VOKS (BIOLOGISK): STRUKTUR, EGENSKAPER, FUNKSJON, TYPER - BIOLOGI - 2025

En voks er et hydrofobt materiale som består av langkjedede fettsyrer og alkoholer (estere av langkjedede fettsyrer og alkoholer). De har flere funksjoner i naturen, ettersom de produseres naturlig av mange plante- og dyrearter.

Ordet “voks” (fra engelsk voks) stammer fra det latinske ordet “voks”, som refererer til stoffet som produseres av bier og brukes til å bygge kamene sine. Begrepet på engelsk brukes med samme konnotasjon, ettersom det stammer fra det angelsaksiske ordet “weax” som også brukes til å beskrive bivoks (på engelsk bivoks).

En honningkake (Bilde av Pexels på www.pixabay.com)

Når man tar hensyn til det ovennevnte, blir det forstått at definisjonen av "voks" omfatter et sett med stoffer som har noen egenskaper, men ikke nødvendigvis har de samme kjemiske og / eller fysiske egenskapene.

Uansett deres kjemiske identitet, er voks imidlertid sterkt hydrofobe stoffer som tjener forskjellige formål, avhengig av organismen som produserer dem. Et stort antall levende vesener bruker dem som hovedstoffreservestoff, mens andre bruker dem som beskyttende stoffer på overflaten.

Selv om de er like vanlige i planter og dyr, er plantevoks de som er beskrevet med størst intensitet (og noen av visse dyr), siden de har biologisk betydning for disse organismer og også industrielle fra antropologisk synspunkt.

Oppbygging av voks

Voks er klassisk definert som alkoholholdige estere av langkjedede fettsyrer, karakterisert ved lengder på 24-30 karbonatomer, som assosieres med primære alkoholer med 16-36 karbonatomer (på samme måte kan de assosiere med alkoholer fra steroidgruppe).

De dannes av reaksjoner som involverer "forening" av en alkohol og en fettsyre, mer eller mindre som følger:

CH3 (CH2) nCH2OH (alkohol) + CH3 (CH2) nCOOH (fettsyre) → CH3 (CH2) nCH2COOHCH2 (CH2) CH3 (voksester) + H20 (vann)

Naturen til de alifatiske komponentene i voks kan være enormt varierende, og finnes i disse fettsyrene, primære og sekundære alkoholer, hydrokarboner, sterolestere, alifatiske aldehyder, ketoner, diketoner, triacylglyceroler, triterpener og steroler, blant andre.

På samme måte er både kjedelengden og metningsgraden og forgreningen av fettsyrene og de andre alifatiske komponentene i voksen avhengig av deres opprinnelse.

Når man vet dette, har det vist seg at de voksene som produseres i planter er forskjellige, og de som er produsert av marine dyr og for eksempel landdyr.

Voksegenskaper

Voks har forskjellige fysisk-kjemiske egenskaper som kan oppsummeres i en liten liste:

- Teksturen kan variere fra myk og håndterbar til hard (plast) eller "brytbar" ved 20 ° C

- De er generelt veldig lav viskositet

- De er svært uoppløselige i vann, men de er i organiske løsningsmidler, selv om denne prosessen avhenger mye av temperaturen

Funksjon

Voks har flere funksjoner både i dyreriket og i grønnsaksriket, ettersom de er ekstremt vanlige stoffer i naturen.

Hos dyr

Vokser representerer den viktigste energilagringsforbindelsen for de flytende mikroorganismer som utgjør plankton.

Dermed er voks samtidig en av de viktigste metabolske kildene ved bunnen av næringskjeden til marine dyr.

Dyr har spesielle hudkjertler som skiller ut voks for å beskytte hud og hår, noe som gjør dem mer fleksible, smurte og vannavstøtende strukturer.

Fugler har en kjertel som kalles den uropygeale kjertelen, som hele tiden utskiller voks, og det er derfor den er ansvarlig for å holde fjærene “vanntette”.

I planter

En primær funksjon av voks i planteorganismer er beskyttelse av vev.

Et godt eksempel på dette er det voksagtige belegget på bladbladene til mange planter, noe som reduserer dehydrering av varme som er indusert av sollys.

