שעווה (ביולוגית): מבנה, תכונות, פונקציה, סוגים - ביולוגיה - 2025

שעווה הוא חומר הידרופובי מורכב מחומצות שומן ארוכות-שרשרת כהלים (אסטרים של חומצות שומן ארוכות-שרשרת אלכוהול). יש להם פונקציות מרובות בטבע, מכיוון שהם מיוצרים באופן טבעי על ידי מיני צמחים ובעלי חיים רבים.

המילה "שעווה" (מאנגלית שעווה) נובעת מהמילה הלטינית "שעווה", המתייחסת לחומר המיוצר על ידי דבורים ומשמש לבניית המסרקות שלהם. המונח באנגלית משמש באותה קונוטציה, שכן הוא נובע מהמילה האנגלו-סקסית "weax" המשמשת גם לתיאור שעוות דבורים (באנגלית שעוות דבורים).

חלת דבש (תמונה מאת Pexels באתר www.pixabay.com)

אם לוקחים בחשבון את האמור לעיל, אז מובן שההגדרה של "שעווה" מקיפה מערכת של חומרים החולקים כמה מאפיינים אך אין בהכרח אותם תכונות כימיות ו / או פיזיקליות.

עם זאת, ללא קשר לזהותם הכימית, שעווה היא חומרים הידרופוביים מאוד המשמשים מטרות שונות בהתאם לאורגניזם המייצר אותם. מספר גדול של יצורים חיים משתמשים בהם כחומר עתודות האנרגיה, ואילו אחרים משתמשים בהם כחומרים מגנים על פני השטח שלהם.

למרות שהם נפוצים באותה מידה בצמחים ובעלי חיים, שעוות צמחים הן אלה שתוארו בעוצמה הגדולה ביותר (וכמה מבעלי חיים מסוימים), מכיוון שיש להם חשיבות ביולוגית לאורגניזמים אלה וגם לתעשייה מבחינה אנתרופולוגית.

מבנה שעווה

שעווה הוגדרה קלאסית כאסטרים אלכוהוליים של חומצות שומן ארוכות שרשרת, המאופיינת באורכים של 24-30 אטומי פחמן, שמתייחסים לאלכוהולים ראשוניים של 16-36 אטומי פחמן (כמו כן, הם יכולים לקשר עם אלכוהולים מ קבוצת סטרואידים).

הם נוצרים על ידי תגובות המערבות "איחוד" של אלכוהול וחומצה שומנית, פחות או יותר כדלקמן:

CH3 (CH2) nCH2OH (אלכוהול) + CH3 (CH2) nCOOH (חומצת שומן) → CH3 (CH2) nCH2COOHCH2 (CH2) CH3 (ester שעווה) + H2O (מים)

אופי המרכיבים האליפטיים של שעווה יכול להיות משתנה מאוד, וניתן למצוא אותם בחומצות שומן אלה, אלכוהולים ראשוניים ומשניים, פחמימנים, סטרול אסטרים, אלדהידים אליפטיים, קטונים, דיקטונים, טריאציל-גליצרים, טריטרפנים וסטרולים, בין היתר.

באותו אופן, גם אורך השרשרת וגם מידת הרוויה וההסתעפות של חומצות השומן ושל שאר המרכיבים האליפיים של השעווה תלויים במוצאם.

בידיעה זאת הוכח כי שעווה המיוצרת בצמחים שונה ומי שמיוצרת על ידי בעלי חיים ימיים ועל ידי בעלי חיים יבשתיים, למשל.

תכונות שעווה

לשעווה תכונות פיזיקו-כימיות שונות שניתן לסכם ברשימה קטנה:

- המרקם שלו יכול להשתנות מרך וניתן לניהול לקשיח (פלסטיק) או "שביר" ב 20 מעלות צלזיוס

- הם בדרך כלל צמיגות נמוכה מאוד

- הם מסיסים מאוד במים, אך הם נמצאים בממסים אורגניים, אם כי תהליך זה תלוי רבות בטמפרטורה

פוּנקצִיָה

שעווה ממלאת תפקידים רבים הן בממלכת החיות והן בממלכת הירקות, מכיוון שהם חומרים נפוצים ביותר בטבע.

אצל בעלי חיים

שעווה מייצגת את תרכובת אחסון האנרגיה העיקרית עבור המיקרואורגניזמים הצפים המרכיבים פלנקטון.

לפיכך, שעווה היא באותו זמן אחד המקורות המטבוליים העיקריים בבסיס שרשרת המזון של בעלי חיים ימיים.

לבעלי חיים יש בלוטות עור מיוחדות המפרישות שעווה על מנת להגן על עורן ושיערן, מה שהופך אותם למבנים גמישים יותר, משומנים ודוחים מים.

לציפורים יש בלוטה המכונה "בלוטת האורופיגי", המפרישה כל הזמן שעווה, וזו הסיבה שהיא אחראית לשמור על הנוצות "אטומות למים".

בצמחים

תפקידם העיקרי של שעווה באורגניזמים מהצומח הוא הגנה על רקמות.

