VOSKY (BIOLOGICKÉ): STRUKTURA, VLASTNOSTI, FUNKCE, TYPY - BIOLOGIE - 2025

Vosk je hydrofobní materiál skládá z mastných kyselin a alkoholů s dlouhým řetězcem (esterů mastných kyselin s dlouhým řetězcem a alkoholy). Mají v přírodě mnoho funkcí, protože jsou přirozeně produkovány mnoha rostlinnými a živočišnými druhy.

Slovo „vosk“ (z anglického vosku) pochází z latinského slova „vosk“, které označuje látku produkovanou včely a používá se k vytváření jejich plástů. Termín v angličtině se používá se stejnou konotací, protože pochází z anglosaského slova „weax“, které se také používá k popisu včelího vosku (v anglickém včelího vosku).

Plástev (obrázek Pexels na www.pixabay.com)

S přihlédnutím k výše uvedenému se rozumí, že definice "vosku" zahrnuje soubor látek, které mají určité vlastnosti, ale nemusí nutně mít stejné chemické a / nebo fyzikální vlastnosti.

Bez ohledu na jejich chemickou identitu jsou však vosky vysoce hydrofobní látky, které slouží různým účelům v závislosti na organismu, který je produkuje. Velké množství živých bytostí je používá jako hlavní energetickou rezervní látku, zatímco jiné je používají jako ochranné látky na svém povrchu.

Ačkoli jsou stejně běžné u rostlin a zvířat, rostlinné vosky jsou ty, které byly popsány s největší intenzitou (a některá z některých zvířat), protože mají biologický význam pro tyto organismy a také z antropologického hlediska průmyslový.

Struktura vosků

Vosky byly klasicky definovány jako alkoholové estery mastných kyselin s dlouhým řetězcem, které se vyznačují délkou 24 až 30 atomů uhlíku, které se spojují s primárními alkoholy o 16 až 36 atomech uhlíku (podobně se mohou spojovat s alkoholy z steroidní skupina).

Oni jsou tvořeni reakcemi, které zahrnují “spojení” alkoholu a mastné kyseliny, více či méně takto:

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

Povaha alifatických složek vosků může být velmi variabilní a lze je nalézt mezi těmito mastnými kyselinami, primárními a sekundárními alkoholy, uhlovodíky, estery sterolu, alifatickými aldehydy, ketony, diketony, triacylglyceroly, triterpeny a steroly.

Stejně tak délka řetězce, stupeň nasycení a větvení mastných kyselin a dalších alifatických složek vosků závisí na jejich původu.

S vědomím toho bylo prokázáno, že ty vosky produkované v rostlinách jsou odlišné a ty, které jsou produkovány například mořskými zvířaty a suchozemskými zvířaty.

Vlastnosti vosku

Vosky mají různé fyzikálně-chemické vlastnosti, které lze shrnout do malého seznamu:

- Jeho struktura se může lišit od měkké a ovladatelné po tvrdou (plastovou) nebo „rozbitnou“ při 20 ° C

- Jsou obecně velmi nízké viskozity

- Jsou vysoce nerozpustné ve vodě, ale jsou v organických rozpouštědlech, i když tento proces do značné míry závisí na teplotě

Funkce

Vosky plní více funkcí jak v říši zvířat, tak v rostlinné říši, protože jsou v přírodě velmi běžné látky.

U zvířat

Vosky představují hlavní sloučeninu pro ukládání energie pro plovoucí mikroorganismy, které tvoří plankton.

Vosky jsou tedy současně jedním z hlavních metabolických zdrojů na bázi potravního řetězce mořských živočichů.

Zvířata mají speciální dermální žlázy, které vylučují vosky, aby chránily jejich pokožku a vlasy, což je činí pružnějšími, lubrikovanými a odpuzujícími vodu.

Ptáci mají žlázu známou jako „uropygální“ žláza, která neustále vylučuje vosky, což je důvodem, proč je peří „vodotěsné“.

V rostlinách

Primární funkcí vosků v rostlinných organismech je ochrana tkání.

Dobrým příkladem je voskový povlak na listových listech mnoha rostlin, který snižuje dehydrataci tepla způsobenou slunečním světlem.

