VOSKI (BIOLOŠKI): ZGRADBA, LASTNOSTI, DELOVANJE, VRSTE - BIOLOGIJA - 2026

Vosek je hidrofoben material, sestavljen iz dolgoverižnih maščobnih kislin in alkoholov (estri dolgoverižnih maščobnih kislin in alkoholov). V naravi imajo več funkcij, saj jih naravno proizvajajo številne rastlinske in živalske vrste.

Beseda „vosek“ (iz angleščine vosek) izhaja iz latinske besede „vosek“, ki se nanaša na snov, ki jo proizvajajo čebele in se uporablja za gradnjo njihovih glavnikov. Izraz v angleščini se uporablja z enako konotacijo, saj izhaja iz anglosaksonske besede „wox“, ki se uporablja tudi za opisovanje čebeljega voska (v angleščini čebelji vosek).

Satovje (slika Pexelsa na www.pixabay.com)

Ob upoštevanju zgoraj navedenega se razume, da opredelitev "voska" zajema nabor snovi, ki imajo nekatere lastnosti, vendar nimajo nujno enakih kemijskih in / ali fizikalnih lastnosti.

Vendar so voski ne glede na kemijsko identiteto zelo hidrofobne snovi, ki služijo različnim namenom, odvisno od organizma, ki jih proizvaja. Veliko število živih bitij jih uporablja kot glavno snov za rezervo energije, druga pa kot zaščitne snovi na svoji površini.

Čeprav so ravno tako pogosti pri rastlinah in živalih, so rastlinski voski tisti, ki so bili opisani z največjo intenzivnostjo (in nekaterimi določenimi živalmi), saj imajo za te organizme biološki pomen in tudi z antropološkega vidika industrijski.

Struktura voskov

Voski so klasično opredeljeni kot alkoholni estri dolgoverižnih maščobnih kislin, za katere so značilne dolžine 24-30 atomov ogljika, ki povezujejo s primarnimi alkoholi 16-36 atomov ogljika (prav tako se lahko povežejo z alkoholi iz steroidna skupina).

Nastanejo z reakcijami, ki vključujejo "združitev" alkohola in maščobne kisline, bolj ali manj, kot sledi:

CH3 (CH2) nCH2OH (alkohol) + CH3 (CH2) nCOOH (maščobna kislina) → CH3 (CH2) nCH2COOHCH2 (CH2) CH3 (ester voska) + H2O (voda)

Narava alifatskih sestavin voskov je lahko zelo različna in jih med drugim najdemo v teh maščobnih kislinah, primarnih in sekundarnih alkoholih, ogljikovodikih, steroidnih estrih, alifatski aldehidi, ketoni, diketoni, triacilgliceroli, triterpeni in steroli.

Na enak način je odvisna tako dolžina verige kot tudi stopnja nasičenosti in razvejenosti maščobnih kislin in drugih alifatskih sestavin voskov.

Glede na to se je pokazalo, da so tisti voski, ki nastanejo v rastlinah, različni in tisti, ki jih na primer proizvajajo morske živali in kopenske živali.

Lastnosti voska

Voski imajo različne fizikalno-kemijske lastnosti, ki jih je mogoče povzeti na majhnem seznamu:

- Njegova tekstura se lahko spreminja od mehke in vodljive do trde (plastike) ali "zlomljive" pri 20 ° C

- Na splošno so zelo nizke viskoznosti

- V vodi so zelo netopni, vendar so v organskih topilih, čeprav je ta postopek veliko odvisen od temperature

Funkcija

Voski izpolnjujejo več funkcij tako v živalskem kot v rastlinskem kraljestvu, saj so v naravi izjemno pogoste snovi.

Pri živalih

Voski predstavljajo glavno sestavino za shranjevanje energije plavajočih mikroorganizmov, ki sestavljajo plankton.

Tako so voski obenem eden glavnih presnovnih virov na dnu prehranjevalne verige morskih živali.

Živali imajo posebne dermalne žleze, ki izločajo vosek, da zaščitijo svojo kožo in lase, zaradi česar so bolj prožne, mazane in vodoodbojne strukture.

Ptice imajo žlezo, imenovano "uropygeal", ki nenehno izloča voske, zato je odgovorna za ohranjanje perja "nepremočljivega".

V rastlinah

Glavna funkcija voskov v rastlinskih organizmih je zaščita tkiv.

