WACHSE (BIOLOGISCH): STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, FUNKTION, TYPEN - BIOLOGIE - 2025

Ein Wachs ist ein hydrophobes Material aus langkettigen Fettsäuren und Alkoholen (Ester langkettiger Fettsäuren und Alkohole). Sie haben in der Natur mehrere Funktionen, da sie von vielen Pflanzen- und Tierarten auf natürliche Weise produziert werden.

Das Wort "Wachs" (aus dem Englischen Wachs) leitet sich vom lateinischen Wort "Wachs" ab, das sich auf die Substanz bezieht, die von Bienen produziert und zum Aufbau ihrer Kämme verwendet wird. Der Begriff im Englischen wird mit der gleichen Konnotation verwendet, da er sich vom angelsächsischen Wort „weax“ ableitet, das auch zur Beschreibung von Bienenwachs (im englischen Bienenwachs) verwendet wird.

Eine Wabe (Bild von Pexels unter www.pixabay.com)

Unter Berücksichtigung des Obigen versteht es sich, dass die Definition von "Wachs" eine Reihe von Substanzen umfasst, die einige Eigenschaften gemeinsam haben, aber nicht unbedingt die gleichen chemischen und / oder physikalischen Eigenschaften haben.

Wachse sind jedoch unabhängig von ihrer chemischen Identität stark hydrophobe Substanzen, die je nach Organismus, der sie produziert, unterschiedlichen Zwecken dienen. Eine große Anzahl von Lebewesen verwendet sie als Hauptenergiereserven, während andere sie als Schutzsubstanzen auf ihrer Oberfläche verwenden.

Obwohl sie bei Pflanzen und Tieren ebenso häufig sind, wurden Pflanzenwachse mit größter Intensität (und einigen bestimmten Tieren) beschrieben, da sie für diese Organismen von biologischer Bedeutung sind und auch aus anthropologischer Sicht industriell.

Struktur von Wachsen

Wachse wurden klassisch als alkoholische Ester langkettiger Fettsäuren definiert, die durch Längen von 24 bis 30 Kohlenstoffatomen gekennzeichnet sind, die mit primären Alkoholen mit 16 bis 36 Kohlenstoffatomen assoziieren (ebenso können sie mit Alkoholen aus assoziieren Steroidgruppe).

Sie entstehen durch Reaktionen, bei denen ein Alkohol und eine Fettsäure mehr oder weniger wie folgt "vereinigt" werden:

CH 3 (CH 2) nCH 2 OH (Alkohol) + CH 3 (CH 2) n COOH (Fettsäure) → CH 3 (CH 2) nCH 2 COOHCH 2 (CH 2) CH 3 (Wachsester) + H 2 O (Wasser)

Die Art der aliphatischen Bestandteile von Wachsen kann enorm variabel sein und findet sich unter anderem in diesen Fettsäuren, primären und sekundären Alkoholen, Kohlenwasserstoffen, Sterolester, aliphatischen Aldehyden, Ketonen, Diketonen, Triacylglycerinen, Triterpenen und Sterolen.

In gleicher Weise hängen sowohl die Länge der Kette als auch der Sättigungs- und Verzweigungsgrad der Fettsäuren und der anderen aliphatischen Bestandteile der Wachse von ihrer Herkunft ab.

In diesem Wissen wurde gezeigt, dass die in Pflanzen produzierten Wachse unterschiedlich sind und die beispielsweise von Meerestieren und Landtieren produziert werden.

Wachseigenschaften

Wachse haben unterschiedliche physikalisch-chemische Eigenschaften, die in einer kleinen Liste zusammengefasst werden können:

- Die Textur kann bei 20 ° C von weich und handlich bis hart (Kunststoff) oder "zerbrechlich" variieren

- Sie sind im Allgemeinen sehr niedrigviskos

- Sie sind in Wasser sehr unlöslich, aber in organischen Lösungsmitteln, obwohl dieser Prozess stark von der Temperatur abhängt

Funktion

Wachse erfüllen sowohl im Tier- als auch im Pflanzenreich mehrere Funktionen, da sie in der Natur äußerst häufig vorkommen.

Bei Tieren

Wachse sind die wichtigste Energiespeicherverbindung für die schwimmenden Mikroorganismen, aus denen Plankton besteht.

Somit sind Wachse gleichzeitig eine der Hauptstoffwechselquellen an der Basis der Nahrungskette von Meerestieren.

Tiere haben spezielle Hautdrüsen, die Wachs absondern, um ihre Haut und Haare zu schützen und sie flexibler, geschmierter und wasserabweisender zu machen.

