VAX (BIOLOGISK): STRUKTUR, EGENSKAPER, FUNKTION, TYPER - BIOLOGI - 2025

Ett vax är ett hydrofobt material som består av långkedjiga fettsyror och alkoholer (estrar av långkedjiga fettsyror och alkoholer). De har flera funktioner i naturen, eftersom de produceras naturligt av många växter och djurarter.

Ordet "vax" (från engelska vax) härrör från det latinska ordet "vax", som refererar till ämnet som produceras av bin och används för att bygga sina kammar. Termen på engelska används med samma konnotation, eftersom den härrör från det anglo-saxiska ordet “weax” som också används för att beskriva bivax (på engelska bivax).

En honungskaka (Bild av Pexels på www.pixabay.com)

Med hänsyn till ovanstående är det underförstått att definitionen av "vax" omfattar en uppsättning ämnen som har vissa egenskaper men inte nödvändigtvis har samma kemiska och / eller fysiska egenskaper.

Oavsett deras kemiska identitet är vax emellertid mycket hydrofoba substanser som tjänar olika syften beroende på organismen som producerar dem. Ett stort antal levande varelser använder dem som huvudsakliga energireservämne, medan andra använder dem som skyddande ämnen på deras yta.

Även om de är lika vanliga i växter och djur, är växtvax de som har beskrivits med största intensitet (och vissa av vissa djur), eftersom de har biologisk betydelse för dessa organismer och även industriella ur antropologisk synvinkel.

Vaxuppbyggnad

Vax har klassiskt definierats som alkoholhaltiga estrar av långkedjiga fettsyror, kännetecknade av längder av 24-30 kolatomer, som associerar med primära alkoholer med 16-36 kolatomer (på samma sätt kan de associeras med alkoholer från steroidgrupp).

De bildas av reaktioner som involverar "förening" av en alkohol och en fettsyra, mer eller mindre enligt följande:

CH3 (CH2) nCH2OH (alkohol) + CH3 (CH2) nCOOH (fettsyra) → CH3 (CH2) nCH2COOHCH2 (CH2) CH3 (vaxester) + H20 (vatten)

Naturen hos de alifatiska komponenterna i vaxer kan vara oerhört varierande och kan hittas i dessa fettsyror, primära och sekundära alkoholer, kolväten, sterolestrar, alifatiska aldehyder, ketoner, diketoner, triacylglyceroler, triterpener och steroler, bland andra.

På samma sätt beror både kedjelängden och graden av mättnad och förgrening av fettsyrorna och de andra alifatiska komponenterna i vaxerna av deras ursprung.

Genom att veta detta har det visats att de växer som produceras i växter är olika och de som produceras av marina djur och till exempel landdjur.

Vaxegenskaper

Vaxar har olika fysisk-kemiska egenskaper som kan sammanfattas i en liten lista:

- Strukturen kan variera från mjuk och hanterbar till hård (plast) eller "brytbar" vid 20 ° C

- De är generellt sett mycket låg viskositet

- De är mycket olösliga i vatten, men de finns i organiska lösningsmedel, även om denna process beror mycket på temperaturen

Fungera

Vaxar har flera funktioner både i djurriket och i grönsakeriket, eftersom de är extremt vanliga ämnen i naturen.

Hos djur

Vaxer representerar den viktigaste energilagringsföreningen för de flytande mikroorganismerna som utgör plankton.

Således är vax samtidigt en av de viktigaste metabola källorna vid basen av livsmedelskedjan för marina djur.

Djur har speciella hudkörtlar som utsöndrar vax för att skydda deras hud och hår, vilket gör dem mer flexibla, smorda och vattenavvisande strukturer.

Fåglar har en körtel som kallas ”uropygeal” körtlar, som ständigt utsöndrar vax, varför den är ansvarig för att hålla fjädrarna ”vattentäta”.

I växter

Vaxens primära funktion i växtorganismer är skyddet av vävnader.

Ett bra exempel på detta är den vaxartade beläggningen på bladblad för många växter, vilket minskar värmeuttorkning som orsakas av solljus.

