Ceras (biológicas): estrutura, propriedades, função, tipos

Ceras (biológicas): estrutura, propriedades, função, tipos

Uma cera é um material hidrofóbico constituído por ácidos graxos de cadeia longa e álcoois (ésteres de álcoois e ácidos graxos de cadeia longa). Eles têm múltiplas funções na natureza, pois são produzidos naturalmente por muitas espécies de plantas e animais.

A palavra “cera” (da cera inglesa ) deriva da palavra latina “cera”, que se refere à substância produzida pelas abelhas e usada para construir seus favos de mel. O termo em inglês é usado com a mesma conotação, pois deriva da palavra anglo-saxônica “weax”, também usada para descrever a cera de abelha .

Considerando o exposto, entende-se que a definição de “cera” abrange um conjunto de substâncias que compartilham algumas características, mas que não necessariamente possuem as mesmas propriedades químicas e / ou físicas.

No entanto, independentemente de sua identidade química, as ceras são substâncias altamente hidrofóbicas que servem a propósitos diferentes, dependendo do organismo que as produz. Um grande número de seres vivos os utiliza como a principal substância de reserva energética, enquanto outros os utilizam como substâncias protetoras em sua superfície.

Embora sejam igualmente comuns em plantas e animais, as ceras vegetais têm sido descritas com a maior intensidade (e alguns de certos animais), pois possuem importância biológica para esses organismos e também importância industrial do ponto de vista antropológico.

Estrutura de cera

As ceras foram classicamente definidas como ésteres alcoólicos de ácidos graxos de cadeia longa, caracterizados por comprimentos de 24 a 30 átomos de carbono, associados a álcoois primários de 16 a 36 átomos de carbono (da mesma forma, podem ser associados a álcoois de grupo de esteróides).

Eles são formados por reações que envolvem a “união” de um álcool e um ácido graxo, mais ou menos da seguinte maneira:

CH3 (CH2) nCH2OH (álcool) + CH3 (CH2) nCOOH (ácido graxo) → CH3 (CH2) nCH2COOHCH2 (CH2) CH3 (éster de cera) + H2O (água)

A natureza dos componentes alifáticos das ceras pode ser enormemente variável, podendo ser encontrada nesses ácidos graxos, álcoois primários e secundários, hidrocarbonetos, ésteres de esteróis, aldeídos alifáticos, cetonas, dicetonas, triacilgliceróis, triterpenos e esteróis, entre outros.

Do mesmo modo, o comprimento da cadeia e o grau de saturação e ramificação dos ácidos graxos e de outros componentes alifáticos das ceras dependem de sua origem.

Sabendo disso, foi demonstrado que as ceras produzidas nas plantas são diferentes daquelas produzidas por animais marinhos e por animais terrestres, por exemplo.

Propriedades de cera

As ceras têm propriedades físico-químicas diferentes que podem ser resumidas em uma pequena lista:

– Sua textura pode variar de macia e manejável a dura (plástica) ou “quebrável” a 20 ° C

– Eles geralmente têm viscosidade muito baixa

– Eles são altamente insolúveis em água, mas estão em solventes orgânicos, embora esse processo seja altamente dependente da temperatura

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Função

As ceras cumprem múltiplas funções no reino animal e no reino vegetal, pois são substâncias extremamente comuns na natureza.

Em animais

As ceras representam o principal composto de armazenamento de energia para os microrganismos flutuantes que compõem o plâncton.

Assim, as ceras são ao mesmo tempo uma das principais fontes metabólicas na base da cadeia alimentar de animais marinhos.

Os animais possuem glândulas dérmicas especiais que secretam ceras para proteger sua pele e cabelos, tornando-os mais flexíveis, lubrificados e capazes de repelir a água.

Os pássaros têm uma glândula conhecida como glândula “uropygeal”, que constantemente secreta ceras, tornando-a responsável por manter as penas “impermeáveis”.

Em plantas

A principal função das ceras nos organismos vegetais é a proteção dos tecidos.

Um bom exemplo disso é a cobertura cerosa das lâminas das folhas de muitas plantas, o que reduz a desidratação do calor induzido pela luz solar.

Outro exemplo que pode ser mencionado é a camada cerosa que muitas sementes têm em sua capa, o que as ajuda a evitar a perda de água durante o armazenamento.

Essas ceras são geralmente incorporadas entre os polímeros cutina e suberina, constituindo uma camada amorfa na superfície externa da planta. Muitos vegetais têm uma camada epicuticular de cristais de cera que se sobrepõem à cutícula e conferem uma aparência acinzentada ou glaucosa.

As ceras não apenas previnem a perda de água, mas também ajudam a planta a prevenir alguns patógenos fúngicos ou bacterianos e desempenham um papel fundamental nas interações planta-inseto, além de evitar danos causados ​​pela radiação ultravioleta.

Na indústria

As ceras de origem biológica também são muito úteis do ponto de vista industrial, pois são usadas na produção de medicamentos, cosméticos, etc.

As loções normalmente usadas para hidratar a pele, bem como os esmaltes e algumas pomadas, são compostas de misturas de gorduras com cera de abelha, cera de palma brasileira, cera de lã de carneiro, cera de esperma de baleia, etc.

As ceras também são amplamente utilizadas em revestimentos industriais que permitem a repulsão de água, bem como na fabricação de substâncias usadas para polir automóveis.

São utilizados na plastificação de fundidos a quente, na lubrificação de equipamentos de trabalho na indústria metalúrgica e para permitir a liberação retardada de compostos utilizados na agricultura e farmacologia.

