Ceras (biológicas): estrutura, propriedades, função, tipos - Ciência - 2023

Contente

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

A palavra "cera" (do inglês cera) deriva da palavra latina "cera", que se refere à substância produzida pelas abelhas e utilizada para construir seus favos. O termo em inglês é usado com a mesma conotação, pois deriva da palavra anglo-saxônica "Weax" também usado para descrever cera de abelha (em Inglês cera de abelha).

Levando em consideração o exposto, entende-se então que a definição de "cera" engloba um conjunto de substâncias que compartilham algumas características, mas não necessariamente possuem as mesmas propriedades químicas e / ou físicas.

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

Embora sejam igualmente comuns em plantas e animais, as ceras vegetais são as que têm sido descritas com maior intensidade (e algumas de certos animais), pois têm importância biológica para estes organismos e também industriais do ponto de vista antropológico.

Estrutura de ceras

As ceras foram classicamente definidas como ésteres alcoólicos de ácidos graxos de cadeia longa, caracterizados por comprimentos de 24-30 átomos de carbono, que se associam com álcoois primários de 16-36 átomos de carbono (da mesma forma, podem se associar com álcoois de grupo esteróides).

São formados por reações que envolvem a "união" de um álcool com um ácido graxo, mais ou menos da seguinte forma:

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 e pode ser encontrada nesses ácidos graxos, álcoois primários e secundários, hidrocarbonetos, ésteres de esterol, aldeídos alifáticos, cetonas, dicetonas, triacilgliceróis, triterpenos e esteróis, entre outros.

Da mesma forma, tanto o comprimento da cadeia quanto o grau de saturação e ramificação dos ácidos graxos e dos demais componentes alifáticos das ceras dependem de sua origem.

Sabendo disso, foi demonstrado que aquelas ceras produzidas em plantas são diferentes e aquelas que são produzidas por animais marinhos e por animais terrestres, por exemplo.

Propriedades da cera

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

- Sua textura pode variar de macia e gerenciável a dura (plástico) ou "quebrável" a 20 ° C

- Eles são geralmente de viscosidade muito baixa

- São altamente insolúveis em água, mas estão em solventes orgânicos, embora este processo seja altamente dependente da temperatura

Função

As ceras desempenham múltiplas funções tanto no reino animal quanto 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 constituem o plâncton.

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

Os animais possuem glândulas dérmicas especiais que secretam cera para proteger a pele e os cabelos, tornando-os mais flexíveis, lubrificados e repelentes à água.

Os pássaros possuem uma glândula conhecida como glândula “uropígea”, que constantemente secreta ceras, por isso é responsável por manter as penas “impermeáveis”.

Nas plantas

Uma função primária das ceras nos organismos vegetais é a proteção dos tecidos.

Um bom exemplo disso é o revestimento ceroso nas lâminas das folhas de muitas plantas, que reduz a desidratação por calor induzida pela luz solar.

Outro exemplo que pode ser citado é o revestimento ceroso que muitas sementes possuem em seu revestimento, que as ajuda a evitar a perda de água durante o armazenamento.

Essas ceras são geralmente incorporadas entre os polímeros de cutina e suberina, constituindo uma camada amorfa na superfície externa da planta. Muitas plantas têm uma camada epicuticular de cristais cerosos que se sobrepõem à cutícula e lhes dão uma aparência acinzentada ou glauca.

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

Na indústria

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

Loções normalmente usadas para hidratação da pele, bem como esmaltes e algumas pomadas, são compostas de misturas de gordura 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 repelência à água, bem como na fabricação de substâncias utilizadas para polir carros.

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

Tipos de ceras

As ceras podem ser naturais ou sintéticas. As ceras "naturais" também podem ter origem orgânica ou mineral, sendo esta última o produto do processamento da lenhite (carvão), razão pela qual geralmente não são renováveis (como o petrolato ou a 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.

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: nas folhas, nas flores, nos frutos ou nas sementes.

Como é a via biossintética?

