CEARA (BIOLOGICĂ): STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, FUNCȚIE, TIPURI - BIOLOGIE - 2025

O ceară este un material hidrofob format din acizi grași cu catenă lungă și alcooli (esteri ai acizilor grași cu lanț lung și ai alcoolilor). Au multiple funcții în natură, deoarece sunt produse în mod natural de multe specii de plante și animale.

Cuvântul „wax” (din engleză wax) derivă din cuvântul latin „wax”, care se referă la substanța produsă de albine și folosită pentru a-și construi fagurii. Termenul în engleză este folosit cu aceeași conotație, deoarece derivă din cuvântul anglosaj „weax” folosit și pentru a descrie ceara de albine (în engleză beeswax).

Un fagure (Imagine de Pexels la www.pixabay.com)

Ținând cont de cele de mai sus, atunci se înțelege că definiția „ceară” cuprinde un set de substanțe care au anumite caracteristici, dar care nu au neapărat aceleași proprietăți chimice și / sau fizice.

Cu toate acestea, indiferent de identitatea lor chimică, cerurile sunt substanțe puternic hidrofobe care servesc scopurilor diferite în funcție de organismul care le produce. Un număr mare de ființe vii le folosesc drept substanță principală de rezervă a energiei, în timp ce altele le folosesc ca substanțe protectoare pe suprafața lor.

Deși sunt la fel de frecvente la plante și animale, ceara plantelor este cea descrisă cu cea mai mare intensitate (și unele dintre anumite animale), deoarece au o importanță biologică pentru aceste organisme și, de asemenea, industriale din punct de vedere antropologic.

Structura cearelor

Ceara a fost definită clasic ca esteri alcoolici ai acizilor grași cu lanț lung, caracterizați prin lungimi de 24-30 de atomi de carbon, care se asociază cu alcooli primari de 16-36 de atomi de carbon (de asemenea, se pot asocia cu alcooli din grup de steroizi).

Ele sunt formate din reacții care implică „unirea” unui alcool și a unui acid gras, mai mult sau mai puțin după cum urmează:

CH3 (CH2) nCH2OH (alcool) + CH3 (CH2) nCOOH (acid gras) → CH3 (CH2) nCH2COOHCH2 (CH2) CH3 (ester de ceară) + H2O (apă)

Natura componentelor alifatice ale cearelor poate fi enorm de variabilă și poate fi întâlnită în acești acizi grași, alcooli primari și secundari, hidrocarburi, esteri steroli, aldehide alifatice, cetone, ditonone, triacilgliceroli, triterpeni și steroli, printre altele.

În același mod, atât lungimea lanțului, cât și gradul de saturație și ramificare a acizilor grași, precum și a celorlalte componente alifatice ale cearelor depind de originea lor.

Știind acest lucru, s-a demonstrat că acele ceară produse în plante sunt diferite și cele produse de animale marine și de animale terestre, de exemplu.

Proprietăți de ceară

Ceara are proprietăți fizico-chimice diferite care pot fi rezumate într-o listă mică:

- Textura sa poate varia de la moale și ușor de gestionat până la dur (plastic) sau „rupt” la 20 ° C

- Sunt în general cu vâscozitate foarte mică

- Sunt foarte insolubile în apă, dar sunt în solvenți organici, deși acest proces depinde foarte mult de temperatură

Funcţie

Ceara îndeplinește multiple funcții atât în ​​regnul animal, cât și în regnul vegetal, deoarece sunt substanțe extrem de comune în natură.

La animale

Ceara reprezintă principalul compus de stocare a energiei pentru microorganismele plutitoare care alcătuiesc planctonul.

Astfel, cearele sunt în același timp una dintre principalele surse metabolice de la baza lanțului alimentar al animalelor marine.

Animalele au glande dermice speciale care secretă ceară pentru a-și proteja pielea și părul, făcându-le structuri mai flexibile, lubrifiate și impermeabile.

Păsările au o glandă cunoscută sub numele de glanda „uropigea”, care secretă în mod constant ceară, motiv pentru care este responsabilă pentru păstrarea penelor „impermeabile”.

În plante

O funcție primară a cearelor în organismele vegetale este protecția țesuturilor.

Un bun exemplu în acest sens este acoperirea cu ceară pe lamele frunzelor multor plante, ceea ce reduce deshidratarea căldurii indusă de lumina soarelui.

