh dlane, ktorý z komerčného hľadiska produkuje jednu z najdôležitejších rastlinných voskov.

Tento vosk sa získava z horného a spodného povrchu palmových listov a má viacnásobné uplatnenie pri príprave potravín, ako aj v kozmetike, nábytkárskom a automobilovom vosku, výrobe voskovanej zubnej nite atď.

Pestovanie voskových dlaní (Obrázok Fernando Arteaga na www.pixabay.com)

Jojobový olej

Jojobový vosk sa získava z Simmondsia chinensis, typického kríka z vyprahnutých zón Mexika a Spojených štátov. Jeho semená sú bohaté na vosk alebo olej, ktorý sa získava lisovaním za studena a ktorý má mnoho liečivých aplikácií, pretože je jednou z hlavných náhrad za veľryby spermie.

Semená rastlín jojoby (Zdroj: Kenneth Bosma / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) prostredníctvom Wikimedia Commons)

Referencie

1. Domínguez, E., & Heredia, A. (1998). Vosky: zabudnutá téma vo vyučovaní lipidov. Biochemical Education, 26 (4), 315 - 316.
2. Firestone, D. (2006). Fyzikálne a chemické vlastnosti olejov, tukov a voskov (č. L-0671). Aocs Press.
3. Kolattukudy, PE (1970). Rastlinné vosky. Lipids, 5 (2), 259-275.
4. Lusas, EW, Riaz, MN, Alam, MS a Clough, R. (2017). Živočíšne a rastlinné tuky, oleje a vosky. V Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology (pp. 823-932). Springer, Cham.
5. Post-Beittenmiller, D. (1996). Biochémia a molekulárna biológia výroby vosku v rastlinách. Ročný prehľad rastlinnej biológie, 47 (1), 405-430.
6. Tinto, WF, Elufioye, TO a Roach, J. (2017). Vosky. In Pharmacognosy (pp. 443 - 455). Academic Press.