VAHAT (BIOLOGISET): RAKENNE, OMINAISUUDET, TOIMINTA, TYYPIT - BIOLOGIA - 2026

Vaha on hydrofobinen materiaali koostuu pitkäketjuisia rasvahappoja ja alkoholit (estereitä pitkäketjuisten rasvahappojen ja alkoholien). Niillä on luonteeltaan useita toimintoja, koska monet kasvi- ja eläinlajit tuottavat niitä luonnossa.

Sana “vaha” (englanninkielisestä vahasta) on peräisin latinalaisesta sanasta “vaha”, joka viittaa mehiläisten tuottamiin aineisiin, joita käytetään niiden kammien rakentamiseen. Englanninkielistä termiä käytetään samassa merkityksessä, koska se johtuu anglosaksi-sanasta ”weax”, jota käytetään myös kuvaamaan mehiläisvahaa (englanniksi mehiläisvaha).

Hunajakenno (Kuva Pexels osoitteessa www.pixabay.com)

Edellä esitetty huomioon ottaen on selvää, että "vahan" määritelmä kattaa joukon aineita, joilla on joitain ominaisuuksia, mutta joilla ei välttämättä ole samoja kemiallisia ja / tai fysikaalisia ominaisuuksia.

Kemiallisesta identiteetistä riippumatta vahat ovat kuitenkin erittäin hydrofobisia aineita, jotka palvelevat erilaisia ​​tarkoituksia niitä tuottavan organismin mukaan. Suuri joukko eläviä olentoja käyttää niitä pääenergiavaranna, toiset taas suojaavina aineina pinnallaan.

Vaikka ne ovat aivan yhtä yleisiä kasveissa ja eläimissä, kasvivahoja on kuvattu eniten voimakkuudella (ja joitain tietyistä eläimistä), koska niillä on biologinen merkitys näille organismeille ja ne ovat myös antropologisesta näkökulmasta teollisia.

Vahojen rakenne

Vahat on klassisesti määritelty pitkäketjuisten rasvahappojen alkoholiestereiksi, joille on ominaista 24-30 hiiliatomin pituudet, jotka yhdistyvät primaarisiin alkoholeihin, joissa on 16-36 hiiliatomia (samoin, ne voivat yhdistyä steroidiryhmä).

Ne muodostuvat reaktioista, joihin liittyy alkoholin ja rasvahapon "unioni", enemmän tai vähemmän seuraavasti:

CH3 (CH2) nCH2OH (alkoholi) + CH3 (CH2) nCOOH (rasvahappo) → CH3 (CH2) nCH2COOHCH2 (CH2) CH3 (vahaesteri) + H20 (vesi)

Vahojen alifaattisten komponenttien luonne voi olla huomattavan vaihteleva, ja niitä voidaan löytää mm. Näistä rasvahapoista, primaarisista ja sekundaarisista alkoholeista, hiilivedyistä, steroliestereistä, alifaattisista aldehydeistä, ketoneista, diketoneista, triasyyliglyseroleista, triterpeeneistä ja steroleista.

Samalla tavalla sekä rasvahappojen että vahojen muiden alifaattisten komponenttien ketjun pituus ja tyydyttymisaste ja haarautuminen riippuvat niiden alkuperästä.

Tietäen tämän, on osoitettu, että kasveissa tuotetut vahat ovat erilaisia ​​ja esimerkiksi merieläinten ja esimerkiksi maaeläinten tuottamat vahat.

Vahan ominaisuudet

Vahoilla on erilaisia ​​fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia, jotka voidaan tiivistää pieneen luetteloon:

- Sen rakenne voi vaihdella pehmeästä ja hallittavissa kovasta (muovista) tai "hajoavasta" lämpötilassa 20 ° C

- Niillä on yleensä erittäin alhainen viskositeetti

- Ne ovat erittäin liukenemattomia veteen, mutta ne ovat orgaanisissa liuottimissa, vaikka tämä prosessi riippuu paljon lämpötilasta

toiminto

Vahat täyttävät useita tehtäviä sekä eläinkunnassa että vihannesvaltiossa, koska ne ovat luonnossa erittäin yleisiä aineita.

Eläimissä

Vahat ovat tärkein energian varastointiyhdiste kelluville mikro-organismeille, jotka muodostavat planktonin.

Siksi vahat ovat samaan aikaan yksi tärkeimmistä aineenvaihdunnan lähteistä merieläinten ravintoketjun juuressa.

Eläimillä on erityiset ihon rauhaset, jotka erittävät vahaa suojaamaan ihoa ja hiuksia tekemällä niistä joustavammat, voidelut ja vettä hylkivät rakenteet.

Lintuilla on uropygeal-rauhas, joka erittelee jatkuvasti vahoja, minkä vuoksi se on vastuussa höyhenten pitämisessä vesitiiviiksi.

Kasveissa

Kasvien eliöissä olevien vahojen ensisijainen tehtävä on kudosten suojaaminen.

Hyvä esimerkki tästä on vahamainen pinnoite monien kasvien lehtilapoilla, mikä vähentää auringonvalon aiheuttamaa lämmön kuivumista.

