VOSKOVI (BIOLOŠKI): STRUKTURA, SVOJSTVA, FUNKCIJA, VRSTE - BIOLOGIJA - 2026

Vosak je hidrofobni materijal sastavljen od dugolančanih masnih kiselina i alkohola (esteri dugolančanih alkohola i masnih kiselina). U prirodi imaju više funkcija jer ih prirodno proizvode mnoge biljne i životinjske vrste.

Riječ "vosak" (od engleskog voska) potječe od latinske riječi "vosak", koja se odnosi na tvar koju proizvode pčele i koriste se za izgradnju njihovih češlja. Izraz u engleskom jeziku koristi se s istom konotacijom, jer proizlazi iz anglosaksonske riječi "wox" koja se koristi i za opisivanje pčelinjeg voska (na engleskom pčelinji vosak).

Saća (Slika Pexelsa na www.pixabay.com)

Uzimajući u obzir gore navedeno, tada se podrazumijeva da definicija "voska" obuhvaća skup tvari koje imaju neke karakteristike, ali ne moraju nužno imati ista kemijska i / ili fizička svojstva.

Međutim, bez obzira na njihov kemijski identitet, voskovi su visoko hidrofobne tvari koje služe različitim svrhama, ovisno o organizmu koji ih proizvodi. Veliki broj živih bića koristi ih kao glavnu supstancu rezerve energije, dok ih drugi koriste kao zaštitne tvari na svojoj površini.

Iako su jednako uobičajeni kod biljaka i životinja, biljni voskovi su oni koji su opisani s najvećim intenzitetom (i neke određene životinje), jer imaju biološki značaj za ove organizme, a također i antropološki s industrijskog stajališta.

Struktura voskova

Voskovi su klasično definirani kao alkoholni esteri masnih kiselina dugog lanca, karakterizirane duljinom od 24-30 atoma ugljika, koji se povezuju s primarnim alkoholima od 16-36 atoma ugljika (isto tako, mogu se povezati s alkoholima iz steroidna skupina).

Nastaju reakcijama koje uključuju "sjedinjenje" alkohola i masne kiseline, manje ili više kako slijedi:

CH3 (CH2) nCH2OH (alkohol) + CH3 (CH2) nCOOH (masna kiselina) → CH3 (CH2) nCH2COOHCH2 (CH2) CH3 (ester voska) + H2O (voda)

Priroda alifatskih komponenti voskova može biti iznimno promjenjiva, a mogu se naći između ovih masnih kiselina, primarnih i sekundarnih alkohola, ugljikovodonika, steroloških estera, alifatskih aldehida, ketona, diketona, triacilglicerola, triterpena i sterola.

Na isti način, duljina lanca i stupanj zasićenosti i razgranatosti masnih kiselina i ostalih alifatičkih komponenti voskova ovise o njihovom podrijetlu.

Znajući to, pokazalo se da su ti voskovi proizvedeni u biljkama različiti i oni koje proizvode, na primjer, morske životinje i kopnene životinje.

Svojstva voska

Voskovi imaju različita fizikalno-kemijska svojstva koja se mogu sažeti u malom popisu:

- Tekstura mu može varirati od mekanih i upravljivih do tvrdih (plastičnih) ili "lomljivih" na 20 ° C

- Obično su vrlo niske viskoznosti

- Jako su netopljivi u vodi, ali nalaze se u organskim otapalima, mada taj postupak dosta ovisi o temperaturi

Funkcija

Voskovi ispunjavaju više funkcija i u životinjskom i u biljnom carstvu, jer su u prirodi izuzetno česte tvari.

Kod životinja

Voskovi su glavni sastojak skladištenja energije plutajućih mikroorganizama koji čine plankton.

Dakle, voskovi su ujedno i jedan od glavnih metaboličkih izvora u osnovi prehrambenog lanca morskih životinja.

Životinje imaju posebne dermalne žlijezde koje luče vosak kako bi se zaštitila njihova koža i dlaka čineći ih fleksibilnijim, podmazanim i vodoodbojnim strukturama.

Ptice imaju žlijezdu poznatu kao "uropigealna" žlijezda, koja stalno luči vosak, zbog čega je odgovorna za održavanje perja "nepromočivim".

U biljkama

Primarna funkcija voska u biljnim organizmima je zaštita tkiva.