Vögel haben eine Drüse, die als „Uropygeal“ -Drüse bekannt ist und ständig Wachse absondert. Deshalb ist sie dafür verantwortlich, dass die Federn „wasserdicht“ bleiben.

In Pflanzen

Eine Hauptfunktion von Wachsen in Pflanzenorganismen ist der Schutz von Geweben.

Ein gutes Beispiel hierfür ist die wachsartige Beschichtung der Blattspreiten vieler Pflanzen, die die durch Sonnenlicht verursachte Dehydrierung der Wärme verringert.

Ein weiteres Beispiel, das erwähnt werden kann, ist die wachsartige Beschichtung, die viele Samen in ihrem Fell haben, wodurch sie helfen, Wasserverluste während der Lagerung zu vermeiden.

Diese Wachse sind normalerweise zwischen Cutin- und Suberin-Polymeren eingebettet und bilden eine amorphe Schicht auf der Außenfläche der Pflanze. Viele Pflanzen haben eine epikutikuläre Schicht aus wachsartigen Kristallen, die die Nagelhaut überlappen und ihnen ein graues oder glasiges Aussehen verleihen.

Wachse verhindern nicht nur den Wasserverlust, sondern können der Pflanze auch dabei helfen, einige Pilz- oder Bakterienpathogene zu verhindern. Sie spielen eine grundlegende Rolle bei der Wechselwirkung zwischen Pflanzen und Insekten und verhindern Schäden durch ultraviolette Strahlung.

In der Industrie

Wachse biologischen Ursprungs sind auch aus industrieller Sicht sehr nützlich, da sie zur Herstellung von Arzneimitteln, Kosmetika usw. verwendet werden.

Die Lotionen, die normalerweise zur Feuchtigkeitsversorgung der Haut verwendet werden, sowie Polituren und einige Salben bestehen aus Fettmischungen mit Bienenwachs, brasilianischem Palmenwachs, Lammwollwachs, Pottwalwachs usw.

Wachse werden auch häufig in Industrielacken verwendet, die eine Wasserabweisung ermöglichen, sowie bei der Herstellung von Substanzen, die zum Polieren von Kraftfahrzeugen verwendet werden.

Sie werden zur Plastifizierung von Schmelzklebstoffen, zur Schmierung von Arbeitsmitteln in der metallurgischen Industrie und zur verzögerten Freisetzung von in der Landwirtschaft und Pharmakologie verwendeten Verbindungen verwendet.

Arten von Wachsen

Wachse können natürlich oder synthetisch sein. "Natürliche" Wachse können auch organischen oder mineralischen Ursprungs sein, wobei letzteres das Produkt der Braunkohleverarbeitung ist, so dass sie im Allgemeinen nicht erneuerbar sind (wie Petrolatum oder Vaseline).

Wachse tierischen und / oder pflanzlichen Ursprungs gelten als erneuerbare und veränderbare natürliche Wachse, da sie beispielsweise durch chemische Verfahren wie Hydrierung und Umesterung modifiziert werden können.

Daher werden Wachse im biologischen Kontext nach der Quelle klassifiziert, aus der sie stammen.

- Gemüsewachse

Pflanzen produzieren verschiedene Arten von Wachsen in verschiedenen Teilen ihres Körpers: in den Blättern, in den Blüten, in den Früchten oder in den Samen.

Wie ist der Biosyntheseweg?

Die aliphatischen Bestandteile pflanzlicher Wachse werden in Epidermiszellen aus Fettsäuren mit sehr langen Ketten (20 bis 34 Kohlenstoffatome) synthetisiert.

Die Synthese beginnt mit der Produktion von Fettsäuren mit 16 und 18 Kohlenstoffen, die dank der Aktivität der löslichen Enzyme, aus denen der Fettsäuresynthasekomplex besteht, zunächst aus dem Stroma der Plastiden stammen.

Anschließend werden diese Fettsäuren dank Multienzymkomplexen, die mit der als Fettsäure-Elongasen bekannten Membran assoziiert sind, verlängert. In jeder Verlängerung von zwei Kohlenstoffatomen gibt es vier Reaktionen:

- Kondensation zwischen einem zu einem Acetyl-Co-A-Molekül (Substrat) veresterten Fettacyl und einem Malonyl-CoA-Molekül

- B-Keto-Reduktion

- Dehydration

- Enoil Reduktion

Es wurden zwei Hauptwege für die Herstellung der Bestandteile von Pflanzenwachsen beschrieben, einer ist der Acylreduktionsweg und der andere ist der Decarbonylierungsweg. Ersteres führt zur Synthese von Alkoholen und Wachsestern, während letzteres Aldehyde, Alkane, sekundäre Alkohole und Ketone erzeugt.