Un alt exemplu care poate fi menționat este acoperirea ceroasă pe care multe semințe o au în strat, ceea ce le ajută să evite pierderea de apă în timpul depozitării.

Aceste ceară sunt de obicei înglobate între cutina și polimerii de suberină, constituind un strat amorf pe suprafața exterioară a plantei. Multe plante au un strat epicuticular de cristale ceroase care se suprapun cuticulei și le conferă un aspect cenușiu sau glauc.

Ceara nu numai că previne pierderea de apă, dar poate ajuta și planta să prevină unii agenți patogeni fungici sau bacterieni și joacă un rol fundamental în interacțiunile plantă-insectă, pe lângă prevenirea daunelor cauzate de radiațiile ultraviolete.

În industrie

Ceara de origine biologică este de asemenea foarte utilă din punct de vedere industrial, deoarece sunt utilizate la producerea de medicamente, produse cosmetice etc.

Loțiunile utilizate în mod obișnuit pentru hidratarea pielii, precum și lacurile și unele unguente, sunt formate din amestecuri de grăsimi cu ceară de albine, ceară de palmier braziliană, ceară de mână, ceară de balenă etc.

Ceara este de asemenea folosită pe scară largă în acoperirile industriale care permit repelența apei, precum și la fabricarea substanțelor utilizate la lustruirea automobilelor.

Sunt utilizate în plastifierea topiturilor fierbinți, la ungerea echipamentelor de lucru din industria metalurgică și pentru a permite eliberarea întârziată a compușilor folosiți în agricultură și farmacologie.

Tipuri de ceară

Ceara poate fi naturală sau sintetică. Ceara „naturală” poate avea, de asemenea, origine organică sau minerală, aceasta din urmă fiind produsul prelucrării lignitului (cărbunelui), deci sunt, în general, neînnoibile (cum ar fi petrolatum sau jeleu de petrol).

Ceara de origine animală și / sau vegetală este considerată ceara naturală regenerabilă și modificabilă, deoarece poate fi modificată prin metode chimice, cum ar fi hidrogenarea și reesterificarea, de exemplu.

Astfel, în contextul biologic, cerurile sunt clasificate în funcție de sursa din care sunt obținute.

- Ceară vegetală

Plantele produc diferite tipuri de ceară în diferite părți ale corpului lor: în frunze, flori, fructe sau semințe.

Cum este calea biosintetică?

Componentele alifatice ale ceară vegetale sunt sintetizate în celulele epidermice din acizi grași cu lanțuri foarte lungi (20 până la 34 de atomi de carbon).

Sinteza începe cu producerea de acizi grași de 16 și 18 atomi de carbon, care inițial își au originea în stroma plastidelor, datorită activității enzimelor solubile care alcătuiesc complexul de sintază a acidului gras.

Ulterior, acești acizi grași sunt alungiți datorită complexelor multi-enzimatice asociate cu membrana cunoscută sub denumirea de elongaze ale acizilor grași. În fiecare extensie a doi atomi de carbon există patru reacții:

- Condensarea între un acil esterificat la o moleculă (substrat) de acetil și o moleculă de malonil-CoA

- Reducerea B-ceto

- deshidratare

- Reducerea energiei

Au fost descrise două căi principale pentru producerea componentelor de ceară vegetală, una dintre ele fiind calea de reducere a acilului și cealaltă calea de decarbonilare. Primul are ca rezultat sinteza alcoolilor și a esterilor de ceară, în timp ce al doilea produce aldehide, alcani, alcooli secundari și cetone.

Calea de reducere a acil

Esterii acil-CoA produși prin alungirea lanțului se reduc într-o reacție în două etape care implică un intermediar tranzitor de tip aldehidă și care sunt catalizați de enzima acil-CoA reductază. Alcoolul gras produs poate fi esterificat pentru a forma un ester de ceară datorită enzimei acil-CoA alcool transacilază.

Calea de decarbonilare

Primul pas în această cale este reducerea unui ester acil-CoA la o aldehidă mediată de o enzimă acil-CoA reductază. Când o enzimă aldehidă decarbonilază îndepărtează gruparea carbonil din molecula menționată, se produce un alcan, care are un atom de carbon mai puțin decât acidul gras precursor.

