ВІСКИ (БІОЛОГІЧНІ): БУДОВА, ВЛАСТИВОСТІ, ФУНКЦІЯ, ВИДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Віск являє собою гідрофобний матеріал , виготовлений з довголанцюгових жирних кислот і спиртів (складних ефірів довголанцюжкових жирних кислот і спиртів). Вони мають у природі кілька функцій, оскільки їх природним чином виробляють багато видів рослин та тварин.

Слово «віск» (від англ. Wax) походить від латинського слова «віск», що відноситься до речовини, що виробляється бджолами та використовується для побудови їх гребінців. Термін в англійській мові вживається з тією ж конотацією, що походить від англосаксонського слова "ткацький", який також використовується для опису бджолиного воску (англ. Бджолиний віск)

Сота (Зображення Pexels на www.pixabay.com)

Враховуючи викладене, тоді розуміється, що визначення поняття "віск" охоплює набір речовин, які мають деякі характеристики, але не обов'язково мають однакові хімічні та / або фізичні властивості.

Однак, незалежно від їх хімічної ідентичності, воски - це високо гідрофобні речовини, які виконують різні цілі залежно від організму, який їх виробляє. Велика кількість живих істот використовує їх як основну речовину запасу енергії, а інші використовують їх як захисні речовини на своїй поверхні.

Хоча вони настільки ж поширені у рослин і тварин, рослинні воски - це ті, які були описані з найбільшою інтенсивністю (і деякі певні тварини), оскільки вони мають біологічне значення для цих організмів, а також антропологічні з точки зору антропологічного погляду.

Будова воску

Віск класично визначають як алкогольні складні ефіри жирних кислот довгого ланцюга, що характеризуються довжиною 24-30 атомів вуглецю, які асоціюються з первинними спиртами 16-36 атомами вуглецю (так само вони можуть асоціюватися з спиртами з стероїдна група).

Вони утворюються в результаті реакцій, що передбачають "об'єднання" алкоголю і жирної кислоти, більш-менш наступним чином:

CH3 (CH2) nCH2OH (спирт) + CH3 (CH2) nCOOH (жирна кислота) → CH3 (CH2) nCH2COOHCH2 (CH2) CH3 (восковий ефір) + H2O (вода)

Характер аліфатичних компонентів воску може бути надзвичайно різним, і їх можна знайти в цих жирних кислотах, первинних та вторинних спиртах, вуглеводнях, ефірах стеролу, аліфатичних альдегідів, кетонів, дикетонів, триацилгліцеролів, тритерпенів та стеролів.

Таким же чином залежать як довжина ланцюга, так і ступінь насичення та розгалуження жирних кислот та інших аліфатичних компонентів воску.

Знаючи це, було показано, що ті воски, що виробляються в рослинах, відрізняються, а також такі, які виробляються, наприклад, морськими тваринами та наземними тваринами.

Властивості воску

Віски мають різні фізико-хімічні властивості, які можна узагальнити у невеликому списку:

- Його текстура може змінюватись від м'якої та керованої до жорсткої (пластичної) або «зламаної» при 20 ° C

- Вони, як правило, дуже низькі в'язкі

- Вони дуже нерозчинні у воді, але є в органічних розчинниках, хоча цей процес багато в чому залежить від температури

Функція

Віски виконують численні функції як у тваринництві, так і в рослинному царстві, оскільки вони є надзвичайно поширеними речовинами в природі.

У тварин

Віски являють собою основне з'єднання для зберігання енергії для плаваючих мікроорганізмів, що складають планктон.

Таким чином, воски є водночас одним з основних джерел обміну речовин в основі харчового ланцюга морських тварин.

Тварини мають спеціальні шкірні залози, які виділяють воски для захисту їх шкіри та волосся, роблячи їх більш гнучкими, змащеними та водовідштовхувальними структурами.

У птахів є залоза, відома як «уропігеальна» залоза, яка постійно виділяє воски, тому вона відповідає за збереження пір’я «водонепроникним».

У рослинах

Основна функція воску в рослинних організмах - захист тканин.