Ett annat exempel som kan nämnas är den vaxartade beläggningen som många frön har i sin kappa, vilket hjälper dem att undvika vattenförlust under lagring.

Dessa växer är vanligtvis inbäddade mellan cutin- och suberinpolymerer, vilket utgör ett amorft skikt på växtens yttre yta. Många växter har ett epikutikulärt lager av vaxartade kristaller som överlappar nagelbandet och ger dem ett gråaktigt eller glauköst utseende.

Vaxar förhindrar inte bara vattenförlust, utan kan också hjälpa växten att förhindra vissa svamp- eller bakteriepatogener och spela en grundläggande roll i växter-insektsinteraktioner, förutom att förhindra skador orsakade av ultraviolett strålning.

Inom industrin

Vax av biologiskt ursprung är också mycket användbart ur industriell synvinkel, eftersom de används vid tillverkning av läkemedel, kosmetika etc.

De lotioner som vanligtvis används för att hydrera huden, liksom polermedel och några salvor, består av fettblandningar med bivax, brasiliansk palmvax, lammsvaxvax, spermavalvax etc.

Vax används också i stor utsträckning i industriella beläggningar som möjliggör vattenavvisande, liksom vid tillverkning av ämnen som används för att polera bilar.

De används för mjukgöring av heta smältor, vid smörjning av arbetsutrustning i metallurgisk industri och för att möjliggöra försenad frisättning av föreningar som används inom jordbruk och farmakologi.

Typer av vaxer

Vaxar kan vara naturliga eller syntetiska. "Naturliga" växer kan också ha organiskt eller mineraliskt ursprung, det sistnämnda är produkten från bearbetning av brunkol (kol), varför de i allmänhet inte kan förnyas (t.ex. petrolatum eller vaselin).

Vax av animaliskt och / eller vegetabiliskt ursprung betraktas som förnybara och modifierbara naturliga växer, eftersom de kan modifieras genom kemiska metoder såsom hydrering och omförestring, till exempel.

I det biologiska sammanhanget klassificeras således växer enligt källan från vilka de erhålls.

- Vegetabiliska växer

Växter producerar olika typer av växer i olika delar av kroppen: i bladen, i blommorna, i frukterna eller i frön.

Hur är den biosyntetiska vägen?

De alifatiska komponenterna i vegetabiliska vax syntetiseras i epidermala celler från fettsyror med mycket långa kedjor (20 till 34 kolatomer).

Syntesen börjar med produktionen av fettsyror med 16 och 18 kolatomer, som ursprungligen har sitt ursprung i stroma av plastiderna tack vare aktiviteten hos de lösliga enzymer som utgör det komplexa fettsyrasyntaset.

Därefter är dessa fettsyror långsträckta tack vare flera enzymkomplex associerade med membranet känt som fettsyraelongaser. I varje förlängning av två kolatomer finns det fyra reaktioner:

- Kondensation mellan en fet acylförestrad till en acetyl Co-A-molekyl (substrat) och en malonyl-CoA-molekyl

- B-keto reduktion

- uttorkning

- Enoilreduktion

Två huvudvägar för framställning av komponenterna i vegetabiliska vax har beskrivits, en av dem är acylreduktionsvägen och den andra är dekarbonyleringsvägen. Det förstnämnda resulterar i syntesen av alkoholer och vaxestrar, medan den senare producerar aldehyder, alkaner, sekundära alkoholer och ketoner.

Acylreduktionsväg

Acyl-CoA-estrarna producerade genom kedjeförlängning reduceras i en tvåstegsreaktion innefattande en övergående mellanprodukt av aldehydtyp och som katalyseras av enzymet acyl-CoA-reduktas. Den framställda fettalkoholen kan förestras för att bilda en vaxester tack vare enzymet acyl-CoA-alkoholtransacylas.

Dekarbonyleringsväg

Det första steget i denna väg är reduktionen av en acyl-CoA-ester till en aldehyd medierad av ett acyl-CoA-reduktasenzym. När ett aldehyddekarbonylasenzym avlägsnar karbonylgruppen från nämnda molekyl, produceras en alkan, som har en mindre kolatom än dess föregångsfettsyra.

