CERES (BIOLÒGIQUES): ESTRUCTURA, PROPIETATS, FUNCIÓ, TIPUS - BIOLOGIA - 2025

Una cera és un material hidrofòbic compost per àcids grassos i alcohols de cadena llarga (èsters d'alcohols i àcids grassos de cadena llarga). Tenen múltiples funcions en la naturalesa, ja que són produïdes naturalment per moltes espècies vegetals i animals.

La paraula "cera" (de l'anglès wax) deriva de l'vocable llatí "cera", que fa referència a la substància produïda per les abelles i emprada per construir les seves bresques. El terme en anglès és emprat amb la mateixa connotació, ja que deriva de la paraula anglosaxona "weax" utilitzada també per descriure la cera d'abelles (en anglès beeswax).

Un bresca d'abelles (Imatge de Pexels a www.pixabay.com)

Tenint en compte l'anterior, llavors s'entén que la definició de "cera" engloba un conjunt de substàncies que comparteixen algunes característiques però que no necessàriament tenen les mateixes propietats químiques i / o físiques.

No obstant això, independentment de la seva identitat química, les ceres són substàncies summament hidrofòbiques i que serveixen diferents propòsits depenent de l'organisme que les produeix. Gran quantitat d'éssers vius les utilitzen com a principal substància de reserva energètica, mentre que altres les fan servir com a substàncies protectores de la seva superfície.

Encara que són igual de comuns en plantes i animals, les ceres vegetals són les que han estat descrites amb més intensitat (i algunes de certs animals), ja que tenen importància biològica per a aquests organismes i també industrial des del punt de vista antropològic.

Estructura de les ceres

Les ceres han estat clàssicament definides com èsters alcohòlics d'àcids grassos de cadena llarga, caracteritzats per longituds de 24-30 àtoms de carboni, els quals s'associen amb alcohols primaris de 16-36 àtoms de carboni (així mateix, poden associar-se amb alcohols de l' grup dels esteroides).

Es formen per reaccions que involucren la "unió" d'un alcohol i un àcid gras, més o menys així:

CH3 (CH2) nCH2OH (alcohol) + CH3 (CH2) nCOOH (àcid gras) → CH3 (CH2) nCH2COOHCH2 (CH2) CH3 (èster de cera) + H2O (aigua)

La naturalesa dels components alifàtics de les ceres pot ser enormement variable, podent trobar-se en aquestes àcids grassos, alcohols primaris i secundaris, hidrocarburs, èsters d'esterols, aldehids alifàtics, cetones, dicetones, triacilglicerols, triterpens i esterols, entre d'altres.

De la mateixa manera, tant la longitud de la cadena com el grau de saturació i la ramificació dels àcids grassos i dels altres components alifàtics de les ceres depèn del seu origen.

Sabent això, s'ha demostrat que són diferents aquelles ceres produïdes en les plantes i aquelles que són produïdes per animals marins i per animals terrestres, per exemple.

Propietats de les ceres

Les ceres tenen diferents propietats fisicoquímiques que poden resumir-se en una petita llista:

- La seva textura pot variar des de suaus i manejables fins dures (plàstics) o "trencables" a 20 ° C

- Generalment són molt poca viscositat

- Són altament insolubles en aigua, però sí ho són en solvents orgànics, encara que aquest procés depèn molt de la temperatura

funció

Les ceres compleixen múltiples funcions tant en el regne animal com en el regne vegetal, ja que són substàncies molt comuns en la natura.

En els animals

Les ceres representen el principal compost d'emmagatzematge d'energia per als microorganismes flotadors que componen en plàncton.

Així doncs, les ceres són a el mateix temps una de les principals fonts metabòliques a la base de la cadena alimentària dels animals marins.

Els animals posseeixen glàndules dèrmiques especials que secreten ceres per tal de protegir la seva pell i el seu pèl, fent-les estructures més flexibles, lubricades i amb capacitat de repulsió de l'aigua.

Les aus posseeixen una glàndula coneguda com glàndula "uropígea", que secreta ceres constantment, de manera que és la responsable de mantenir les plomes "impermeabilitzades".

A les plantes

Una funció primordial de les ceres en els organismes vegetals és la protecció dels teixits.

