VASKI (BIOLOĢISKI): STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, FUNKCIJA, VEIDI - BIOLOĢIJA - 2025

Vasks ir hidrofobs materiāls, kas sastāv no garo ķēžu taukskābēm un spirtiem (esteru garo ķēžu taukskābēm un spirtiem). Viņiem ir vairākas funkcijas dabā, jo tos dabiski ražo daudzas augu un dzīvnieku sugas.

Vārds “vasks” (no angļu vaska) ir cēlies no latīņu valodas vārda “vasks”, kas attiecas uz vielu, ko ražo bites un izmanto, lai izveidotu to ķemmes. Termins angļu valodā tiek lietots ar tādu pašu pieskaņu, jo tas izriet no anglosakšu vārda “weax”, ko lieto arī bišu vaska (angļu valodā bišu vasks) aprakstīšanai.

Šūnveida (Pexels attēls vietnē www.pixabay.com)

Ņemot vērā iepriekš minēto, saprotams, ka "vaska" definīcija aptver tādu vielu kopumu, kurām ir dažas īpašības, bet kurām nav obligāti jābūt tādām pašām ķīmiskajām un / vai fizikālajām īpašībām.

Tomēr neatkarīgi no to ķīmiskās identitātes vaski ir ļoti hidrofobiskas vielas, kas dažādiem mērķiem kalpo atkarībā no organisma, kas tos ražo. Daudzas dzīvās būtnes tās izmanto kā galveno enerģijas rezerves vielu, bet citas tās izmanto kā aizsargājošas vielas uz savas virsmas.

Lai arī tie ir tikpat izplatīti augos un dzīvniekos, augu vaski ir aprakstīti ar vislielāko intensitāti (un daži no dažiem dzīvniekiem), jo tiem ir bioloģiska nozīme šiem organismiem un arī rūpnieciski no antropoloģiskā viedokļa.

Vasku uzbūve

Vaski ir klasiski definēti kā garu ķēžu taukskābju spirtu esteri, kam raksturīgs 24-30 oglekļa atomu garums, kas asociējas ar primārajiem spirtiem ar 16-36 oglekļa atomiem (tāpat tie var būt saistīti ar spirtiem no steroīdu grupa).

Tos veido reakcijas, kas saistītas ar spirta un taukskābes "savienību", vairāk vai mazāk šādi:

CH3 (CH2) nCH2OH (spirts) + CH3 (CH2) nCOOH (taukskābe) → CH3 (CH2) nCH2COOHCH2 (CH2) CH3 (vaska esteris) + H2O (ūdens)

Vasku alifātisko komponentu raksturs var būt ļoti mainīgs, un tas, cita starpā, atrodams taukskābēs, primārajos un sekundārajos spirtos, ogļūdeņražos, sterīnu esteros, alifātiskos aldehīdos, ketonos, diketonos, triacilglicerīnos, triterpēnos un sterīnos.

Tādā pašā veidā gan taukskābju, gan citu vasku alifātisko komponentu ķēdes garums, kā arī piesātinājuma un sazarojuma pakāpe ir atkarīga no to izcelsmes.

Zinot to, ir pierādīts, ka tie vaski, kas ražoti augos, ir atšķirīgi, un tie, kurus ražo, piemēram, jūras dzīvnieki un sauszemes dzīvnieki.

Vaska īpašības

Vaskiem ir dažādas fizikāli ķīmiskās īpašības, kuras var apkopot nelielā sarakstā:

- Tā tekstūra var mainīties no mīksta un viegli vadāma līdz cietai (plastmasai) vai "salaužama" 20 ° C temperatūrā

- Parasti tām ir ļoti zema viskozitāte

- Tie ir ļoti nešķīst ūdenī, bet tie ir organiskos šķīdinātājos, lai gan šis process ir ļoti atkarīgs no temperatūras

Funkcija

Vaski pilda vairākas funkcijas gan dzīvnieku, gan dārzeņu valstībā, jo dabā tie ir ārkārtīgi izplatītas vielas.

Dzīvniekiem

Vaski ir galvenais enerģijas uzkrāšanas savienojums peldošajiem mikroorganismiem, kas veido planktonu.

Tādējādi vaski vienlaikus ir viens no galvenajiem metabolisma avotiem jūras dzīvnieku barības ķēdes pamatā.

Dzīvniekiem ir speciāli ādas dziedzeri, kas izdala vasku, lai aizsargātu viņu ādu un matus, padarot tos elastīgākus, ieeļļotus un ūdeni atgrūdošus.

Putniem ir dziedzeris, kas pazīstams kā “uropygeal” dziedzeris, kurš pastāvīgi izdala vaskus, tāpēc tas ir atbildīgs par to, lai spalvas būtu “ūdensnecaurlaidīgas”.

Augos

Augu organismu vasku galvenā funkcija ir audu aizsardzība.