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

A síntese começa com a produção de ácidos graxos de 16 e 18 carbonos, que se originam inicialmente no estroma dos plastídios, graças à atividade das enzimas solúveis que compõem o complexo da ácido graxo sintase.

Posteriormente, esses ácidos graxos são alongados graças a complexos multi-enzimas associados à membrana conhecida como elongases de ácidos graxos. Em cada extensão de dois átomos de carbono, existem quatro reações:

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

– B-cetoredução

– Desidratação

– Redução Enoil

Foram descritas duas rotas principais para a produção dos componentes de ceras vegetais, uma delas é a rota de redução de acila e a outra é a rota 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 acil

Os ésteres de acil-CoA produzidos pelo alongamento da cadeia são reduzidos em uma reação de duas etapas envolvendo um intermediário do tipo aldeído transiente e que são 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 nesta via é a redução de um éster acil-CoA a um aldeído mediado por uma enzima redutase acil-CoA. Quando uma enzima aldeído descarbonilase remove o grupo carbonila da referida molécula, é produzido um alcano, que possui um átomo de carbono a menos que seu ácido graxo precursor.

Este hidrocarboneto pode ser posteriormente metabolizado pela inserção de um grupo hidroxila na cadeia por meio de uma hidroxilase ou uma oxidase, formando um álcool secundário.

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

- cera animal

Os animais também produzem grandes quantidades de ceras, principalmente insetos, baleias, ovelhas e pássaros, das quais podem ser obtidas para fins biotecnológicos.

A sua utilidade biológica foi estudada com algum detalhe e, dependendo do animal em questão, podem cumprir funções de protecção e comunicação, entre outras.

Exemplos de ceras biológicas

- cera animal

Cera de abelha

Como o próprio nome indica, este tipo de cera é produzida por abelhas, sendo a mais popular a de Apis mellifera. Esses animais possuem glândulas especializadas em seu abdômen que secretam a cera que usam para construir os favos onde depositam seus ovos e organizam a colmeia.

Esta cera é comumente obtida como subproduto do mel e é utilizada para diversos fins, tanto na cosmetologia quanto na indústria (fabricação de velas, polidores, alimentos, têxteis, vernizes, etc.). É composto por hidrocarbonetos, ésteres, ácidos livres e outros, e estudos mais especializados indicam que é rico em ácido cerótico e mricina.

Espermacete

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

É rico em ésteres graxos, triglicerídeos, álcoois livres e ácidos; os ésteres graxos incluem principalmente palmitato de cetila (32 carbonos) e miristato de cetila (30 carbonos).

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

No entanto, atualmente existem algumas regulamentações internacionais, visto que as baleias foram mortas com o único propósito de obter este produto, o que significa grandes prejuízos para a fauna marinha.

- ceras vegetais

Cera de palma

A palma 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 quanto na cosmetologia, enceramento de móveis e automóveis, produção de fio dental encerado, etc.

Óleo de jojoba

A cera de jojoba é obtida de Simmondsia chinensis, um arbusto típico das zonas áridas do México e dos Estados Unidos. Suas sementes são ricas em uma cera ou óleo obtido por prensa a frio e que tem diversas aplicações medicinais, sendo um dos principais substitutos do cachalote.

Referências

Domínguez, E., & Heredia, A. (1998). Ceras: um tópico esquecido no ensino de lipídios. Biochemical Education, 26 (4), 315-316.
Firestone, D. (2006). Características físicas e químicas de óleos, gorduras e ceras (nº L-0671). Aocs Press.
Kolattukudy, P. E. (1970). Ceras de plantas. Lipids, 5 (2), 259-275.
Lusas, E. W., Riaz, M. N., Alam, M. S., & Clough, R. (2017). Gorduras animais e vegetais, óleos e ceras. Em Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology (pp. 823-932). Springer, Cham.
Post-Beittenmiller, D. (1996). Bioquímica e biologia molecular da produção de cera em plantas. Revisão anual da biologia vegetal, 47 (1), 405-430.
Tinto, W. F., Elufioye, T. O., & Roach, J. (2017). Ceras. Em Pharmacognosy (pp. 443-455). Academic Press.