Un bon exemple d'això consisteix en la coberta cerosa de les làmines foliars de moltes plantes, la qual redueix la deshidratació per la calor induït pels raigs solars.

Un altre exemple que pot esmentar és la capa cerosa que tenen moltes llavors en la seva coberta, que les ajuda a evitar la pèrdua d'aigua durant el seu emmagatzematge.

Aquestes ceres solen estar embegudes entre els polímers de cutina i suberina, constituint una capa amorfa en la superfície exterior de la planta. Molts vegetals posseeixen una capa epicuticular de vidres cerosos que se superposen a la cutícula i que els atorguen l'aparença grisenca o glauca.

Les ceres no només eviten la pèrdua d'aigua, sinó que també poden ajudar a la planta a prevenir alguns patògens fúngics o bacterians, i juguen un paper fonamental en les interaccions planta-insecte, a més d'evitar els danys causats per la radiació ultraviolada.

En la indústria

Les ceres d'origen biològic també són molt útils des del punt de vista industrial, ja que són emprades en la producció de fàrmacs, cosmètics, etc.

Les locions típicament emprades per a la hidratació de la pell, així com les pulituras i alguns ungüents estan compostes per barreges de greixos amb cera d'abelles, cera de palma brasilera, cera de llana de xai, cera d'esperma de balenes, etc.

Les ceres també són molt emprades en recobriments industrials que permeten la repulsió hídrica, així com en la fabricació de les substàncies emprades per polir automòbils.

Són utilitzades en el plastificat de termofusibles, a la lubricació d'equips de treball en la indústria metal·lúrgica i per permetre l'alliberament retardat de compostos utilitzats en l'agricultura i la farmacologia.

Tipus de ceres

Les ceres poden ser naturals o sintètiques. Les ceres "naturals" també poden tenir origen orgànic o mineral, sent aquestes últimes producte de el processament de l'lignit (carbó), de manera que generalment són no renovables (com el petrolat o vaselina).

Les ceres d'origen animal i / o vegetal són considerades ceres naturals renovables i modificables, en vista que poden ser modificades per mètodes químics com la hidrogenació i la reesterificació, per exemple.

Així doncs, en el context biològic, les ceres es classifiquen d'acord amb la font de la qual són obtingudes.

- Ceres vegetals

Les plantes produeixen diferents tipus de ceres en diferents parts dels seus cossos: en les fulles, en les flors, en els fruits o en les llavors.

Com és la ruta biosintètica?

Els components alifàtics de les ceres vegetals són sintetitzats en les cèl·lules epidèrmiques a partir d'àcids grassos de cadenes molt llargues (de 20 a 34 àtoms de carboni).

La síntesi comença amb la producció d'àcids grassos de 16 i 18 carbonis, que són originats inicialment en l'estroma dels plastidis gràcies a l'activitat dels enzims solubles que componen a el complex àcid gras sintasa.

Posteriorment, això àcids grassos són elongados gràcies a complexos multienzimàtics associats amb la membrana coneguts com a àcid gras elongasas. A cada extensió de dos àtoms de carboni es donen quatre reaccions:

- Condensació entre un acil gras esterificat a una molècula d'acetil CoA (substrat) i una molècula de malonil-CoA

- B-ceto reducció

- Deshidratació

- enoïl reducció

S'han descrit dues vies principals per a la producció dels components de les ceres vegetals, una d'elles és la via de reducció d'acil i l'altra és la via de descarbonilación. La primera resulta en la síntesi d'alcohols i èsters de ceres, mentrestant l'última produeix aldehids, alcans, alcohols secundaris i cetones.

Via de reducció d'acilo

Els èsters d'acil-CoA produïts per l'elongació de cadena són reduïts en una reacció de dos passos que involucren un intermediari transitori de tipus aldehid i que són catalitzats per l'enzim acil-CoA reductasa. L'alcohol gras produït pot esterificarse per formar un èster de cera gràcies a l'enzim acil-CoA alcohol transacilasa.

Via de descarbonilación

El primer pas d'aquesta ruta és la reducció d'un èster acil-CoA a un aldehid intervinguda per un enzim acil-CoA reductasa. Quan un enzim aldehid descarbonilasa elimina el grup carbonil d'aquesta molècula es produeix un alcà, que posseeix un àtom de carboni menys que el seu àcid gras precursor.