Dalším příkladem, který lze zmínit, je voskový povlak, který má mnoho semen ve svém plášti, což jim pomáhá zabránit ztrátě vody během skladování.

Tyto vosky jsou obvykle zapouzdřeny mezi kutinovými a suberinovými polymery, které tvoří amorfní vrstvu na vnějším povrchu rostliny. Mnoho rostlin má epikutikulární vrstvu voskovitých krystalů, které překrývají kutikuly a dávají jim šedivý nebo oslnivý vzhled.

Vosky nejen zabraňují ztrátě vody, ale mohou také pomáhat rostlině předcházet některým plísňovým nebo bakteriálním patogenům a mohou hrát zásadní roli v interakcích rostlin-hmyz, kromě toho, že brání poškození způsobenému ultrafialovým zářením.

V průmyslu

Vosky biologického původu jsou také velmi užitečné z průmyslového hlediska, protože se používají při výrobě léčiv, kosmetiky atd.

Pleťové vody, které se obvykle používají k hydrataci pokožky, jakož i leštidla a některé masti, se skládají z tukových směsí s včelím voskem, brazilským palmovým voskem, jehněčím voskem, voskem z velryb spermatu atd.

Vosky se také široce používají v průmyslových nátěrech, které umožňují odpuzování vody, jakož i při výrobě látek používaných k leštění automobilů.

Používají se při plastifikaci horkých tavenin, při mazání pracovních zařízení v hutním průmyslu a umožňují zpožděné uvolňování sloučenin používaných v zemědělství a farmakologii.

Druhy vosků

Vosky mohou být přírodní nebo syntetické. „Přírodní“ vosky mohou mít také organický nebo minerální původ, přičemž posledním z nich je produkt zpracování hnědého uhlí (uhlí), a proto jsou obecně neobnovitelné (jako například vazelína nebo vazelína).

Vosky živočišného a / nebo rostlinného původu se považují za obnovitelné a modifikovatelné přírodní vosky, protože je lze modifikovat chemickými metodami, jako je například hydrogenace a reesterifikace.

V biologickém kontextu jsou tedy vosky klasifikovány podle zdroje, ze kterého jsou získány.

- Rostlinné vosky

Rostliny produkují různé typy vosků v různých částech těla: v listech, v květech, v ovoci nebo v semenech.

Jaká je biosyntetická cesta?

Alifatické složky rostlinných vosků jsou syntetizovány v epidermálních buňkách z mastných kyselin s velmi dlouhými řetězci (20 až 34 atomů uhlíku).

Syntéza začíná produkcí mastných kyselin 16 a 18 uhlíků, které původně vznikají ve stromě plastidů díky aktivitě rozpustných enzymů, které tvoří komplex syntázy mastných kyselin.

Následně se tyto mastné kyseliny prodlužují díky komplexům s více enzymy asociovanými s membránou známou jako elongázy mastných kyselin. V každém rozšíření dvou atomů uhlíku existují čtyři reakce:

- Kondenzace mezi mastným acylesterifikovaným na acetyl Co-A molekulu (substrát) a malonyl-CoA molekulu

- B-keto redukce

- dehydratace

- Omezení řas

Byly popsány dvě hlavní cesty výroby složek rostlinných vosků, jedna z nich je cesta redukce acylu a druhá je cesta dekarbonylace. První způsobuje syntézu alkoholů a esterů vosku, zatímco druhý vytváří aldehydy, alkany, sekundární alkoholy a ketony.

Acyl redukční cesta

Estery acyl-CoA produkované prodloužením řetězce jsou redukovány ve dvoustupňové reakci zahrnující přechodný meziprodukt aldehydového typu a které jsou katalyzovány enzymem acyl-CoA reduktázou. Vytvořený mastný alkohol může být esterifikován za vzniku voskového esteru díky enzymu acyl-CoA alkoholové transacyláze.

Dekarbonylační cesta

Prvním krokem v této cestě je redukce acyl-CoA esteru na aldehyd zprostředkovaný enzymem acyl-CoA reduktázy. Když enzym aldehyd dekarbonylázy odstraní karbonylovou skupinu z uvedené molekuly, vytvoří se alkan, který má o jeden atom uhlíku méně než jeho prekurzorová mastná kyselina.