Et annet eksempel som kan nevnes er det voksagtige belegget som mange frø har i pelsen, noe som hjelper dem å unngå vanntap under lagring.

Disse voksene er vanligvis innebygd mellom kutin og suberinpolymerer, og utgjør et amorft lag på den ytre overflaten av planten. Mange planter har et epikutikulært lag med voksaktig krystaller som overlapper neglebåndet og gir dem et gråaktig eller glaukøst utseende.

Vokser forhindrer ikke bare vanntap, men kan også hjelpe planten med å forhindre noen sopp- eller bakteriepatogener, og spille en grunnleggende rolle i plante-insektinteraksjoner, i tillegg til å forhindre skade forårsaket av ultrafiolett stråling.

I bransjen

Vokser av biologisk opprinnelse er også veldig nyttige fra industrielt synspunkt, da de brukes i produksjon av medisiner, kosmetikk, etc.

Lotionene som vanligvis brukes til å hydratere huden, samt poleringsmidler og noen salver, er sammensatt av fettblandinger med bivoks, brasiliansk palmevoks, lammevoksvoks, sædhvalvoks, etc.

Voks er også mye brukt i industrielle belegg som tillater vannavstøtning, samt i produksjon av stoffer som brukes til å polere biler.

De brukes i plastificering av varme smelter, i smøring av arbeidsutstyr i metallurgisk industri og for å tillate forsinket frigjøring av forbindelser som brukes i jordbruk og farmakologi.

Typer voks

Voks kan være naturlig eller syntetisk. "Naturlige" voksarter kan også ha organisk eller mineralsk opprinnelse, sistnevnte er produktet av lignittbehandling (kull), og det er derfor de vanligvis ikke kan fornyes (for eksempel petrolatum eller vaselin).

Vokser av animalsk og / eller vegetabilsk opprinnelse anses som fornybare og modifiserbare naturlige vokser, siden de kan modifiseres ved hjelp av kjemiske metoder som for eksempel hydrogenering og gjenesterifisering.

I biologisk sammenheng blir således voks klassifisert i henhold til kilden de er hentet fra.

- Vegetabilske voks

Planter produserer forskjellige typer voks i forskjellige deler av kroppen sin: i bladene, i blomstene, i fruktene eller i frøene.

Hvordan er den biosyntetiske veien?

De alifatiske komponentene i vegetabilske voks syntetiseres i epidermale celler fra fettsyrer med veldig lange kjeder (20 til 34 karbonatomer).

Syntesen begynner med produksjonen av fettsyrer på 16 og 18 karbonhydrater, som opprinnelig har sin opprinnelse i stromaen av plastidene takket være aktiviteten til de løselige enzymer som utgjør fettsyresyntasekomplekset.

Deretter blir disse fettsyrene langstrakte takket være multi-enzymkomplekser assosiert med membranen kjent som fettsyrelongaser. I hver utvidelse av to karbonatomer er det fire reaksjoner:

- Kondensasjon mellom et fet acylforestret til et acetyl Co-A-molekyl (substrat) og et malonyl-CoA-molekyl

- B-keto reduksjon

- dehydrering

- Enoil reduksjon

To hovedveier for produksjon av komponentene i vegetabilske voks er blitt beskrevet, en av dem er acylreduksjonsveien og den andre er dekarbonyleringsveien. Førstnevnte resulterer i syntese av alkoholer og voksestere, mens sistnevnte produserer aldehyder, alkaner, sekundære alkoholer og ketoner.

Acylreduksjonsvei

Acyl-CoA-esterne produsert ved kjedeforlengelse reduseres i en totrinns reaksjon som involverer et forbigående aldehydtype mellomprodukt og som katalyseres av enzymet acyl-CoA-reduktase. Den produserte fettalkoholen kan forestres for å danne en voksester takket være enzymet acyl-CoA-alkoholtransacylase.

Dekarbonyleringsvei

Det første trinnet i denne veien er reduksjonen av en acyl-CoA-ester til en aldehyd formidlet av et acyl-CoA-reduktaseenzym. Når et aldehyddekarbonylaseenzym fjerner karbonylgruppen fra nevnte molekyl, blir det produsert en alkan, som har ett mindre karbonatom enn dens forløperfettsyre.