Acest hidrocarbon poate fi metabolizat suplimentar prin introducerea unei grupări hidroxil în lanț printr-o hidroxilază sau o oxidază, formând un alcool secundar.

Etapa finală pentru producerea de esteri de ceară din alcooli cu catenă lungă și acizi grași este catalizată de o enzimă acil-CoA: alcoolul transacilază, care este necesară și pentru sinteza triacilglicerolilor.

- Ceară de animale

De asemenea, animalele produc cantități mari de ceară, în special insecte, balene, oi și păsări, din care pot fi obținute în scopuri biotehnologice.

Utilitatea lor biologică a fost studiată într-un detaliu și, în funcție de animalul în cauză, poate servi scopuri de protecție și comunicare, printre altele.

Exemple de ceară biologică

- Ceară de animale

ceara de albine

După cum îi spune și numele, acest tip de ceară este produs de albine, cea mai populară fiind cea a Apis mellifera. Aceste animale au glande specializate în abdomenul lor care secretă ceara pe care o folosesc pentru a construi fagurii unde depun ouăle și pentru a organiza stupul.

Această ceară este obținută în mod obișnuit ca produs secundar al mierii și este utilizată în scopuri diferite, atât în ​​cosmetologie, cât și în industrie (fabricarea de lumânări, lustruiri, alimente, textile, lacuri etc.). Este alcătuit din hidrocarburi, esteri, acizi liberi și alții, iar studii mai specializate indică faptul că este bogat în acid cerotic și micricină.

spermanțet

Balena spermatozoizilor este un alt tip bine cunoscut de ceară de animale, obținut dintr-o cavitate din capul balenei fizice macrocefale, care poate produce până la 3 tone din această substanță pe care o folosește ca sonar.

Este bogat în esteri grași, trigliceride, alcooli și acizi liberi; esterii grași includ, în principal, palmitatul de cetil (32 de atomi de carbon) și miristatul de cetil (30 de carbon).

Această ceară de animale a fost utilizată pe scară largă în medicină, cosmetologie și produse farmaceutice, precum și în producerea de lumânări.

Cu toate acestea, există unele reglementări internaționale în prezent, deoarece balenele au fost ucise cu scopul unic de a obține acest produs, ceea ce înseamnă mari pierderi pentru fauna marină.

- Ceară vegetală

Ceară de palmier

Palma de ceară Copernicia cerifera Martius este o specie de palmier braziliană care produce una dintre cele mai importante ceară vegetale din punct de vedere comercial.

Această ceară este obținută de pe suprafața superioară și inferioară a frunzelor de palmier și are multiple aplicații atât în ​​prepararea alimentelor, cât și în cosmetologie, mobilier și epilare auto, producerea aței dentare cerate etc.

Cultivarea palmelor de ceară (imagine de Fernando Arteaga la www.pixabay.com)

Ulei de jojoba

Ceara Jojoba este obținută din Simmondsia chinensis, un arbust tipic din zonele aride din Mexic și Statele Unite. Semințele sale sunt bogate într-o ceară sau ulei obținut prin presă la rece și care are multe aplicații medicinale, fiind unul dintre principalele înlocuitori pentru balenă.

Semințele unei plante de jojoba (Sursa: Kenneth Bosma / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) prin Wikimedia Commons)

Referințe

1. Domínguez, E., & Heredia, A. (1998). Ceara: un subiect uitat în predarea lipidelor. Educație biochimică, 26 (4), 315-316.
2. Firestone, D. (2006). Caracteristicile fizice și chimice ale uleiurilor, grăsimilor și cerurilor (nr. L-0671). Aocs Press.
3. Kolattukudy, PE (1970). Ceară de plante. Lipide, 5 (2), 259-275.
4. Lusas, EW, Riaz, MN, Alam, MS, & Clough, R. (2017). Grăsimi, uleiuri și ceară animale și vegetale. În Manual de chimie industrială și biotehnologie (pp. 823-932). Springer, Cham.
5. Post-Beittenmiller, D. (1996). Biochimia și biologia moleculară a producției de ceară în plante. Analiza anuală a biologiei plantelor, 47 (1), 405-430.
6. Tinto, WF, Elufioye, TO, & Roach, J. (2017). Ceruri. În Farmacognozie (pp. 443-455). Presă academică.