Labs piemērs tam ir vaskainais pārklājums uz daudzu augu lapu asmeņiem, kas samazina saules gaismas izraisīto siltuma dehidratāciju.

Vēl viens piemērs, ko var pieminēt, ir vaskainais pārklājums, kas daudzām sēklām ir apvalkā, kas palīdz tām izvairīties no ūdens zudumiem uzglabāšanas laikā.

Šie vaski parasti ir iestrādāti starp kutina un suberīna polimēriem, veidojot amorfu slāni uz auga ārējās virsmas. Daudziem augiem ir epicutikulārs vaskainu kristālu slānis, kas pārklājas ar kutikulu un piešķir tiem pelēcīgu vai glaucētu izskatu.

Vaski ne tikai novērš ūdens zudumus, bet arī var palīdzēt augam novērst dažus sēnīšu vai baktēriju patogēnus, kā arī tiem ir būtiska loma augu un kukaiņu mijiedarbībā, papildus novēršot ultravioletā starojuma radītos bojājumus.

Rūpniecībā

Bioloģiskas izcelsmes vaski ir ļoti noderīgi arī no rūpniecības viedokļa, jo tos izmanto zāļu, kosmētikas uc ražošanā.

Ādas hidratācijai parasti izmantojamos losjonus, kā arī pulēšanas līdzekļus un dažas ziedes veido tauku maisījumi ar bišu vasku, Brazīlijas palmu vasku, jēru vilnas vasku, spermas vaļu vasku utt.

Vaskus plaši izmanto arī rūpnieciskos pārklājumos, kas ļauj atgrūst ūdeni, kā arī automašīnu pulēšanai izmantojamo vielu ražošanā.

Tos izmanto karstu kausējumu plastificēšanai, darba aprīkojuma eļļošanai metalurģijas nozarē un ļauj novēloti atbrīvot savienojumus, ko izmanto lauksaimniecībā un farmakoloģijā.

Vasku veidi

Vaski var būt dabiski vai sintētiski. "Dabīgajiem" vaskiem var būt arī organiskas vai minerālas izcelsmes, no kuriem pēdējais ir brūnogļu (akmeņogļu) pārstrādes produkts, tāpēc tie parasti nav atjaunojami (piemēram, vazelīns vai vazelīns).

Dzīvnieku un / vai augu izcelsmes vaski tiek uzskatīti par atjaunojamiem un modificējamiem dabīgajiem vaskiem, jo ​​tos var modificēt, piemēram, ar ķīmiskām metodēm, piemēram, hidrogenēšanu un pāresterificēšanu.

Tādējādi bioloģiskajā kontekstā vaskus klasificē pēc avota, no kura tie iegūti.

- dārzeņu vaski

Augi ražo dažāda veida vaskus dažādās ķermeņa daļās: lapās, ziedos, augļos vai sēklās.

Kāds ir biosintētiskais ceļš?

Augu vasku alifātiskās sastāvdaļas tiek sintezētas epidermas šūnās no taukskābēm ar ļoti garām ķēdēm (no 20 līdz 34 oglekļa atomiem).

Sintēze sākas ar 16 un 18 oglekļa taukskābju veidošanos, kas sākotnēji rodas plastidu stromā, pateicoties šķīstošo enzīmu aktivitātei, kas veido taukskābju sintāzes kompleksu.

Pēc tam šīs taukskābes tiek pagarinātas, pateicoties vairāku enzīmu kompleksiem, kas saistīti ar membrānu, kas pazīstama kā taukskābju elongas. Katrā divu oglekļa atomu pagarinājumā notiek četras reakcijas:

- Kondensācija starp taukskābju, kas esterificēta par acetil-Co-A molekulu (substrātu), un malonil-CoA molekulu

- B-keto samazināšana

- dehidratācija

- Enoila samazināšana

Ir aprakstīti divi galvenie veidi, kā ražot augu vasku komponentus, viens no tiem ir acilreducēšanas ceļš, bet otrs ir dekarbonilēšanas ceļš. Pirmais rada spirtu un vaska esteru sintēzi, bet otrais rada aldehīdus, alkānus, sekundāros spirtus un ketonus.

Acilu samazināšanas ceļš

Acil-CoA esteri, ko iegūst, pagarinot ķēdi, tiek reducēti divpakāpju reakcijā, iesaistot īslaicīgu aldehīda tipa starpproduktu un kurus katalizē enzīma acil-CoA reduktāze. Izgatavoto taukspirtu var esterificēt, lai veidotu vaska esteru, pateicoties enzīma acil-CoA spirta transacilāzei.

Dekarbonilēšanas ceļš

Pirmais solis šajā ceļā ir acil-CoA estera reducēšana līdz aldehīdam, kuru mediē acil-CoA reduktāzes enzīms. Kad aldehīda dekarbonilāzes enzīms no minētās molekulas noņem karbonilgrupu, tiek iegūts alkāns, kurā ir par vienu oglekļa atomu mazāk nekā tā prekursors taukskābē.