Tento uhlovodík může být dále metabolizován vložením hydroxylové skupiny do řetězce prostřednictvím hydroxylázy nebo oxidázy za vzniku sekundárního alkoholu.

Konečný krok pro výrobu voskových esterů z alkoholů a mastných kyselin s dlouhým řetězcem je katalyzován acyl-CoA enzymem: alkoholovou transacylázou, která je také potřebná pro syntézu triacylglycerolů.

- Živočišné vosky

Zvířata také produkují velká množství vosků, zejména hmyzu, velryb, ovcí a ptáků, ze kterých je lze získat pro biotechnologické účely.

Jejich biologická užitečnost byla podrobně studována a v závislosti na dotyčném zvířeti mohou sloužit mimo jiné k ochraně a komunikaci.

Příklady biologických vosků

- Živočišné vosky

Včelí vosk

Jak jeho název napovídá, tento typ vosku je produkován včely, nejoblíbenější je druh Apis mellifera. Tato zvířata mají v břiše specializované žlázy, které vylučují vosk, který používají k vytváření hřebenů, kde kladou vejce a organizují úl.

Tento vosk se běžně získává jako vedlejší produkt medu a používá se pro různé účely, jak v kosmetologii, tak v průmyslu (výroba svíček, leštidel, potravin, textilu, laků atd.). Skládá se z uhlovodíků, esterů, volných kyselin a dalších a specializovanější studie naznačují, že je bohatá na kyselinu cerotovou a myricin.

Spermaceti

Velryba spermie je další známý druh živočišného vosku získaného z dutiny v hlavě velryby Physeter macrocephalus, která může produkovat až 3 tuny této látky, kterou používá jako sonar.

Je bohatý na mastné estery, triglyceridy, volné alkoholy a kyseliny; mastné estery zahrnují hlavně cetyl palmitát (32 uhlíků) a cetyl myristát (30 uhlíků).

Tento živočišný vosk se široce používá v medicíně, kosmetice a léčivech, jakož i při výrobě svíček.

V současné době však existují některé mezinárodní předpisy, protože velryby byly usmrceny pouze za účelem získání tohoto produktu, což znamená velké ztráty pro mořskou faunu.

- Rostlinné vosky

Palmový vosk

Vosková palma Copernicia cerifera Martius je druh brazilské palmy, který z komerčního hlediska produkuje jednu z nejdůležitějších rostlinných vosků.

Tento vosk se získává z horního a spodního povrchu palmových listů a má mnohočetné uplatnění jak v přípravě potravin, tak v kosmetologii, nábytku a voskování automobilů, výrobě voskovaných dentálních nití atd.

Pěstování voskových palem (Obrázek Fernando Arteaga na www.pixabay.com)

Jojobový olej

Jojobový vosk se získává z Simmondsia chinensis, typického keře ze suchých zón Mexika a Spojených států. Její semena jsou bohatá na vosk nebo olej, který se získává lisováním za studena a která má mnoho léčivých aplikací, což je jedna z hlavních náhrad velryby spermatu.

Semena rostliny jojoby (Zdroj: Kenneth Bosma / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) přes Wikimedia Commons)

Reference

1. Domínguez, E., & Heredia, A. (1998). Vosky: zapomenuté téma ve výuce lipidů. Biochemical Education, 26 (4), 315-316.
2. Firestone, D. (2006). Fyzikální a chemické vlastnosti olejů, tuků a vosků (č. L-0671). Aocs Press.
3. Kolattukudy, PE (1970). Rostlinné vosky. Lipids, 5 (2), 259-275.
4. Lusas, EW, Riaz, MN, Alam, MS a Clough, R. (2017). Živočišné a rostlinné tuky, oleje a vosky. V Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology (pp. 823-932). Springer, Cham.
5. Post-Beittenmiller, D. (1996). Biochemie a molekulární biologie produkce vosku v rostlinách. Roční přehled rostlinné biologie, 47 (1), 405-430.
6. Tinto, WF, Elufioye, TO a Roach, J. (2017). Vosky. In Pharmacognosy (pp. 443-455). Academic Press.