cera epicuticular

La cera epicuticular es una capa cerosa que recubre la superficie externa de la cutícula vegetal en las plantas terrestres . Puede formar una película blanquecina o una capa blanquecina en hojas, frutos y otros órganos vegetales. Químicamente, se compone de compuestos orgánicos hidrófobos, principalmente hidrocarburos alifáticos de cadena lineal con o sin diversos grupos funcionales sustituidos . La cera epicuticular reduce la humectación de la superficie y la pérdida de humedad. Otras funciones incluyen la reflexión de la luz ultravioleta, la formación de una superficie ultra-hidrófoba y autolimpiante, y la acción como superficie antiescalada.

Los constituyentes comunes de la cera epicuticular son predominantemente hidrocarburos alifáticos de cadena lineal que pueden ser saturados o insaturados y contienen una variedad de grupos funcionales, como -hidroxilo , carboxilo y -cetoilo en la posición terminal. Esto amplía el espectro de la composición de la cera a ácidos grasos , alcoholes primarios y aldehídos ; si la sustitución ocurre en la cadena media, dará como resultado β - dicetonas y alcoholes secundarios . ^{[ 1 ]} Otros componentes importantes de las ceras epicuticulares son ácidos n- alcanoicos de cadena larga como C ₂₄ , C ₂₆ y C ₂₈ . ^{[ 2 ]}

Estas ceras pueden estar compuestas por una variedad de compuestos que difieren entre especies vegetales. Los túbulos y plaquetas de cera suelen presentar diferencias tanto químicas como morfológicas. Los túbulos se pueden dividir en dos grupos: el primero contiene principalmente alcoholes secundarios y el segundo, β -dicetonas. Las plaquetas están compuestas principalmente por triterpenoides , alcanos , aldehídos, ésteres , alcoholes secundarios o flavonoides . Sin embargo, la composición química no es diagnóstica de un túbulo o plaqueta, ya que no determina su morfología. ^{[ 3 ]}

Las parafinas se encuentran en las hojas de los guisantes y las coles , por ejemplo. Las hojas de la palma de carnauba y el plátano presentan ésteres alquílicos. El alcohol secundario asimétrico 10-nonacosanol aparece en la mayoría de las gimnospermas como el Ginkgo biloba y el abeto de Sitka, así como en muchas de las Ranunculaceae , Papaveraceae y Rosaceae y algunos musgos . Los alcoholes secundarios simétricos se encuentran en las Brassicaceae , incluyendo Arabidopsis thaliana . Los alcoholes primarios (más comúnmente octacosan-1-ol ) se encuentran en el Eucalyptus , las leguminosas y la mayoría de las gramíneas Poaceae . Las gramíneas también pueden presentar β-dicetonas, como el Eucalyptus , el Buxus box y las Ericaceae . Las hojas jóvenes de haya , los tallos de caña de azúcar y el fruto del limón exhiben aldehídos. Los triterpenos son el componente principal en las ceras de los frutos de la manzana , la ciruela y la uva . ^{[ 1 ] [ 4 ]} Los constituyentes cíclicos se registran con frecuencia en las ceras epicuticulares, como en Nicotiana , pero generalmente son constituyentes minoritarios. Pueden incluir fitoesteroles como el β-sitosterol y triterpenoides pentacíclicos como el ácido ursólico y el ácido oleanólico y sus precursores respectivos, α-amirina y β-amirina. ^{[ 1 ]}

Muchas especies del género Primula y helechos, como Cheilanthes , Pityrogramma y Notholaena , así como muchos géneros de plantas suculentas Crassulaceae , producen una secreción glandular harinosa, blanquecina a amarillo pálido, conocida como harina, que no es una cera epicuticular, sino que consiste principalmente en cristales de una clase diferente de compuestos polifenólicos conocidos como flavonoides. ^{[ 5 ]} A diferencia de la cera epicuticular, la harina es secretada por pelos glandulares especializados , en lugar de por la cutícula de toda la epidermis. ^{[ 5 ]}

Las ceras epicuticulares son mayormente sólidas a temperatura ambiente, con puntos de fusión superiores a unos 40 °C (100 °F) . Son solubles en disolventes orgánicos como el cloroformo y el hexano , lo que las hace accesibles para el análisis químico, pero en algunas especies la esterificación de ácidos y alcoholes en estólidos o la polimerización de aldehídos puede dar lugar a compuestos insolubles. Los extractos de disolventes de las ceras de la cutícula contienen ceras epicuticulares y cuticulares, a menudo contaminadas con lípidos de la membrana celular de las células subyacentes. La cera epicuticular ahora también se puede aislar mediante métodos mecánicos que distinguen la cera epicuticular fuera de la cutícula vegetal de la cera cuticular incrustada en el polímero de la cutícula. ^{[ 6 ]} Como consecuencia, ahora se sabe que estas dos son químicamente distintas, ^{[ 7 ]} aunque se desconoce el mecanismo que segrega las especies moleculares en las dos capas. Estudios recientes de microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía de fuerza atómica (AFM) y reflectometría de neutrones en películas de cera reconstituidas han encontrado ceras epicuticulares de trigo; ^{[ 8 ]} compuesta por cristales epicuticulares superficiales y una capa de película de fondo porosa subyacente que se hincha al entrar en contacto con el agua, lo que indica que la película de fondo es permeable y susceptible al transporte de agua.  