Šo ogļūdeņradi var turpināt metabolizēt, ievietojot ķēdē hidroksilgrupu caur hidroksilāzi vai oksidāzi, veidojot sekundāro spirtu.

Pēdējo vaska esteru ražošanas posmu no garās ķēdes spirtiem un taukskābēm katalizē acil-CoA enzīms: spirta transacilāze, kas nepieciešama arī triacilglicerīnu sintēzei.

- dzīvnieku vaski

Dzīvnieki ražo arī lielu daudzumu vasku, īpaši kukaiņu, vaļu, aitu un putnu, no kuriem tos var iegūt biotehnoloģiskiem mērķiem.

Viņu bioloģiskā lietderība ir sīki izpētīta, un, cita starpā, atkarībā no konkrētā dzīvnieka tie var kalpot gan aizsardzības, gan saziņas nolūkos.

Bioloģisko vasku piemēri

- dzīvnieku vaski

Bišu vasks

Kā norāda nosaukums, šāda veida vasku ražo bites, vispopulārākais ir Apis mellifera. Šiem dzīvniekiem vēderā ir specializēti dziedzeri, kas izdala vasku, ko viņi izmanto, lai izveidotu ķemmes tur, kur tās ievieto olas un organizē stropu.

Šo vasku parasti iegūst kā medus blakusproduktu, un to izmanto dažādiem mērķiem gan kosmetoloģijā, gan rūpniecībā (sveču, pulēšanas līdzekļu, pārtikas, tekstilizstrādājumu, laku uc ražošanā). Tas sastāv no ogļūdeņražiem, esteriem, brīvajām skābēm un citiem, un vairāk specializēti pētījumi norāda, ka tas ir bagāts ar cerotisko skābi un myricin.

Spermaceti

Spermas valis ir vēl viens labi zināms dzīvnieku vaska veids, ko iegūst no dobuma Physeter macrocephalus vaļa galvā, kas var radīt līdz 3 tonnām šīs vielas, ko tas izmanto kā hidrolokatoru.

Tas ir bagāts ar taukskābju esteriem, triglicerīdiem, brīvajiem spirtiem un skābēm; taukskābju esteros ietilpst galvenokārt cetilpalmitāts (32 oglekļi) un cetilmiristāts (30 oglekļi).

Šis dzīvnieku vasks ir plaši izmantots medicīnā, kosmetoloģijā un farmācijā, kā arī sveču ražošanā.

Tomēr pašlaik pastāv daži starptautiski noteikumi, jo vaļi tika nogalināti tikai tāpēc, lai iegūtu šo produktu, kas nozīmē lielus zaudējumus jūras faunai.

- dārzeņu vaski

Palmu vasks

Vaska palma Copernicia cerifera Martius ir Brazīlijas palmu suga, kas no komerciālā viedokļa ražo vienu no vissvarīgākajiem dārzeņu vaskiem.

Šis vasks tiek iegūts no palmu lapu augšējās un apakšējās virsmas, un to var vairākkārt izmantot gan ēdienu gatavošanā, gan kosmetoloģijā, mēbeļu un automašīnu vaskošanā, vaskotu zobu diegu ražošanā utt.

Vaska palmu kultivēšana (Fernando Arteaga attēls vietnē www.pixabay.com)

Jojobas eļļa

Žožobas vasku iegūst no Simmondsia chinensis, tipiska krūma no Meksikas un ASV sausās zonas. Tās sēklas ir bagātas ar vasku vai eļļu, ko iegūst no aukstās presēšanas un kurai ir daudz medicīnisku pielietojumu, kas ir viens no galvenajiem spermas vaļa aizstājējiem.

Jojobas auga sēklas (Avots: Kenneth Bosma / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0), izmantojot Wikimedia Commons)

Atsauces

1. Domínguez, E., & Heredia, A. (1998). Vaski: aizmirsta tēma lipīdu mācīšanā. Bioķīmiskā izglītība, 26 (4), 315-316.
2. Firestone, D. (2006). Eļļu, tauku un vasku fizikālās un ķīmiskās īpašības (Nr. L-0671). Aocs Press.
3. Kolattukudy, PE (1970). Augu vaski. Lipīdi, 5 (2), 259.-275.
4. Lusas, EW, Riaz, MN, Alam, MS, & Clough, R. (2017). Dzīvnieku un augu tauki, eļļas un vaski. Rūpnieciskās ķīmijas un biotehnoloģijas rokasgrāmatā (823.-932. Lpp.). Springer, Cham.
5. Post-Beittenmiller, D. (1996). Vaska ražošanas bioķīmija un molekulārā bioloģija augos. Gada pārskats par augu bioloģiju, 47 (1), 405–430.
6. Tinto, WF, Elufioye, TO, & Roach, J. (2017). Vaski. Rakstā Farmakognosija (443.-455. Lpp.). Akadēmiskā prese.