VAŠKAI (BIOLOGINIAI): STRUKTŪRA, SAVYBĖS, FUNKCIJA, TIPAI - BIOLOGIJA - 2025

Vaškas yra hidrofobinė medžiaga sudaryta iš Ilgagrandžių riebalų rūgščių ir alkoholių (esterių Ilgagrandžių riebalų rūgščių ir alkoholių). Jie gamtoje turi keletą funkcijų, nes juos gamina daugelis augalų ir gyvūnų rūšių.

Žodis „vaškas“ (iš angliško vaško) kildinamas iš lotyniško žodžio „vaškas“, kuris reiškia medžiagą, kurią gamina bitės ir kuri naudojama jų šukoms kurti. Terminas anglų kalba vartojamas su ta pačia konotacija, nes jis kilęs iš anglosaksiško žodžio „weax“, taip pat vartojamo bičių vaškui apibūdinti (angliškai bičių vaškas).

Korys („Pexels“ paveikslėlis www.pixabay.com)

Atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta, suprantama, kad "vaško" apibrėžimas apima medžiagų, turinčių tam tikras savybes, rinkinį, tačiau nebūtinai turinčias tas pačias chemines ir (arba) fizines savybes.

Tačiau, nepaisant jų cheminės tapatybės, vaškai yra labai hidrofobinės medžiagos, turinčios skirtingą paskirtį, atsižvelgiant į juos gaminantį organizmą. Daugybė gyvų būtybių jas naudoja kaip pagrindinę energijos atsargų medžiagą, o kitos jas naudoja kaip apsaugines medžiagas savo paviršiuje.

Nors jie yra tokie pat paplitę augaluose ir gyvūnuose, augalų vaškai yra aprašyti didžiausiu intensyvumu (ir kai kuriems gyvūnams), nes jie turi biologinę reikšmę šiems organizmams ir antropologiniu požiūriu yra pramoniniai.

Vaškų struktūra

Vaškai klasifikuojami kaip ilgųjų grandinių riebiųjų rūgščių alkoholiniai esteriai, pasižymintys 24–30 anglies atomų ilgiu, kurie asocijuojasi su 16–36 anglies atomų pirminiais alkoholiais (taip pat jie gali būti siejami su alkoholiais iš steroidų grupė).

Jie susidaro dėl reakcijų, apimančių alkoholio ir riebalų rūgščių „sąjungą“, daugiau ar mažiau taip:

CH3 (CH2) nCH2OH (alkoholis) + CH3 (CH2) nCOOH (riebalų rūgštis) → CH3 (CH2) nCH2COOHCH2 (CH2) CH3 (vaško esteris) + H2O (vanduo)

Alifatinių vaškų komponentų pobūdis gali būti labai įvairus, be to, jų galima rasti riebalų rūgštyse, pirminiuose ir antriniuose alkoholiuose, angliavandeniliuose, sterolių esteriuose, alifatiniuose aldehiduose, ketonuose, diketonuose, triacilglicerinuose, triterpenuose ir sterinuose.

Tuo pačiu būdu tiek riebalų rūgščių, tiek kitų alifatinių vaškų komponentų grandinės ilgis, prisotinimo ir išsišakojimo laipsnis priklauso nuo jų kilmės.

Žinant tai, buvo parodyta, kad tie vaškai, kurie gaminami augaluose, yra skirtingi, ir tie, kuriuos gamina, pavyzdžiui, jūrų gyvūnai ir sausumos gyvūnai.

Vaško savybės

Vaškai turi skirtingas fizikines ir chemines savybes, kurias galima apibendrinti mažame sąraše:

- Jo tekstūra gali kisti nuo minkštos ir lengvai valdomos iki kietos (plastikinės) arba „sulaužoma“ 20 ° C temperatūroje

- Paprastai jų klampumas yra labai mažas

- Jie labai netirpsta vandenyje, bet yra organiniuose tirpikliuose, nors šis procesas labai priklauso nuo temperatūros

Funkcija

Vaškai atlieka daugybę funkcijų tiek gyvūnų, tiek daržovių karalystėje, nes jie yra ypač paplitusios medžiagos gamtoje.

Gyvūnuose

Vaškai yra pagrindinis plintančių mikroorganizmų, sudarančių planktoną, energijos kaupimo junginys.

Taigi vaškai tuo pačiu metu yra vienas iš pagrindinių medžiagų apykaitos šaltinių jūros gyvūnų maisto grandinės pagrindu.

Gyvūnai turi specialias odos liaukas, kurios išskiria vaškus, kad apsaugotų jų odą ir plaukus, todėl jos tampa lankstesnės, suteptos ir vandenį atstumiančios struktūros.

Paukščiai turi liauką, vadinamą „uropygeal“ liauka, kuri nuolat išskiria vaškus, todėl ji yra atsakinga už plunksnų „neperšlampamumą“.

Augaluose

Pagrindinė augalų organizmų vaško funkcija yra audinių apsauga.