Toinen esimerkki, joka voidaan mainita, on vahamainen pinnoite, joka monilla siemenillä on turkissaan, mikä auttaa heitä välttämään veden menetyksiä varastoinnin aikana.

Nämä vahat upotetaan yleensä cutin- ja suberin-polymeerien väliin, muodostaen amorfisen kerroksen kasvin ulkopinnalle. Monilla kasveilla on epikutaarinen kerros vahamaisia ​​kiteitä, jotka menevät päällekkäin kynsinauhan kanssa ja antavat niille harmahtavan tai glaukoisen ulkonäön.

Vahat eivät vain estä veden menetystä, vaan voivat myös auttaa kasvia estämään joitain sieni- tai bakteeripatogeenejä ja ne voivat olla keskeisessä asemassa kasvien ja hyönteisten vuorovaikutuksessa, ultraviolettisäteilyn aiheuttamien vaurioiden estämisen lisäksi.

Teollisuudessa

Biologista alkuperää olevat vahat ovat myös erittäin hyödyllisiä teollisuuden kannalta, koska niitä käytetään lääkkeiden, kosmetiikan jne. Valmistuksessa.

Ihon kosteuttamiseen yleensä käytettävät voiteet, kiillotusaineet ja eräät voiteet koostuvat rasvaseoksista mehiläisvahalla, Brasilian palmuvahalla, lampaanvillavahalla, siittiövahavahalla jne.

Vahoja käytetään myös laajasti teollisuuspinnoitteissa, jotka sallivat vettä hylkivän aineen, sekä autojen kiillottamiseen käytettävien aineiden valmistuksessa.

Niitä käytetään kuumien sulateiden plastisointiin, metallurgiateollisuuden työvälineiden voiteluun ja maataloudessa ja farmakologiassa käytettävien yhdisteiden viivästyneen vapautumisen mahdollistamiseksi.

Vahatyypit

Vahat voivat olla luonnollisia tai synteettisiä. "Luonnollisilla" vahoilla voi olla myös orgaanista tai mineraalista alkuperää, jälkimmäinen on ruskohiilen (hiilen) prosessoinnin tuote, minkä vuoksi ne eivät yleensä ole uusiutuvia (kuten vaseliini tai vaseliini).

Eläin- ja / tai kasviperäisiä vahoja pidetään uusiutuvina ja modifioitavina luonnollisina vahoina, koska niitä voidaan modifioida kemiallisilla menetelmillä, kuten esimerkiksi hydrauksella ja uudelleenesteröinnillä.

Siten biologisessa yhteydessä vahat luokitellaan lähteen mukaan, josta ne on saatu.

- kasvisvahat

Kasvit tuottavat erityyppisiä vahoja kehonsa eri osissa: lehdissä, kukissa, hedelmissä tai siemenissä.

Millainen biosynteettinen polku on?

Kasvivahojen alifaattiset komponentit syntetisoidaan epidermaalisoluissa rasvahapoista, joilla on erittäin pitkät ketjut (20 - 34 hiiliatomia).

Synteesi alkaa 16 ja 18 hiilen rasvahappojen tuotannolla, jotka ovat alun perin peräisin plastidien stroomassa, liukoisten entsyymien aktiivisuuden ansiosta, jotka muodostavat rasvahappojen syntaasikompleksin.

Myöhemmin nämä rasvahapot pidentyvät monentsyymikompleksien avulla, jotka liittyvät kalvoon, joka tunnetaan rasvahappojen pidennyksinä. Jokaisessa kahden hiiliatomin jatkeessa on neljä reaktiota:

- Kondensaatio asetyyli-Co-A-molekyyliksi (substraatti) esteröityä rasva-asyyliä ja malonyyli-CoA-molekyylin välillä

- B-keto-pelkistys

- kuivuminen

- Turvehoito

Kasvivahojen komponenttien tuottamiseksi on kuvattu kaksi pääreittiä, joista toinen on asyylin pelkistysreitti ja toinen on dekarbonylointi. Ensimmäinen johtaa alkoholien ja vahaestereiden synteesiin, kun taas jälkimmäinen tuottaa aldehydejä, alkaaneja, sekundaarisia alkoholeja ja ketoneja.

Asyylin pelkistyspolku

Ketjun pidentymisellä tuotetut asyyli-CoA-esterit pelkistetään kaksivaiheisessa reaktiossa, joka sisältää ohimenevän aldehydi-tyyppisen välituotteen ja joita katalysoi entsyymi asyyli-CoA-reduktaasi. Tuotettu rasva-alkoholi voidaan esteröidä vahaesterin muodostamiseksi asyyli-CoA-alkoholitranskylaasin entsyymin ansiosta.

Dekarbonylaatioreitti

Ensimmäinen vaihe tällä reitillä on asyyli-CoA-esterin pelkistäminen aldehydiksi, jota välittää asyyli-CoA-reduktaasi-entsyymi. Kun aldehydi-dekarbonylaasientsyymi poistaa karbonyyliryhmän mainitusta molekyylistä, muodostuu alkaani, jossa on yksi hiiliatomi vähemmän kuin sen edeltäjärasvahapolla.