Acylreduktionsweg

Die durch Kettenverlängerung hergestellten Acyl-CoA-Ester werden in einer zweistufigen Reaktion mit einem transienten Zwischenprodukt vom Aldehyd-Typ reduziert und durch das Enzym Acyl-CoA-Reduktase katalysiert. Der erzeugte Fettalkohol kann dank des Enzyms Acyl-CoA-Alkoholtransacylase zu einem Wachsester verestert werden.

Decarbonylierungsweg

Der erste Schritt auf diesem Weg ist die Reduktion eines Acyl-CoA-Esters zu einem Aldehyd, der durch ein Acyl-CoA-Reduktaseenzym vermittelt wird. Wenn ein Aldehyddecarbonylaseenzym die Carbonylgruppe aus dem Molekül entfernt, entsteht ein Alkan, das ein Kohlenstoffatom weniger aufweist als seine Vorläuferfettsäure.

Dieser Kohlenwasserstoff kann durch Insertion einer Hydroxylgruppe in die Kette über eine Hydroxylase oder eine Oxidase unter Bildung eines sekundären Alkohols weiter metabolisiert werden.

Der letzte Schritt zur Herstellung von Wachsestern aus langkettigen Alkoholen und Fettsäuren wird durch ein Acyl-CoA-Enzym katalysiert: Alkoholtransacylase, das auch für die Synthese von Triacylglycerinen benötigt wird.

- Tierwachse

Tiere produzieren auch reichlich Wachse, insbesondere Insekten, Wale, Schafe und Vögel, aus denen sie für biotechnologische Zwecke gewonnen werden können.

Ihr biologischer Nutzen wurde eingehend untersucht und kann je nach Tier unter anderem Schutz- und Kommunikationszwecken dienen.

Beispiele für biologische Wachse

- Tierwachse

Bienenwachs

Wie der Name schon sagt, wird diese Art von Wachs von Bienen hergestellt, wobei Apis mellifera am beliebtesten ist. Diese Tiere haben spezielle Drüsen in ihrem Bauch, die das Wachs absondern, mit dem sie die Kämme bauen, in denen sie ihre Eier legen und den Bienenstock organisieren.

Dieses Wachs wird üblicherweise als Nebenprodukt von Honig gewonnen und für verschiedene Zwecke sowohl in der Kosmetik als auch in der Industrie (Herstellung von Kerzen, Polituren, Lebensmitteln, Textilien, Lacken usw.) verwendet. Es besteht aus Kohlenwasserstoffen, Estern, freien Säuren und anderen, und speziellere Studien zeigen, dass es reich an Cerotinsäure und Myricin ist.

Walrat

Pottwal ist eine weitere bekannte Art von Tierwachs, das aus einer Höhle im Kopf des Physeter macrocephalus-Wals gewonnen wird und bis zu 3 Tonnen dieser Substanz produzieren kann, die er als Sonar verwendet.

Es ist reich an Fettestern, Triglyceriden, freien Alkoholen und Säuren; Fettester umfassen hauptsächlich Cetylpalmitat (32 Kohlenstoffe) und Cetylmyristat (30 Kohlenstoffe).

Dieses tierische Wachs ist in der Medizin, Kosmetik und Pharmazie sowie bei der Herstellung von Kerzen weit verbreitet.

Derzeit gibt es jedoch einige internationale Vorschriften, da die Wale nur zum Zweck der Gewinnung dieses Produkts getötet wurden, was große Verluste für die Meeresfauna bedeutet.

- Gemüsewachse

Palmwachs

Die Wachspalme Copernicia cerifera Martius ist eine brasilianische Palmenart, die aus kommerzieller Sicht eines der wichtigsten Pflanzenwachse produziert.

Dieses Wachs wird aus der Ober- und Unterseite der Palmblätter gewonnen und findet vielfältige Anwendung sowohl in der Lebensmittelzubereitung als auch in der Kosmetik, beim Wachsen von Möbeln und Autos, bei der Herstellung von gewachster Zahnseide usw.

Anbau von Wachspalmen (Bild von Fernando Arteaga unter www.pixabay.com)

Jojobaöl

Jojobawachs wird aus Simmondsia chinensis gewonnen, einem typischen Strauch aus den Trockengebieten Mexikos und der USA. Seine Samen sind reich an Wachs oder Öl, das durch Kaltpressen gewonnen wird und viele medizinische Anwendungen hat. Es ist einer der Hauptersatzstoffe für Pottwale.

Samen einer Jojoba-Pflanze (Quelle: Kenneth Bosma / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) über Wikimedia Commons)

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