Detta kolväte kan ytterligare metaboliseras genom införande av en hydroxylgrupp i kedjan via ett hydroxylas eller ett oxidas, bildande en sekundär alkohol.

Det sista steget för framställning av vaxestrar från långkedjiga alkoholer och fettsyror katalyseras av ett acyl-CoA-enzym: alkoholtransacylas, vilket också krävs för syntes av triacylglyceroler.

- Djurvax

Djur producerar också stora mängder vax, särskilt insekter, valar, får och fåglar, från vilka de kan erhållas för biotekniska ändamål.

Deras biologiska användbarhet har studerats i detalj och beroende på djuret i fråga kan de tjäna skydd och kommunikationsändamål, bland andra.

Exempel på biologiska växer

- Djurvax

bivax

Som namnet antyder produceras denna typ av vax av bin, den mest populära är Apis mellifera. Dessa djur har specialiserade körtlar i buken som utsöndrar vaxet som de använder för att bygga kammarna där de lägger sina ägg och organiserar bikupan.

Detta vax erhålls vanligtvis som en biprodukt av honung och används för olika ändamål, både inom kosmetologi och inom industrin (tillverkning av ljus, polermedel, mat, textilier, lack, etc.). Det består av kolväten, estrar, fria syror och andra, och mer specialiserade studier indikerar att den är rik på cerotinsyra och myricin.

Valrav

Spermval är en annan välkänd typ av djurvax, erhållen från en hålighet i huvudet av Physeter macrocephalusval, som kan producera upp till 3 ton av detta ämne som den använder som sonar.

Den är rik på fettestrar, triglycerider, fria alkoholer och syror; fettestrar inkluderar huvudsakligen cetylpalmitat (32 kol) och cetylmyristat (30 kol).

Detta djurvax har använts i stor utsträckning inom medicin, kosmetologi och läkemedel samt för produktion av ljus.

Emellertid finns det för närvarande vissa internationella bestämmelser, eftersom valarna dödades för det enda syftet att erhålla denna produkt, vilket innebär stora förluster för marin fauna.

- Vegetabiliska växer

Palmvax

Vaxpalmen Copernicia cerifera Martius är en brasiliansk palmart som producerar en av de viktigaste grönsaksvaxen från en kommersiell synvinkel.

Detta vax erhålls från palmbladens övre och nedre yta och har flera tillämpningar både i livsmedelsberedning och inom kosmetologi, möbler och bilvaxning, produktion av vaxad tandtråd etc.

Odling av vaxpalmer (Bild av Fernando Arteaga på www.pixabay.com)

Jojoba olja

Jojobavax erhålls från Simmondsia chinensis, en typisk buske från de torra zonerna i Mexiko och USA. Dess frön är rika på ett vax eller olja som erhålls genom kallpress och som har många medicinska tillämpningar, eftersom de är en av de viktigaste ersättningarna för spermhval.

Frön av en jojoba-anläggning (Källa: Kenneth Bosma / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) via Wikimedia Commons)

referenser

1. Domínguez, E., & Heredia, A. (1998). Vax: ett glömt ämne i lipidundervisningen. Biokemisk utbildning, 26 (4), 315-316.
2. Firestone, D. (2006). Fysikaliska och kemiska egenskaper hos oljor, fetter och växer (Nr L-0671). Aocs Press.
3. Kolattukudy, PE (1970). Växtvax. Lipider, 5 (2), 259-275.
4. Lusas, EW, Riaz, MN, Alam, MS, & Clough, R. (2017). Djur- och vegetabiliska fetter, oljor och växer. I Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology (s. 823-932). Springer, Cham.
5. Post-Beittenmiller, D. (1996). Biokemi och molekylärbiologi för vaxproduktion i växter. Årlig granskning av växtbiologi, 47 (1), 405-430.
6. Tinto, WF, Elufioye, TO, & Roach, J. (2017). Vaxer. I Pharmacognosy (sid. 443-455). Academic Press.