Хорошим прикладом цього є воскоподібне покриття на листкових пластинках багатьох рослин, що зменшує зневоднення тепла, викликане сонячним світлом.

Іншим прикладом, який можна згадати, є воскове покриття, яке має багато насіння в своїй оболонці, що допомагає їм уникнути втрати води під час зберігання.

Ці воски, як правило, вбудовуються між зрізаними та субериновими полімерами, складаючи аморфний шар на зовнішній поверхні рослини. Багато рослин мають епікутикулярний шар воскоподібних кристалів, які перекривають кутикулу і надають їм сіруватий або сіруватий вигляд.

Віски не тільки запобігають втраті води, але також можуть допомогти рослині запобігти появі деяких грибкових або бактеріальних збудників, а також відіграють фундаментальну роль у взаємодії рослин-комах, крім запобігання шкоді, спричиненій ультрафіолетовим випромінюванням.

У галузі

Віски біологічного походження також дуже корисні з промислової точки зору, оскільки їх використовують у виробництві ліків, косметики тощо.

Лосьйони, які зазвичай використовують для зволоження шкіри, а також полірування та деякі мазі, складаються з жирових сумішей з бджолиним воском, бразильським пальмовим воском, воском з баранячого воску, кашами для кашалота тощо.

Віски також широко застосовуються у промислових покриттях, які дозволяють відштовхувати воду, а також у виробництві речовин, що використовуються для полірування автомобілів.

Вони використовуються для пластифікації гарячих розплавів, для змащування робочого обладнання в металургійній промисловості та для дозволення уповільненого вивільнення сполук, що застосовуються в сільському господарстві та фармакології.

Види воску

Віски можуть бути натуральними або синтетичними. "Натуральні" воски також можуть мати органічне або мінеральне походження, останні є продуктом переробки лігніту (вугілля), тому вони, як правило, не відновлюються (наприклад, вазелін або вазелін).

Віски тваринного та / або рослинного походження вважаються поновлюваними та модифікованими природними восками, оскільки вони можуть бути модифіковані, наприклад, хімічними методами, такими як гідрування та переетерифікація.

Таким чином, в біологічному контексті віски класифікуються за джерелом, з якого вони отримані.

- Рослинні воски

Рослини виробляють різні види воску в різних частинах тіла: на листках, на квітках, плодах або насінні.

Як виглядає біосинтетичний шлях?

Аліфатичні компоненти рослинних воску синтезуються в епідермальних клітинах з жирних кислот з дуже довгими ланцюгами (від 20 до 34 атомів вуглецю).

Синтез починається з виробництва жирних кислот 16 і 18 вуглецю, які спочатку зароджуються в стромі пластид завдяки активності розчинних ферментів, що входять до складу комплексу синтази жирної кислоти.

Згодом ці жирні кислоти подовжуються завдяки мультиферментним комплексам, пов'язаним з мембраною, відомою як елонгази жирної кислоти. У кожному розширенні двох атомів вуглецю є чотири реакції:

- Конденсація між жирним ацилом, етерифікованим до молекули ацетилу Co-A (субстрату) та молекулою малоніл-CoA

- зниження B-кето

- зневоднення

- Зменшення схуднення

Описано два основні шляхи для виготовлення компонентів рослинних воску, один з них - шлях відновлення ацилової кислоти, а другий - шлях декарбонілювання. Перший призводить до синтезу спиртів та ефірів воску, а другий виробляє альдегіди, алкани, вторинні спирти та кетони.

Шлях відновлення ацилу

Ефіри ацил-КоА, що утворюються шляхом подовження ланцюга, зменшуються в двоступеневій реакції, що включає перехідне проміжне альдегідного типу, які каталізуються ферментом ацил-КоА редуктази. Отриманий жирний спирт може бути етерифікований з утворенням воскового ефіру завдяки ферменту ацил-КоА алкогольної трансацилази.

Шлях декарбоніляції

Першим етапом цього шляху є відновлення ефіру ацил-КоА до альдегіду, опосередкованого ферментом ацил-КоА-редуктази. Коли фермент декарбонілази альдегіду видаляє карбонільну групу із зазначеної молекули, утворюється алкан, який має один атом вуглецю, ніж його попередник жирної кислоти.