La cera epicuticular puede reflejar la luz UV, como la capa cerosa blanca y calcárea de Dudleya brittonii , que tiene la mayor reflectividad de luz ultravioleta (UV) de cualquier sustancia biológica natural conocida. ^{[ 9 ]}

El término «glauco» se utiliza para referirse a cualquier follaje, como el de la familia Crassulaceae , que presenta un aspecto blanquecino debido a su cubierta cerosa. Las capas de flavonoides epicuticulares pueden denominarse «farina», y las plantas mismas se describen como «farinosas» o « farináceas ». ^{[ 10 ] : 51}

La cera epicuticular forma proyecciones cristalinas desde la superficie de la planta, que mejoran su repelencia al agua, ^{[ 11 ]} crean una propiedad de autolimpieza conocida como efecto loto ^{[ 12 ]} y reflejan la radiación UV . Las formas de los cristales dependen de los compuestos de cera presentes en ellos. Los alcoholes secundarios asimétricos y las β-dicetonas forman nanotubos de cera huecos , mientras que los alcoholes primarios y los alcoholes secundarios simétricos forman placas planas ^{[ 13 ] [ 14 ]} Aunque estos se han observado utilizando el microscopio electrónico de transmisión ^{[ 13 ] [ 15 ]} y el microscopio electrónico de barrido ^{[ 16 ]} el proceso de crecimiento de los cristales nunca se había observado directamente hasta que Koch y colaboradores ^{[ 17 ] [ 18 ]} estudiaron el crecimiento de cristales de cera en hojas de campanilla de invierno ( Galanthus nivalis ) y otras especies utilizando el microscopio de fuerza atómica . Estos estudios muestran que los cristales crecen por extensión desde sus puntas, lo que plantea preguntas interesantes sobre el mecanismo de transporte de las moléculas.

Las ceras epicuticulares se recuperan de ambientes terrestres, marinos y lacustres, lo que permite la extracción con solventes de biomarcadores y su posterior perfilado cualitativo y cuantitativo mediante cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS) y cromatografía de gases con detección por ionización de llama (GC-FID). La GC-MS y la GC-FID son las técnicas preferidas para identificar y cuantificar n- ^alcanos y ácidos n- alcanoicos. El análisis de la relación isotópica (GC-IRMS) mide la abundancia relativa de carbono, hidrógeno y otros isótopos con alta precisión. La relación isotópica del carbono se expresa entre el carbono-13 y el carbono-12 como δ¹³C con respecto al estándar internacional. La relación isotópica del hidrógeno entre el deuterio y el protio se expresa como δD con respecto al estándar internacional. ^{[ 19 ]}

^{[ 19 ]} La cera epicuticular se ha utilizado comobiomarcadorpara observar patrones de evolución humana. Los lípidos de estas ceras vegetales se han analizado al extraerlas deoceánicosylacustres, proyectos de perforación de paleolagos,afloramientosarqueológicosygeológicos ,depósitosde cuevassedimentoscon restos humanos. Estos datos proporcionan información sobrela ecologíaylas presiones ambientales, en particular al reconstruir paisajes con una altataxonómica.

La cera epicuticular δ ¹³ C es un biomarcador favorable debido a sus beneficios: no está sesgada hacia la alimentación como los biomarcadores del esmalte dental , y está más extendida que los carbonatos de paleosuelos que están sesgados según la cantidad de lluvia. Este marcador también puede identificar las vías fotosintéticas C ₃ y C _4. La biosíntesis de estos lípidos produce un fraccionamiento adicional que resulta en un δ ¹³ C más ligero en general. Los estudios de estabilidad isotópica que caracterizan el proceso diagenético pueden identificar la alteración del carbono y el hidrógeno a través de la actividad química y microbiana, pero estos estudios a menudo tienen resultados mixtos. El estado de preservación de la cera vegetal en suelos y sedimentos aún se desconoce debido a las complejas interacciones en los ambientes de deposición, incluyendo el pH , las comunidades microbianas , la alcalinidad , la temperatura y el contenido de oxígeno/humedad.

El ^δ¹³C de plantas superiores se ha utilizado en yacimientos arqueológicos del Holoceno y el Pleistoceno . Se han analizado diversos entornos en la África moderna mediante la interpretación de indicadores de cera epicuticular, desde la vegetación de pastizales arbolados (donde el homólogo C₃₁ _es más abundante) hasta las regiones áridas y semiáridas del sur de África (caracterizadas por una abundancia de C₂₉ ₎ . Los sedimentos del paleolago de Turkana del este (Formación Wargolo, 3,45-3,4 Ma) y del oeste (Formación Nachukui, 1,9-1,4 Ma) sugieren que la insolación estival controlada por la precesión es el principal impulsor de la hidrología del Plioceno y el Pleistoceno en la cuenca. La variación de δD y δ¹³C ^en ciertas fechas coincide con cambios en variables como la excentricidad orbital y las herramientas de homínidos . ^{[ 19 ]}

La cera epicuticular y sus compuestos alifáticos sucesores también se utilizan como biomarcadores para plantas superiores. Los compuestos n -alquílicos de cadena larga de las hojas de las plantas vasculares son componentes principales de las ceras epicuticulares, que son resistentes a la degradación y, por lo tanto, biomarcadores eficaces para plantas superiores. Estos biomarcadores terrestres también pueden estar presentes en sedimentos marinos. Debido a la falta de material vegetal superior en ambientes acuáticos, la presencia de biomarcadores de plantas superiores en estos ecosistemas sugiere que estos biomarcadores fueron transportados desde su entorno terrestre original. Las composiciones isotópicas del carbono, específicamente su valor δ¹³C, reflejan su metabolismo y entorno, ya que ^{el ¹³C} se discrimina durante la fotosíntesis. ^{[ 20 ]}

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