Tipos de ceras

As ceras podem ser naturais ou sintéticas. As ceras “naturais” também podem ter uma origem orgânica ou mineral, sendo esta última o produto do processamento de linhita (carvão), portanto geralmente não são renováveis ​​(como vaselina ou vaselina).

As ceras de origem animal e / ou vegetal são consideradas ceras naturais renováveis ​​e modificáveis, uma vez que podem ser modificadas por métodos químicos como hidrogenação e reesterificação, por exemplo.

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Assim, no contexto biológico, as ceras são classificadas de acordo com a fonte de onde são obtidas.

– Ceras vegetais

As plantas produzem diferentes tipos de ceras em diferentes partes de seus corpos: em folhas, flores, frutas ou sementes.

Como é a rota biossintética?

Os componentes alifáticos das ceras vegetais são sintetizados nas células epidérmicas a partir de ácidos graxos de cadeia muito longa (20 a 34 átomos de carbono).

A síntese começa com a produção de ácidos graxos de 16 e 18 carbonos, originados inicialmente no estroma do plastídeo, graças à atividade das enzimas solúveis que compõem o complexo sintase dos ácidos graxos.

Posteriormente, esses ácidos graxos são alongados graças a complexos de enzimas associadas à membrana conhecida como elongases de ácidos graxos. Quatro reações ocorrem em cada extensão de dois átomos de carbono:

Condensação entre um acil graxo esterificado em uma molécula de acetil Co-A (substrato) e uma molécula de malonil-CoA

redução de ceto-B

desidratação

Redução de óleo

Duas vias principais foram descritas para a produção dos componentes das ceras vegetais, uma delas é a via de redução de acila e a outra é a via de descarbonilação. O primeiro resulta na síntese de álcoois e ésteres de cera, enquanto o último produz aldeídos, alcanos, álcoois secundários e cetonas.

Via de redução de acila

Os ésteres de acil-CoA produzidos pelo alongamento da cadeia são reduzidos em uma reação em duas etapas envolvendo um intermediário transitório do tipo aldeído e catalisados ​​pela enzima acil-CoA redutase. O álcool graxo produzido pode ser esterificado para formar um éster de cera, graças à enzima acil-CoA álcool transacilase.

Via de descarbonilação

O primeiro passo nessa rota é a redução de um éster acil-CoA a um aldeído mediado por uma enzima acil-CoA redutase. Quando uma enzima aldeído descarbonilase remove o grupo carbonil dessa molécula, é produzido um alcano, que possui um átomo de carbono a menos que seu ácido graxo precursor.

Este hidrocarboneto pode ainda ser metabolizado através da inserção de um grupo hidroxila na cadeia através de uma hidroxilase ou uma oxidase, formando um álcool secundário.

O passo final para a produção de ésteres de cera a partir de álcoois de cadeia longa e ácidos graxos é catalisado por uma enzima acil-CoA: transacilase de álcool, que também é necessária para a síntese de triacilgliceróis.

– Ceras animais

Os animais também produzem quantidades abundantes de ceras, especialmente insetos, baleias, ovelhas e pássaros, das quais podem ser obtidas para fins de biotecnologia.

Sua utilidade biológica foi estudada com alguns detalhes e, dependendo do animal em questão, eles podem cumprir proteção, comunicação e outros propósitos.

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Exemplos de ceras biológicas

– Ceras animais

Cera de abelha

Como o próprio nome indica, esse tipo de cera é produzido pelas abelhas, sendo a mais popular a de Apis mellifera . Esses animais têm glândulas especializadas no abdômen que secretam a cera que usam para construir os pentes onde põem seus ovos e organizam a colméia.

Essa cera é comumente obtida como um produto secundário do mel e é utilizada para diferentes fins, tanto na cosmetologia quanto na indústria (fabricação de velas, polimento, alimentos, têxteis, vernizes, etc.). É constituído por hidrocarbonetos, ésteres, ácidos livres e outros, e os estudos mais especializados indicam que é rico em ácido cerótico e miricina.

Espermacete

O esperma de baleia é outro tipo bem conhecido de cera animal, obtido a partir de uma cavidade na cabeça da baleia Physeter macrocephalus, que pode produzir até 3 toneladas dessa substância usada como sonar.

É rico em ésteres gordurosos, triglicerídeos, álcoois livres e ácidos; Entre os ésteres gordurosos estão principalmente o palmitato de cetil (32 carbonos) e o miristato de cetil (30 carbonos).

Esta cera animal tem sido amplamente utilizada em medicina, cosmetologia e produtos farmacêuticos, bem como na produção de velas.

No entanto, existem alguns regulamentos internacionais atualmente, pois as baleias foram mortas com o único objetivo de obter este produto, significando grandes perdas para a fauna marinha.

– Ceras vegetais

Cera de palma

A palmeira de cera Copernicia cerifera Martius é uma espécie de palmeira brasileira que produz uma das ceras vegetais mais importantes do ponto de vista comercial.

Esta cera é obtida da superfície superior e inferior das folhas de palmeira e tem múltiplas aplicações tanto na preparação de alimentos como na cosmetologia, enceramento de móveis e automóveis, produção de fio dental encerado, etc.

Óleo de jojoba

A cera de jojoba é obtida em Simmondsia chinensis , um arbusto típico de áreas áridas do México e dos Estados Unidos. Suas sementes são ricas em cera ou óleo obtido por prensagem a frio e com muitas aplicações medicinais, sendo um dos principais substitutos do esperma de baleia.

Referências

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