דוגמה טובה לכך היא הציפוי השעווה על להבי העלים של צמחים רבים, מה שמפחית את התייבשות החום הנגרמת על ידי אור השמש.

דוגמא נוספת שניתן להזכיר היא הציפוי השעווה שיש לזרעים רבים במעיל שלהם, המסייע להם להימנע מאיבוד מים במהלך האחסון.

שעוות אלה מוטבעות בדרך כלל בין פולימרים חותכים לסוברינים, ומהווים שכבה אמורפית על פני השטח החיצוניים של הצמח. לצמחים רבים שכבה אפיקוטיקלית של גבישים שעווה החופפים את הציפורן ומעניקים להם מראה אפרפר או גלופי.

שעווה לא רק מונעת אובדן מים, אלא גם יכולה לעזור לצמח למנוע כמה פתוגנים פטרייתיים או חיידקיים, וממלאים תפקיד מהותי באינטראקציות בין חרקים בין צמחים, בנוסף למניעת נזק הנגרם כתוצאה מקרינה אולטרה סגולה.

בתעשייה

שעווה ממוצא ביולוגי מועילה מאוד גם מבחינה תעשייתית, שכן הן משמשות בייצור תרופות, קוסמטיקה וכו '.

קרמים המשמשים בדרך כלל לחות העור, כמו גם לקים ומשחות מסוימות, מורכבים מתערובות שומן עם שעוות דבורים, שעוות דקל ברזילאית, שעוות צמר כבש, שעוות לוויתן זרע וכו '.

שעווה נמצאת בשימוש נרחב גם בציפויים תעשייתיים המאפשרים דחיית מים, כמו גם בייצור חומרים המשמשים לליטוש מכוניות.

הם משמשים לפלסטליזציה של נמסים חמים, לשימון ציוד עבודה בתעשייה המתכתית ולאפשר שחרור מאוחר של תרכובות המשמשות בחקלאות ובפרמקולוגיה.

סוגי שעווה

שעווה יכולה להיות טבעית או סינתטית. שעווה "טבעית" יכולה גם להיות ממוצא אורגני או מינרלי, כאשר האחרונים הם תוצר של עיבוד ליגניט (פחם), וזו הסיבה שהם בדרך כלל אינם מתחדשים (כמו פטרולום או ג'לי נפט).

שעווה ממקור של בעלי חיים ו / או צמחיים נחשבות לשעווה טבעית מתחדשת וניתנת לשינוי, מכיוון שניתן לשנות אותן בשיטות כימיות כמו הידרוגנציה ואיחוד מחדש, למשל.

כך, בהקשר הביולוגי, שעוות מסווגות לפי המקור ממנו הן מתקבלות.

- שעוות ירקות

צמחים מייצרים סוגים שונים של שעווה באזורים שונים בגופם: בעלים, בפרחים, בפירות או בזרעים.

איך נראה המסלול הביוסינתטי?

המרכיבים האליפיים של שעוות צמחיות מסונתזים בתאי האפידרמל מחומצות שומן עם שרשראות ארוכות מאוד (20 עד 34 אטומי פחמן).

הסינתזה מתחילה בייצור חומצות שומן של 16 ו -18 פחמימות, שמקורן בתחילה בסטרומה של הפלסטידים בזכות פעילותם של האנזימים המסיסים המרכיבים את מתחם חומצות השומן.

בהמשך, חומצות שומן אלה מוארכות בזכות קומפלקסים רב-אנזימים הקשורים לקרום המכונה אלונגזות חומצת שומן. בכל הרחבה של שני אטומי פחמן יש ארבע תגובות:

- עיבוי בין מולדת acyl שומנית למולקולת אצטיל Co-A (מצע) למולקולת מלוניל-CoA

- צמצום B-keto

- התייבשות

- צמצום אנולי

תוארו שני דרכים עיקריות לייצור מרכיבי שעווה מהצומח, אחד מהם הוא מסלול הפחתת האציל והשני הוא מסלול הדקרבונילציה. הראשון מביא לסינתזה של אלכוהולים ואסטרי שעווה, ואילו האחרונים מייצרים אלדהידים, אלקנים, אלכוהולים משניים וקטונים.

מסלול הפחתת Acyl

האסטרים של acyl-CoA המיוצרים על ידי התארכות שרשרת מצטמצמים בתגובה דו-שלבית הכוללת חומר ביניים מסוג אלדהיד חולף ואשר מנותזים על ידי האנזים acyl-CoA reductase. ניתן לייצר את האלכוהול השומני המופק ליצירת אסתר שעווה בזכות האנזים acyl-CoA אלכוהול טרנסצילאז.

מסלול Decarbonylation

השלב הראשון במסלול זה הוא הפחתה של אסטר acyl-CoA לאלדהיד המתווך על ידי אנזים acyl-CoA reductase. כאשר אנזים אלדהיד דקארבונילז מסלק את קבוצת הקרבוניל מהמולקולה האמורה, נוצר אלקאן שיש בו אטום פחמן אחד פחות מחומצת השומן המקדימה שלו.