Puikus to pavyzdys yra daugelio augalų lapų ašmenų vaškinė danga, kuri sumažina saulės šviesos sukeltą šilumos dehidrataciją.

Kitas pavyzdys, kurį galima paminėti, yra vaškinė danga, kurią daug sėklų turi kailyje, kuri padeda išvengti vandens praradimo juos sandėliuojant.

Šie vaškai paprastai yra įterpiami tarp cutin ir suberin polimerų, sudarantys amorfinį sluoksnį išoriniame augalo paviršiuje. Daugelis augalų turi epicitulinį vaškinių kristalų sluoksnį, kuris uždengia kutikulę ir suteikia jiems pilkšvą ar gelsvą išvaizdą.

Vaškai ne tik apsaugo nuo vandens praradimo, bet ir gali padėti augalui užkirsti kelią kai kuriems grybeliniams ar bakteriniams patogenams ir atlikti pagrindinį vaidmenį augalų ir vabzdžių sąveikoje, be to, neleidžia išvengti ultravioletinių spindulių daromos žalos.

Pramonėje

Biologinės kilmės vaškai taip pat yra labai naudingi pramoniniu požiūriu, nes jie naudojami gaminant vaistus, kosmetiką ir kt.

Losjonai, paprastai naudojami odai hidruoti, taip pat blizginimo priemonės ir kai kurie tepalai yra sudaryti iš riebalų mišinių su bičių vašku, Brazilijos palmių vašku, avienos vilnos vašku, spermos banginio vašku ir kt.

Vaškai taip pat plačiai naudojami pramoninėse dangose, leidžiančiose atstumti vandenį, taip pat gaminant medžiagas, naudojamas automobilių poliravimui.

Jie naudojami plastifikuojant karštus išlydžius, sutepant darbo įrangą metalurgijos pramonėje ir leidžiant atidėlioti junginių, naudojamų žemės ūkyje ir farmakologijoje, išsiskyrimą.

Vaškų rūšys

Vaškai gali būti natūralūs arba sintetiniai. „Natūralūs“ vaškai taip pat gali turėti organinės arba mineralinės kilmės, nes pastarieji yra lignito (anglių) perdirbimo produktai, todėl jie paprastai neatsinaujina (pvz., Vazelinas ar vazelinas).

Gyvūninės ir (arba) augalinės kilmės vaškai yra laikomi atsinaujinančiais ir modifikuojamais natūraliais vaškais, nes juos galima modifikuoti, pavyzdžiui, cheminiais metodais, tokiais kaip hidrinimas ir pakartotinis esterinimas.

Taigi biologiniame kontekste vaškai klasifikuojami pagal šaltinį, iš kurio jie gauti.

- augalinis vaškas

Augalai gamina įvairių rūšių vaškus skirtingose ​​savo kūno vietose: lapuose, žieduose, vaisiuose ar sėklose.

Kaip atrodo biosintetinis kelias?

Alifatiniai augalinio vaško komponentai yra sintetinami epidermio ląstelėse iš riebalų rūgščių, turinčių labai ilgas grandines (nuo 20 iki 34 anglies atomų).

Sintezė prasideda gaunant 16 ir 18 anglies riebalų rūgščių, kurios iš pradžių kyla iš plastidžių stromos dėl tirpių fermentų, sudarančių sudėtingą riebalų rūgščių sintazę, aktyvumo.

Vėliau šios riebalų rūgštys pailgėja dėl daugelio fermentų kompleksų, susijusių su membrana, vadinama riebalų rūgščių pailgėjimu. Kiekviename dviejų anglies atomų pratęsime vyksta keturios reakcijos:

- Kondensacija tarp riebalinio acilo, esterinto iki acetil-Co-A molekulės (substrato), ir malonilo-CoA molekulės.

- B-keto redukcija

- dehidracija

- Enoilo sumažinimas

Aprašyti du pagrindiniai augalinio vaško komponentų gamybos būdai: vienas iš jų yra acilo redukcijos būdas, o kitas - dekarbonilinimo būdas. Pirmasis lemia alkoholių ir vaško esterių sintezę, o pastarieji gamina aldehidus, alkanus, antrinius alkoholius ir ketonus.

Acilo redukcijos kelias

Acilo-CoA esteriai, gaunami grandinės pailginimo metu, redukuojami vykstant dviejų pakopų reakcijai, kurioje dalyvauja pereinamasis aldehido tipo tarpinis produktas ir kuriuos katalizuoja fermento acil-CoA reduktazė. Pagamintą riebalų alkoholį galima esterinti, kad susidarytų vaško esteris, naudojant fermento acil-CoA alkoholio transacilą.

Dekarbonilinimo kelias

Pirmasis žingsnis šiame kelyje yra acil-CoA esterio redukcija į aldehidą, kurį veikia acil-CoA reduktazės fermentas. Kai aldehido dekarbonilazės fermentas pašalina karbonilo grupę iš minėtos molekulės, gaunamas alkanas, turintis vienu mažiau anglies atomo nei jo pirmtako riebalų rūgštis.