Dobar primjer za to je voštani premaz na listovima listova mnogih biljaka, koji smanjuje toplinsku dehidraciju izazvanu sunčevom svjetlošću.

Drugi primjer koji se može spomenuti je voštana prevlaka koju mnoštvo sjemenki ima u svom sloju, što im pomaže da izbjegnu gubitak vode tijekom skladištenja.

Ti voskovi su obično ugrađeni između polimera cutin i suberin, koji čine amorfni sloj na vanjskoj površini biljke. Mnoge biljke imaju epikutikularni sloj voštanih kristala koji prekrivaju kutikulu i daju im sivkast ili bezdušan izgled.

Voskovi ne samo da sprečavaju gubitak vode, već također mogu pomoći biljci da spriječi neke gljivične ili bakterijske patogene te igraju temeljnu ulogu u interakcijama biljaka i insekata, osim što sprečavaju štetu uzrokovanu ultraljubičastim zračenjem.

U industriji

Voskovi biološkog podrijetla također su vrlo korisni s industrijskog stajališta, jer se koriste u proizvodnji lijekova, kozmetike itd.

Losioni koji se obično koriste za hidratizaciju kože, kao i lakovi i neke masti, sastoje se od masnih mješavina s pčelinjim voskom, brazilskim palminim voskom, voskom od jagnjeće vune, voskom kitovog sjemena itd.

Voskovi se također široko koriste u industrijskim premazima koji omogućuju otpornost na vodu, kao i u proizvodnji tvari koje se koriste za poliranje automobila.

Koriste se za plastificiranje vrućih talina, za podmazivanje radne opreme u metalurškoj industriji i kako bi se omogućilo odloženo otpuštanje spojeva koji se koriste u poljoprivredi i farmakologiji.

Vrste voskova

Voskovi mogu biti prirodni ili sintetički. "Prirodni" voskovi također mogu imati organsko ili mineralno podrijetlo, posljednji su proizvod prerade lignita (ugljena), zbog čega se oni obično ne obnavljaju (poput vazelina ili vazelina).

Voskovi životinjskog i / ili biljnog podrijetla smatraju se obnovljivim i modificirajućim prirodnim voskovima, budući da se mogu modificirati, primjerice, kemijskim postupcima poput hidrogenacije i ponovne sterilizacije.

Tako se u biološkom kontekstu voskovi klasificiraju prema izvoru iz kojeg su dobiveni.

- Voćki od povrća

Biljke proizvode različite vrste voska u različitim dijelovima tijela: u lišću, cvjetovima, plodovima ili sjemenkama.

Kakav je biosintetski put?

Alifatske komponente biljnih voskova sintetizirane su u epidermalnim stanicama iz masnih kiselina s vrlo dugim lancima (20 do 34 atoma ugljika).

Sinteza započinje proizvodnjom masnih kiselina od 16 i 18 ugljika, koje u početku potiču iz strome plastida zahvaljujući aktivnosti topljivih enzima koji čine kompleks sintaze masnih kiselina.

Nakon toga, te masne kiseline se produžuju zahvaljujući multienzimskim kompleksima povezanim s membranom poznatom kao elongaze masnih kiselina. U svakom produženju dva ugljikova atoma postoje četiri reakcije:

- Kondenzacija između masnog acila esterificiranog u acetilnu molekulu Co-A (supstrat) i malonil-CoA molekule

- smanjenje B-ketoa

- dehidracija

- Smanjenje noktiju

Opisana su dva glavna puta za proizvodnju komponenti voća za povrće, jedan je put redukcije acila, a drugi put dekarbonilacije. Prva rezultira sintezom alkohola i estera voska, dok druga stvara aldehide, alkane, sekundarne alkohole i ketone.

Acilski redukcijski put

Acil-CoA esteri nastali produženjem lanca reduciraju se u reakciji u dva koraka koja uključuje prolazni intermedijer tipa aldehida, a katalizira ih enzim acil-CoA reduktaza. Proizvedeni masni alkohol može se esterificirati da formira voštani ester zahvaljujući enzim acil-CoA alkohol transacilaze.

Put dekarbonilacije

Prvi korak na tom putu je redukcija acil-CoA estera do aldehida posredovanog enzim acil-CoA reduktazom. Kad enzim aldehid dekarbonilaza ukloni karbonilnu skupinu iz navedene molekule, nastaje alkan koji ima jedan manje ugljikovog atoma od masne kiseline prethodnika.