Dette hydrokarbonet kan metaboliseres ytterligere ved innføring av en hydroksylgruppe i kjeden via en hydroksylase eller en oksydase, og danner en sekundær alkohol.

Det siste trinnet for produksjon av voksestere fra langkjedede alkoholer og fettsyrer katalyseres av et acyl-CoA-enzym: alkoholtransacylase, som også er nødvendig for syntese av triacylglyseroler.

- Dyrevoks

Dyr produserer også store mengder voks, spesielt insekter, hvaler, sauer og fugler, hvorfra de kan fås for bioteknologiske formål.

Deres biologiske nytteverdi har blitt studert i detalj, og avhengig av dyret det gjelder, kan de tjene beskyttelses- og kommunikasjonsformål, blant andre.

Eksempler på biologiske voksarter

- Dyrevoks

Bivoks

Som navnet tilsier er denne typen voks produsert av bier, den mest populære er Apis mellifera. Disse dyrene har spesialiserte kjertler i magen som skiller ut voksen som de bruker for å bygge kammene der de legger eggene sine og organiserer bikuben.

Denne voksen er vanligvis oppnådd som et biprodukt av honning og brukes til forskjellige formål, både i kosmetikk og i industrien (fremstilling av stearinlys, lakker, mat, tekstiler, lakker, etc.). Den består av hydrokarboner, estere, frie syrer og andre, og mer spesialiserte studier indikerer at den er rik på cerotisk syre og myricin.

sperma

Sædhval er en annen kjent type dyrevoks, oppnådd fra et hulrom i hodet på Physeter macrocephalus hval, som kan produsere opptil 3 tonn av dette stoffet som det bruker som ekkolodd.

Den er rik på fettestere, triglyserider, frie alkoholer og syrer; fettestere inkluderer hovedsakelig cetylpalmitat (32 karbonatomer) og cetylmyristat (30 karbonatomer).

Denne dyrevoksen har blitt mye brukt i medisin, kosmetikk og legemidler, samt i produksjon av lys.

Imidlertid eksisterer det for øyeblikket noen internasjonale forskrifter, da hvalene ble drept med det eneste formål å skaffe dette produktet, noe som betyr store tap for den marine faunaen.

- Vegetabilske voks

Palme voks

Vaxpalmen Copernicia cerifera Martius er en brasiliansk palmesart som produserer en av de viktigste grønnsaksvoksene fra et kommersielt synspunkt.

Denne voksen oppnås fra øvre og nedre overflate av palmebladene og har flere bruksområder både i tilberedning av mat og i kosmetikk, møbler og bilvoksing, produksjon av vokset tanntråd osv.

Dyrking av vokspalm (Bilde av Fernando Arteaga på www.pixabay.com)

Jojoba olje

Jojoba voks fås fra Simmondsia chinensis, en typisk busk fra de tørre sonene i Mexico og USA. Frøene er rike på en voks eller olje som fås ved kaldpresse, og som har mange medisinske anvendelser, og er en av de viktigste erstatningene for sædhval.

Frø av en jojoba-plante (Kilde: Kenneth Bosma / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) via Wikimedia Commons)

referanser

1. Domínguez, E., & Heredia, A. (1998). Voks: et glemt tema i lipidundervisningen. Biokjemisk utdanning, 26 (4), 315-316.
2. Firestone, D. (2006). Fysiske og kjemiske egenskaper ved oljer, fett og voks (Nr. L-0671). Aocs Press.
3. Kolattukudy, PE (1970). Plantevoks. Lipider, 5 (2), 259-275.
4. Lusas, EW, Riaz, MN, Alam, MS, & Clough, R. (2017). Animalsk og vegetabilsk fett, oljer og voks. I Håndbok for industriell kjemi og bioteknologi (s. 823-932). Springer, Cham.
5. Post-Beittenmiller, D. (1996). Biokjemi og molekylærbiologi for voksproduksjon i planter. Årlig gjennomgang av plantebiologi, 47 (1), 405-430.
6. Tinto, WF, Elufioye, TO, & Roach, J. (2017). Voks. I Pharmacognosy (s. 443-455). Academic Press.