Šis angliavandenilis gali būti toliau metabolizuojamas įterpiant hidroksilo grupę į grandinę per hidroksilazę arba oksidazę, formuojant antrinį alkoholį.

Paskutinis vaško esterių gamybos iš ilgos grandinės alkoholių ir riebalų rūgščių gamybos etapas yra katalizuojamas acil-CoA fermentu: alkoholio transacilaze, kuris taip pat reikalingas triacilglicerolių sintezei.

- Gyvūnų vaškai

Gyvūnai taip pat gamina didelius kiekius vaškų, ypač vabzdžių, banginių, avių ir paukščių, iš kurių juos galima gauti biotechnologiniais tikslais.

Jų biologinis naudingumas buvo išsamiai ištirtas ir, atsižvelgiant į aptariamą gyvūną, jie, be kita ko, gali būti naudojami apsaugos ir komunikacijos tikslais.

Biologinių vaškų pavyzdžiai

- Gyvūnų vaškai

Bičių vaškas

Kaip rodo jo pavadinimas, šios rūšies vašką gamina bitės, iš kurių populiariausias yra Apis mellifera. Šių gyvūnų pilve yra specializuotos liaukos, išskiriančios vašką, kurį jie naudoja šukoms statyti, kur deda kiaušinius, ir organizuoti avilį.

Šis vaškas paprastai gaunamas kaip šalutinis medaus produktas ir naudojamas įvairiems tikslams - tiek kosmetologijoje, tiek pramonėje (žvakių, blizginimo priemonių, maisto, tekstilės, lakų ir kt. Gamyboje). Jį sudaro angliavandeniliai, esteriai, laisvosios rūgštys ir kt., O labiau specializuoti tyrimai rodo, kad jame gausu cerotinės rūgšties ir myricin.

Spermaceti

Spermos banginis yra dar viena gerai žinoma gyvūninio vaško rūšis, gaunama iš ertmės Physeter macrocephalus banginio galvos gale. Jame gali būti iki 3 tonų šios medžiagos, kurią jis naudoja kaip sonarą.

Jame gausu riebalų esterių, trigliceridų, laisvųjų alkoholių ir rūgščių; riebalų esteriuose daugiausia yra cetilpalmitatas (32 angliavandeniliai) ir cetilo miristatas (30 anglių).

Šis gyvūninis vaškas buvo plačiai naudojamas medicinoje, kosmetologijoje ir farmacijoje, taip pat žvakių gamyboje.

Tačiau šiuo metu galioja kai kurie tarptautiniai reglamentai, nes banginiai buvo nužudyti vien tam, kad gautų šį produktą, o tai reiškia didelius nuostolius jūrų faunai.

- augalinis vaškas

Palmių vaškas

Vaško palmė „Copernicia cerifera Martius“ yra Brazilijos palmių rūšis, gaminanti vieną iš komerciškai svarbiausių augalinių vaškų.

Šis vaškas gaunamas iš viršutinio ir apatinio palmių lapų paviršiaus. Jis gali būti naudojamas tiek ruošiant maistą, tiek atliekant kosmetologiją, baldų ir automobilių vaškavimą, vaškuotų dantų siūlų gamybą ir kt.

Vaško palmių auginimas (Fernando Arteaga atvaizdas www.pixabay.com)

Jojoba aliejus

Jojobos vaškas gaunamas iš Simmondsia chinensis, tipiško krūmo iš sausringų Meksikos ir JAV zonų. Jos sėklose gausu vaško ar aliejaus, gaunamo šalto spaudimo būdu ir kuris yra daug medicininio pritaikymo būdų, kuris yra vienas iš pagrindinių spermos banginių pakaitalų.

Jojobos augalo sėklos (Šaltinis: Kenneth Bosma / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) per „Wikimedia Commons“)

Nuorodos

1. Domínguez, E., ir Heredia, A. (1998). Vaškai: pamiršta lipidų tema. Biocheminis švietimas, 26 (4), 315-316.
2. Firestone, D. (2006). Aliejų, riebalų ir vaškų fizinės ir cheminės savybės (Nr. L-0671). „Aocs Press“.
3. Kolattukudy, PE (1970). Augalų vaškai. Lipidai, 5 (2), 259–275.
4. Lusas, EW, Riaz, MN, Alam, MS, & Clough, R. (2017). Gyvūniniai ir augaliniai riebalai, aliejai ir vaškai. Pramoninės chemijos ir biotechnologijų vadove (p. 823–932). Springeris, Chamas.
5. Post-Beittenmiller, D. (1996). Vaisių auginimo biochemija ir molekulinė biologija augaluose. Metinė augalų biologijos apžvalga, 47 (1), 405–430.
6. Tinto, WF, Elufioye, TO, & Roach, J. (2017). Vaškai. „Farmakognozija“ (p. 443–455). Akademinė spauda.