Taj se ugljikovodik može dalje metabolizirati umetanjem hidroksilne skupine u lanac preko hidroksilaze ili oksidaze, tvoreći sekundarni alkohol.

Posljednji korak za proizvodnju estera voska iz alkohola i masnih kiselina dugog lanca katalizira enzil acil-CoA: alkohol transacilaze, koji je također potreban za sintezu triacilglicerola.

- životinjski voskovi

Životinje također proizvode velike količine voska, posebno insekata, kitova, ovaca i ptica iz kojih se mogu dobiti u biotehnološke svrhe.

Njihova biološka korisnost proučena je u pojedinostima i, ovisno o dotičnoj životinji, mogu služiti zaštitnim i komunikacijskim svrhama, među ostalim.

Primjeri bioloških voskova

- životinjski voskovi

Pčelinji vosak

Kao što mu ime govori, ovu vrstu voska proizvode pčele, od kojih je najpopularnija Apis mellifera. Ove životinje imaju specijalizirane žlijezde u trbuhu koje odvajaju vosak koji koriste za izgradnju češlja u koje odlažu jaja i organiziraju košnicu.

Ovaj vosak obično se dobiva kao nusproizvod meda i koristi se u različite svrhe, kako u kozmetologiji, tako i u industriji (proizvodnja svijeća, lakova, hrane, tekstila, lakova itd.). Sastoji se od ugljikovodika, estera, slobodnih kiselina i drugih, a više specijalizirana istraživanja govore da je bogata cerotskom kiselinom i miricinom.

Spermacet

Sperma kitova je još jedna dobro poznata vrsta životinjskog voska, dobivena iz šupljine u glavi kita Physeter macrocephalus, koja može proizvesti do 3 tone ove tvari koju koristi kao sonar.

Bogata je masnim esterima, trigliceridima, slobodnim alkoholima i kiselinama; masni esteri uključuju uglavnom cetil palmitat (32 ugljika) i cetil miristat (30 ugljika).

Ovaj životinjski vosak široko se koristi u medicini, kozmetologiji i farmaceutskim proizvodima, kao i u proizvodnji svijeća.

Međutim, trenutno postoje neki međunarodni propisi jer su kitovi ubijeni s jedinom svrhom dobivanja ovog proizvoda, što znači velike gubitke za morsku faunu.

- Voćki od povrća

Palmin vosak

Vosak palmi Copernicia cerifera Martius je brazilska vrsta palmi koja s komercijalnog stanovišta proizvodi jedan od najvažnijih biljnih voskova.

Ovaj vosak dobiva se s gornje i donje površine palminog lišća i ima višestruku primjenu kako u pripremi hrane, tako i u kozmetologiji, depilaciji namještaja i automobila, proizvodnji zubnih vlakana od voska, itd.

Uzgoj voska palmi (Slika Fernando Arteaga na www.pixabay.com)

Ulje jojobe

Vosak jojobe dobiva se iz Simmondsia chinensis, tipičnog grmlja iz sušnih zona Meksika i Sjedinjenih Država. Njegove sjemenke bogate su voskom ili uljem koje se dobiva hladnom prešom i koje imaju mnoge ljekovite svrhe, a jedna su od glavnih zamjena za kitove sperme.

Sjeme biljke jojobe (Izvor: Kenneth Bosma / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) putem Wikimedia Commonsa)

Reference

1. Domínguez, E., i Heredia, A. (1998). Voskovi: zaboravljena tema u podučavanju lipida. Biokemijsko obrazovanje, 26 (4), 315-316.
2. Firestone, D. (2006). Fizička i kemijska svojstva ulja, masti i voskova (br. L-0671). Aocs Press.
3. Kolattukudy, PE (1970). Biljni voskovi. Lipidi, 5 (2), 259-275.
4. Lusas, EW, Riaz, MN, Alam, MS, & Clough, R. (2017). Životinjske i biljne masti, ulja i voskovi. U Priručniku za industrijsku kemiju i biotehnologiju (str. 823-932). Springer, Cham.
5. Post-Beittenmiller, D. (1996). Biokemija i molekularna biologija proizvodnje voska u biljkama. Godišnji pregled biljne biologije, 47 (1), 405-430.
6. Tinto, WF, Elufioye, TO, & Roach, J. (2017). Voskovi. U farmakognoziji (str. 443-455). Akademska štampa.