Dober primer tega je voskasta prevleka na listnih listih mnogih rastlin, ki zmanjšuje toplotno dehidracijo, ki jo povzroča sončna svetloba.

Drug primer, ki ga lahko omenimo, je voskasta prevleka, ki jo ima veliko semen v plašču, kar jim pomaga, da se izognejo izgubi vode med shranjevanjem.

Ti voski so običajno vgrajeni med polimere cutin in suberin, ki predstavljajo amorfno plast na zunanji površini rastline. Mnoge rastline imajo epikutikularno plast voščenih kristalov, ki prekrivajo kutikulo in jim dajo sivkast ali rumenkast videz.

Voski ne samo preprečujejo izgubo vode, ampak lahko rastlini pomagajo tudi pri preprečevanju nekaterih glivičnih ali bakterijskih patogenov, poleg tega pa preprečujejo škodo, ki jo povzroči ultravijolično sevanje.

V industriji

Voski biološkega izvora so zelo uporabni tudi z industrijskega vidika, saj se uporabljajo pri proizvodnji zdravil, kozmetike itd.

Losjoni, ki se običajno uporabljajo za hidracijo kože, pa tudi laki in nekatera mazila so sestavljeni iz maščobnih mešanic s čebeljim voskom, brazilskim palmovim voskom, voščem iz jagnječje volne, voskom za kito iz sperme itd.

Voski se pogosto uporabljajo tudi v industrijskih prevlekah, ki omogočajo vodoodbojnost, pa tudi pri izdelavi snovi, ki se uporabljajo za poliranje avtomobilov.

Uporabljajo se pri plastificiranju vročih talin, pri mazanju delovne opreme v metalurški industriji in za omogočanje zapoznelega sproščanja spojin, ki se uporabljajo v kmetijstvu in farmakologiji.

Vrste voskov

Voski so lahko naravni ali sintetični. "Naravni" voski imajo lahko tudi organski ali mineralni izvor, slednji so produkt predelave lignita (premoga), zato so na splošno neobnovljivi (na primer vazelin ali vazelin).

Voski živalskega in / ali rastlinskega izvora veljajo za obnovljive in spremenljive naravne voske, saj jih je mogoče spremeniti na primer s kemičnimi metodami, kot sta hidrogenacija in ponovna sterilizacija.

Tako se v biološkem kontekstu voski razvrščajo glede na vir, iz katerega so pridobljeni.

- Rastlinski voski

Rastline proizvajajo različne vrste voskov na različnih delih telesa: v listih, cvetovih, plodovih ali semenih.

Kakšna je biosintetska pot?

Alifatske sestavine rastlinskih voskov se sintetizirajo v epidermalnih celicah iz maščobnih kislin z zelo dolgimi verigami (20 do 34 ogljikovih atomov).

Sinteza se začne s proizvodnjo maščobnih kislin 16 in 18 ogljikov, ki prvotno nastanejo v stromi plastidijev zaradi delovanja topnih encimov, ki tvorijo kompleks sintaze maščobne kisline.

Kasneje se te maščobne kisline podaljšajo po zaslugi multienzimskih kompleksov, povezanih z membrano, imenovano elongaze maščobnih kislin. V vsaki podaljšku dveh atomov ogljika so štiri reakcije:

- Kondenzacija med maščobno acili, esterificirano v acetilno molekulo Co-A (substrat) in malonil-CoA molekulo

- Zmanjšanje B-keto

- dehidracija

- Zmanjšanje odvračanja

Opisani sta dve glavni poti za proizvodnjo sestavin rastlinskih voskov, ena je pot redukcije acila, druga pa pot dekarbonilacije. Prva povzroči sintezo alkoholov in vosterskih estrov, medtem ko druga proizvaja aldehide, alkane, sekundarne alkohole in ketone.

Acila pot zmanjšanja

Estri acil-CoA, ki nastanejo z raztezkom verige, se zmanjšajo v dvostopenjski reakciji, ki vključuje prehodni intermediat tipa aldehida, in jih katalizira encim acil-CoA reduktaza. Pridobljeni maščobni alkohol se lahko esterificira, da tvori vosek ester, zahvaljujoč encimu acil-CoA alkohol transacilaze.

Pot dekarbonilacije

Prvi korak na tej poti je redukcija estra acil-CoA do aldehida, posredovanega z encim acil-CoA reduktazo. Ko encim aldehid dekarbonilaza odstrani karbonilno skupino iz omenjene molekule, nastane alkan, ki ima en manj ogljikovega atoma kot njegov predhodnik maščobna kislina.