Tämä hiilivety voidaan edelleen metaboloida lisäämällä hydroksyyliryhmä ketjuun hydroksylaasin tai oksidaasin kautta muodostaen sekundaarisen alkoholin.

Viimeistä vaihetta vahaestereiden valmistamiseksi pitkäketjuisista alkoholeista ja rasvahapoista katalysoi asyyli-CoA-entsyymi: alkoholitransasylaasi, jota tarvitaan myös triasyyliglyserolien synteesiin.

- eläinvahat

Eläimet tuottavat myös suuria määriä vahoja, erityisesti hyönteisiä, valaita, lampaita ja lintuja, joista niitä voidaan hankkia bioteknisiin tarkoituksiin.

Niiden biologista hyödyllisyyttä on tutkittu yksityiskohtaisesti, ja kyseisestä eläimestä riippuen ne voivat toimia muun muassa suojaus- ja viestintätarkoituksissa.

Esimerkkejä biologisista vahoista

- eläinvahat

Mehiläisvaha

Kuten nimensä mukaan tämäntyyppistä vahaa tuottavat mehiläiset, suosituin on Apis mellifera. Näillä eläimillä on vatsassaan erikoistuneet rauhaset, jotka erittävät vahaa, jota he käyttävät rakentaakseen kammioita munien munimiseen ja pesän järjestämiseen.

Tätä vahaa saadaan yleisesti hunajan sivutuotteena, ja sitä käytetään eri tarkoituksiin, sekä kosmetologiassa että teollisuudessa (kynttilöiden, kiillotusten, ruoan, tekstiilien, lakkojen jne. Valmistus). Se koostuu hiilivedyistä, estereistä, vapaista hapoista ja muista, ja erikoistuneemmat tutkimukset osoittavat, että se sisältää runsaasti ceroottihappoa ja myriiniä.

spermaseetti

Spermavalas on toinen hyvin tunnettu eläinvahan tyyppi, jota saadaan Physeter macrocephalus -valan päässä olevasta onteosta, joka voi tuottaa jopa 3 tonnia tätä ainetta, jota se käyttää luotaimena.

Se on runsaasti rasvaestereitä, triglyseridejä, vapaita alkoholeja ja happoja; rasvaestereihin sisältyvät pääasiassa setyylipalmitaatti (32 hiiltä) ja setyylimyristaatti (30 hiiltä).

Tätä eläinvahaa on käytetty laajasti lääketieteessä, kosmetologiassa ja lääkkeissä, samoin kuin kynttilöiden valmistuksessa.

Joitakin kansainvälisiä säädöksiä on kuitenkin tällä hetkellä, koska valaat tapettiin vain tämän tuotteen saamiseksi, mikä merkitsee suuria menetyksiä merieläimille.

- kasvisvahat

Palmuvaha

Vahapalmu Copernicia cerifera Martius on brasilialainen palmulaji, joka tuottaa kaupallisesta näkökulmasta yhtä tärkeimmistä kasvivahoista.

Tätä vahaa saadaan palmulehden ylä- ja alapinnalta, ja sitä voidaan käyttää useaan otteeseen sekä ruoanvalmistuksessa että kosmetologiassa, huonekalujen ja autojen vahausissa, vahatun hammaslangan valmistuksessa jne.

Vahapalmujen viljely (kuva: Fernando Arteaga osoitteessa www.pixabay.com)

Jojobaöljy

Jojobavahaa saadaan Simmondsia chinensis -lajista, tyypillisestä pensasta Meksikon ja Yhdysvaltojen kuivilta alueilta. Sen siemenissä on runsaasti vahaa tai öljyä, jota saadaan kylmäpuristuksella ja jolla on monia lääketieteellisiä sovelluksia, koska se on yksi spermavalan tärkeimmistä korvikkeista.

Jojoba-kasvin siemenet (Lähde: Kenneth Bosma / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) Wikimedia Commonsin kautta)

Viitteet

1. Domínguez, E., ja Heredia, A. (1998). Vahat: unohdettu aihe lipidien opetuksessa. Biochemical Education, 26 (4), 315-316.
2. Firestone, D. (2006). Öljyjen, rasvojen ja vahojen fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet (nro L-0671). Aocs Press.
3. Kolattukudy, PE (1970). Kasvien vahat. Lipidit, 5 (2), 259 - 275.
4. Lusas, EW, Riaz, MN, Alam, MS, & Clough, R. (2017). Eläin- ja kasvirasvat, öljyt ja vahat. Teollisuuskemian ja biotekniikan käsikirjassa (s. 823-932). Springer, Cham.
5. Post-Beittenmiller, D. (1996). Kasvien vahantuotannon biokemia ja molekyylibiologia. Kasvibiologian vuosikatsaus, 47 (1), 405-430.
6. Tinto, WF, Elufioye, TO, ja Roach, J. (2017). Vahat. Julkaisussa Pharmacognosy (sivut 443 - 455). Academic Press.