Aquest hidrocarbur pot metabolitzar més encara per la inserció d'un grup hidroxil a la cadena via una hidroxilasa o un oxidasa, formant-se un alcohol secundari.

El pas final per a la producció d'èsters de cera a partir d'alcohols de cadena llarga i àcids grassos és catalitzat per un enzim acil-CoA: alcohol transacilasa, que també és necessària per a la síntesi de triacilgliceroles.

- Ceres animals

Els animals també produeixen abundants quantitats de ceres, especialment els insectes, les balenes, les ovelles i les aus, a partir dels quals es poden obtenir amb fins biotecnològics.

La seva utilitat biològica ha estat estudiada amb cert detall i, depenent de l'animal de què es tracti, aquestes poden complir propòsits de protecció, de comunicació, entre d'altres.

Exemples de ceres biològiques

- Ceres animals

Cera d'abelles

Com el seu nom indica, aquest tipus de cera és produït per les abelles, sent la més popular la d'Apis mellifera. Aquests animals tenen unes glàndules especialitzades en el seu abdomen que secreten la cera que fan servir per construir les bresques on posen els seus ous i organitzen rusc.

Aquesta cera és comunament obtingut com un producte secundari de la mel i és emprada amb diferents propòsits, tant en la cosmetologia com en la indústria (fabricació de veles, pulituras, aliments, tèxtils, vernissos, etc.). Es compon d'hidrocarburs, èsters, àcids lliures i altres, i els estudis més especialitzats indiquen que és rica en àcid cerótico i miricina.

Esperma de balena

L'esperma de balena és un altre tipus de cera animal molt conegut, obtingut a partir d'una cavitat al cap de la balena catxalot, que pot produir fins a 3 tones d'aquesta substància que empra com sonar.

És rica en èsters grassos, triglicèrids, alcohols lliures i àcids; entre els èsters grassos es troben principalment cetil palmitat (de 32 carbonis) i cetil miristato (de 30 carbonis).

Aquesta cera animal ha estat molt emprada en la medicina, la cosmetologia i farmacèutica, així com en la producció d'espelmes.

No obstant això, algunes regulacions internacionals existeixen actualment, ja que les balenes eren assassinades amb l'únic propòsit d'obtenir aquest producte, significant grans pèrdues per a la fauna marina.

- Ceres vegetals

Cera de palma

El palmell de cera Copernicia cerifera Martius és una espècie de palma brasilera que produeix una de les ceres vegetals més importants des del punt de vista comercial.

Aquesta cera s'obté de la superfície superior i inferior de les fulles de la palma i té múltiples aplicacions tant en la preparació d'aliments com en la cosmetologia, la pissarra de mobles i automòbils, la producció de seda dental encerada, etc.

Cultiu de palmell de cera (Imatge de Fernando Arteaga a www.pixabay.com)

Oli de jojoba

La cera de jojoba és obtinguda de Simmondsia chinensis, un arbust típic de les zones àrides de Mèxic i Estats Units. Les seves llavors són riques en una cera o oli que és obtingut per premsa freda i que té moltes aplicacions medicinals, sent un dels principals reemplaçaments de l'esperma de balena.

Llavors d'una planta de jojoba (Font: Kenneth Bosma / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) via Wikimedia Commons)

referències

1. Domínguez, E., & Heredia, A. (1998). Waxes: a forgotten topic in lipid teaching. Biochemical Education, 26 (4), 315-316.
2. Firestone, D. (2006). Physical and chemical characteristics of oils, fats and waxes (No. L-0671). AOCs Press.
3. Kolattukudy, PE (1970). Plant waxes. Lipids, 5 (2), 259-275.
4. Lusitanes, EW, Riaz, MN, Alam, MS, & Clough, R. (2017). Animal and vegetable fats, oils, and waxes. In Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology (pp. 823-932). Springer, Cham.
5. Post-Beittenmiller, D. (1996). Bioquímica and molecular biology of wax production in plants. Annual review of plant biology, 47 (1), 405-430.
6. Negre, WF, Elufioye, TO, & Roach, J. (2017). Waxes. In Pharmacognosy (pp. 443-455). Academic Press.