ניתן לחילוף חומרים נוסף של פחמימן זה על ידי החדרת קבוצת הידרוקסיל בשרשרת באמצעות הידרוקסילאז או אוקסידאז ויוצרים אלכוהול משני.

השלב האחרון לייצור אסטרי שעווה מאלכוהולים ארוכי שרשרת וחומצות שומן מנותז על ידי אנזים acyl-CoA: אלכוהול טרנסצילאז, הנדרש גם לסינתזה של טריאצילגלצרים.

- שעווה של בעלי חיים

בעלי חיים מייצרים גם כמויות גדולות של שעווה, בעיקר חרקים, לווייתנים, כבשים ועופות, מהם ניתן להשיג למטרות ביוטכנולוגיות.

התועלת הביולוגית שלהם נחקרה לפרטי פרטים, ובהתאם לבעל החיים המדובר, הם יכולים לשמש למטרות הגנה ותקשורת, בין היתר.

דוגמאות לשעווה ביולוגית

- שעווה של בעלי חיים

שעוות דבורים

כשמו כן הוא, שעווה מסוג זה מיוצרת על ידי דבורים, והפופולרית ביותר היא זו של אפיס מליפרה. בבעלי חיים אלה יש בלוטות ייעודיות בבטן המפרישות את השעווה בהן הן משתמשות כדי לבנות את המסרקות בהן הן מטילות את ביציהן ומארגנות את הכוורת.

שעווה זו מתקבלת לרוב כתוצר לוואי של דבש ומשמש למטרות שונות, הן בתחום הקוסמטיקה והן בתעשייה (ייצור נרות, לקים, מזון, טקסטיל, לכה וכו '). הוא מורכב מפחמימנים, אסטרים, חומצות חופשיות ועוד, ומחקרים המתמחים יותר מצביעים על כך שהוא עשיר בחומצה קרוטית ומיריצין.

Spermaceti

לוויתן זרע הוא סוג ידוע נוסף של שעווה מבעלי חיים, המתקבל מחלל בראשו של לוויתן המקרוספלוס (Physeter macrocephalus), שיכול לייצר עד 3 טון מחומר זה שהוא משמש כסונאר.

הוא עשיר באסטרים שומניים, טריגליצרידים, אלכוהולים חופשיים וחומצות; אסטרים שומניים כוללים בעיקר ציטיל פאלמיטייט (32 פחמימות) ו ציטיל מוריסטאט (30 פחמן).

שעווה מבעלי חיים זו הייתה בשימוש נרחב ברפואה, קוסמטולוגיה ותרופות, כמו גם בייצור נרות.

עם זאת, קיימות כיום כמה תקנות בינלאומיות, שכן הלווייתנים נהרגו למטרה היחידה להשיג מוצר זה, מה שאומר הפסדים גדולים עבור עולם החי הימי.

- שעוות ירקות

שעווה דקלים

כף השעווה Copernicia cerifera Martius הוא מין דקל ברזילאי המייצר את אחד שעוות הירקות החשובות מנקודת מבט מסחרית.

שעווה זו מתקבלת מפני השטח העליונים והתחתונים של עלי כף היד והיא בעלת יישומים מרובים הן בהכנת מזון והן בקוסמטיקה, רהיטים ושעוות רכב, ייצור חוט דנטלי שעווה וכו '.

טיפוח כפות שעווה (תמונה מאת פרננדו ארטגה בכתובת www.pixabay.com)

שמן חוחובה

שעווה של חוחובה מתקבלת מ- Simmondsia chinensis, שיח טיפוסי מאזורי הצחיח של מקסיקו וארצות הברית. הזרעים שלו עשירים בשעווה או בשמן שמתקבל על ידי מכבישה קרה ושיש להם שימושים רפואיים רבים, והוא אחד התחליפים העיקריים לוויתן זרע.

זרעי צמח חוחובה (מקור: קנת בוסמה / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) באמצעות ויקימדיה Commons)

הפניות

1. Domínguez, E., and Heredia, A. (1998). שעווה: נושא שנשכח בהוראת ליפידים. חינוך ביוכימי, 26 (4), 315-316.
2. פיירסטון, ד (2006). מאפיינים פיסיים וכימיים של שמנים, שומנים ושעוות (מס 'L-0671). הוצאת אוקס.
3. Kolattukudy, PE (1970). שעווה צמחית. ליפידים, 5 (2), 259-275.
4. לוסאס, EW, Riaz, MN, Alam, MS, & Clough, R. (2017). שומנים מן החי והצומח, השמנים והשעווה. בחוברת כימיה תעשייתית וביוטכנולוגיה (עמ '823-932). שפרינגר, צ'אם.
5. Post-Beittenmiller, D. (1996). ביוכימיה וביולוגיה מולקולרית של ייצור שעווה בצמחים. סקירה שנתית של ביולוגיה מהצומח, 47 (1), 405-430.
6. Tinto, WF, Elufioye, TO, & Roach, J. (2017). שעווה. בפרמקוגונוסיה (עמ '443-455). עיתונות אקדמית.