Цей вуглеводень може додатково метаболізуватися шляхом введення гідроксильної групи у ланцюг через гідроксилазу або оксидазу, утворюючи вторинний спирт.

Завершальним етапом отримання ефірів воску з спиртів і жирних кислот довгого ланцюга є каталізація ферментом ацил-КоА: алкогольна трансацилаза, яка також необхідна для синтезу триацилгліцеринів.

- Віски для тварин

Тварини також виробляють велику кількість воску, особливо комах, китів, овець і птахів, з яких їх можна отримати в біотехнологічних цілях.

Їх біологічна корисність була вивчена докладно, і, залежно від конкретної тварини, вони можуть служити цілям захисту та зв'язку, серед інших.

Приклади біологічних воску

- Віски для тварин

Бджолиний віск

Як випливає з його назви, цей вид воску виробляють бджоли, найпопулярніший - у Apis mellifera. Ці тварини мають в череві спеціалізовані залози, які виділяють віск, який вони використовують для побудови гребінців, де вони відкладають яйця та організовують вулик.

Цей віск зазвичай отримують як побічний продукт меду і використовується для різних цілей, як в косметології, так і в промисловості (виробництво свічок, полірувань, продуктів харчування, текстилю, лаків тощо). Він складається з вуглеводнів, складних ефірів, вільних кислот та інших, а більш спеціалізовані дослідження свідчать про те, що він багатий на церотинову кислоту та мірицин.

Спермацеті

Кашалот - ще один відомий вид воску тварин, отриманий з порожнини в голові кита Physeter macrocephalus, який може виробляти до 3 тонн цієї речовини, яку він використовує як сонар.

Він багатий жирними ефірами, тригліцеридами, вільними спиртами та кислотами; жирні складні ефіри включають переважно цетиловий пальмітат (32 вуглецю) і цетиламіристат (30 вуглець).

Цей віск для тварин широко застосовується в медицині, косметології та фармацевтиці, а також у виробництві свічок.

Однак зараз існують деякі міжнародні норми, оскільки кити були вбиті з єдиною метою отримання цього продукту, що означає великі втрати для морської фауни.

- Рослинні воски

Пальмовий віск

Воскова пальма Copernicia cerifera Martius - це бразильський вид пальми, який виробляє один з найважливіших овочевих воску з комерційної точки зору.

Цей віск одержують з верхньої та нижньої поверхні пальмового листя і має багаторазове застосування як у приготуванні їжі, так і в косметології, меблі та автомобільному воску, виробництві воскової зубної нитки тощо.

Вирощування воскової пальми (Зображення Фернандо Артеага на сайті www.pixabay.com)

Олія жожоба

Віск жожоби отримують із Simmondsia chinensis, типового чагарника із посушливих зон Мексики та США. Його насіння багате на віск або олію, які отримують холодним пресом і які мають багато лікарських застосувань, і є однією з основних замін для кашалота.

Насіння рослини жожоби (Джерело: Kenneth Bosma / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) через Wikimedia Commons)

Список літератури

1. Домінгес, Е., і Ередія, А. (1998). Віски: забута тема в навчанні ліпідів. Біохімічна освіта, 26 (4), 315-316.
2. Firestone, D. (2006). Фізичні та хімічні характеристики олій, жирів та воску (№ L-0671). Aocs Press.
3. Колатукуди, ПП (1970). Садять воски. Ліпідів, 5 (2), 259-275.
4. Lusas, EW, Riaz, MN, Alam, MS, Clough, R. (2017). Тваринні та рослинні жири, олія та віск. У посібнику з промислової хімії та біотехнологій (с. 823-932). Спрингер, Чам.
5. Пост-Бейттенміллер, Д. (1996). Біохімія та молекулярна біологія виробництва воску в рослинах. Щорічний огляд біології рослин, 47 (1), 405-430.
6. Tinto, WF, Elufioye, TO, & Roach, J. (2017). Воски. У фармакогнозії (с. 443-455). Академічна преса.