Ta ogljikovodik se lahko nadalje presnovi z vstavitvijo hidroksilne skupine v verigo preko hidroksilaze ali oksidaze, pri čemer nastane sekundarni alkohol.

Končni korak za proizvodnjo estrov voska iz alkoholov in maščobnih kislin z dolgimi verigami katalizira encim acil-CoA: alkohol transacilaze, ki je potreben tudi za sintezo triacilglicerolov.

- živalski voski

Živali proizvajajo tudi velike količine voskov, zlasti žuželk, kitov, ovc in ptic, iz katerih jih je mogoče dobiti v biotehnološke namene.

Njihova biološka uporabnost je bila podrobno proučena in med drugim lahko glede na zadevno žival služijo zaščitnim in komunikacijskim namenom.

Primeri bioloških voskov

- živalski voski

Čebelji vosek

Kot pove že ime, to vrsto voska proizvajajo čebele, najbolj priljubljena pa je vrsta Apis mellifera. Te živali imajo v trebuhu specializirane žleze, ki izločajo vosek, ki ga uporabljajo za gradnjo glavnika, kamor odlagajo jajčeca in organizirajo panj.

Ta vosek običajno dobimo kot stranski proizvod medu in se uporablja za različne namene, tako v kozmetologiji kot v industriji (proizvodnja sveč, lakov, hrane, tekstila, lakov itd.). Sestavljajo ga ogljikovodiki, estri, proste kisline in druge, bolj specializirane študije pa kažejo, da je bogata s cerotsko kislino in miricinom.

Spermaceti

Sperma kita je še ena dobro znana vrsta živalskega voska, pridobljena iz votline v glavi kita Physeter macrocephalus, ki lahko proizvede do 3 tone te snovi, ki jo uporablja kot sonar.

Bogata je z maščobnimi estri, trigliceridi, prostimi alkoholi in kislinami; maščobni estri vključujejo predvsem cetil palmitat (32 ogljikov) in cetil miristat (30 ogljikov).

Ta živalski vosek se pogosto uporablja v medicini, kozmetologiji in farmacevtskih izdelkih, pa tudi pri proizvodnji sveč.

Vendar pa trenutno obstajajo nekateri mednarodni predpisi, saj so kitove ubili z edinim namenom pridobivanja tega izdelka, kar pomeni velike izgube za morsko favno.

- Rastlinski voski

Palmin vosek

Voseva palma Copernicia cerifera Martius je brazilska vrsta palm, ki s komercialnega vidika proizvaja enega najpomembnejših rastlinskih voskov.

Ta vosek se pridobiva z zgornje in spodnje površine palmovih listov in ima večkratno uporabo tako pri pripravi hrane kot v kozmetologiji, voskanju pohištva in avtomobilov, proizvodnji voščenih zobnih nitk itd.

Gojenje voske palme (slika Fernando Arteaga na www.pixabay.com)

Jojobino olje

Vosek jojobe je pridobljen iz Simmondsia chinensis, tipičnega grmička iz sušnih območij Mehike in ZDA. Njegova semena so bogata z voskom ali oljem, ki ga dobimo s hladno stiskalnico in ki ima veliko zdravilnih primerov, saj je eden glavnih nadomestkov za kitov.

Seme rastline jojobe (Vir: Kenneth Bosma / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) prek Wikimedia Commons)

Reference

1. Domínguez, E., in Heredia, A. (1998). Voski: pozabljena tema pri poučevanju lipidov. Biokemijska vzgoja, 26 (4), 315–316.
2. Firestone, D. (2006). Fizikalne in kemijske lastnosti olj, maščob in voskov (št. L-0671). Aocs Press.
3. Kolattukudy, PE (1970). Rastlinski voski. Lipidi, 5 (2), 259–275.
4. Lusas, EW, Riaz, MN, Alam, MS, & Clough, R. (2017). Živalske in rastlinske maščobe, olja in voski. V priročniku industrijske kemije in biotehnologije (str. 823-932). Springer, Cham.
5. Post-Beittenmiller, D. (1996). Biokemija in molekularna biologija pridelave voska v rastlinah. Letni pregled biološke rastline, 47 (1), 405–430.
6. Tinto, WF, Elufioye, TO, & Roach, J. (2017). Voski. V Pharmacognosy (str. 443–455). Akademski tisk.