KOFEĪNSKĀBE: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, BIOSINTĒZE, LIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2025

Caffeic skābe ir organisks savienojums biedru Kateholi un phenylpropanoids. Tā molekulārā formula ir C ₉ H ₈ O ₄ . Tas ir iegūts no kanēliskābes, un to sauc arī par 3,4-dihidroksikinamīnskābi vai 3- (3,4-dihidroksifenil) akrilskābi.

Kofeīnskābe ir plaši izplatīta augos, jo tā ir starpprodukts lignīna biosintēzē, kas ir augu struktūras sastāvdaļa. Bet tas ir bagātīgi atrodams dzērienos, piemēram, kafijā un tās sēklās.

Kofeīnskābe ir atrodama kafijā. Autors: Engin Akyurt. Avots: Pixabay.

Tas var aizsargāt ādu no ultravioletajiem stariem, radot pretiekaisuma un pretvēža iedarbību. Kofeīnskābe novērš aterosklerozi, kas saistīta ar aptaukošanos, un tiek uzskatīts, ka tā var samazināt viscerālo tauku uzkrāšanos.

Ir pierādījumi, ka tas var aizsargāt neironus un uzlabot atmiņas darbību un ka tas varētu būt jauns psihisko un neirodeģeneratīvo slimību ārstēšanas līdzeklis.

Tam ir izteiktas antioksidanta īpašības, kas ir visspēcīgākais antioksidants starp hidrokanēliskābēm. Tam ir arī potenciāls pielietojums tekstilizstrādājumu un vīna rūpniecībā un kā insekticīds, cita starpā.

Uzbūve

Tā kā tas ir fenilpropanoīds, kofeīnskābei ir aromātisks gredzens ar trīs oglekļa aizvietotāju. Aromātiskajā gredzenā tam ir divas hidroksilgrupas –OH, un trīs oglekļa virknēs ir dubultā saite un –COOH grupa.

Divkāršās saites dēļ tā struktūra var būt cis (dihidroksifenilgrupa un -COOH divkāršās saites plaknes vienā pusē) vai trans (pilnīgi pretējās pozīcijās).

Kofeīnskābes molekulas struktūra. Var redzēt, ka -COOH un dihidroksifenilgrupa šajā gadījumā atrodas trans stāvoklī. Fuse809. Avots: Wikimedia Commons.

Nomenklatūra

- kafijas skābe

- 3,4-dihidroksikinamīnskābe

- 3- (3,4-dihidroksifenil) akrilskābe

- 3- (3,4-dihidroksifenil) -propēnskābe

Īpašības

Fiziskais stāvoklis

Dzelteni vai oranži kristāliska cieta viela, kas veido prizmas vai loksnes.

Cietā kafijas skābe. Danny S .. Avots: Wikimedia Commons.

Molekulārais svars

180,16 g / mol.

Kušanas punkts

225 ºC (kūst ar sadalīšanos).

Šķīdība

Vāji šķīst aukstā ūdenī, mazāks par 1 mg / ml 22 ° C temperatūrā. Labi šķīst karstā ūdenī. Ļoti labi šķīst aukstā spirtā. Nedaudz šķīst etilēterī.

Disociācijas konstante

pK = pie 25 4.62 ° C.

Ķīmiskās īpašības

Kofeīnskābes sārmu šķīdumi ir dzeltenā vai oranžā krāsā.

Atrašanās dabā

Tas ir atrodams tādos dzērienos kā kafija un zaļais mate, mellenēs, baklažānos, ābolos un sidros, sēklās un bumbuļos. Tas ir atrodams arī visu augu sastāvā, jo tas ir starpprodukts lignīna biosintēzē, kas ir šo augu sastāvdaļa.

Jāatzīmē, ka lielākajai daļai ēdamajos augos esošās kofeīnskābes ir esteri, kas apvienoti ar citām augu sastāvdaļām.

Tas atrodas kā hlorogēnskābe, kas atrodama, piemēram, kafijas pupiņās, dažādos augļos un kartupeļos, un kā rozmarīnskābe dažos aromātiskos augos.

Dažreiz tas atrodams kofeilhinīnskābes un dikafenilhinīnskābes konjugētajās molekulās.

Vīnā tas ir konjugēts ar vīnskābi; ar kaptārskābi vīnogās un vīnogu sulā; salātos un galu galā sālsskābes formā, kas ir dikafeilīnskābe un kofeilskābe; spinātos un tomātos, kas konjugēti ar p-kumarīnskābi.

Brokoļos un krustziežu dārzeņos tas ir konjugēts ar sinapskābi. Kviešu un kukurūzas klijās tas ir atrodams cinamātu un ferulātu vai ferulokvinīnskābes formā, kā arī citrona sulās.

Biosintēze

Fenilpropanoīda molekulas, piemēram, kofeīnskābe, veidojas ar shikimic skābes biosintētisko ceļu caur fenilalanīnu vai tirozīnu, un kanēliskābe ir svarīgs starpprodukts.

Turklāt augu lignīna biosintēzē pa fenilpropanoīda vienības ceļu p-kumarīnskābe tiek pārveidota par kofeīnskābi.

Lietderība cilvēku veselībai

Tiek ziņots, ka kafijas skābei piemīt antioksidantu un tauku oksidācijas nomācošās īpašības. Kā antioksidants tā ir viena no visspēcīgākajām fenolskābēm, tās aktivitāte ir visaugstākā starp hidrokanēliskābēm. Par šo darbību atbildīgās struktūras daļas ir o-difenols un hidroksicinnamilgrupa.

Tiek lēsts, ka antioksidanta mehānisms caur dihidroksibenzola struktūru veido hinonu, jo tas oksidējas daudz vieglāk nekā bioloģiskie materiāli.

Tomēr dažos pētījumos tika atklāts, ka hinoniem līdzīgā struktūra nav stabila un reaģē, savienojoties ar citām struktūrām caur peroksilveidīgu saiti. Pēdējais ir solis, kas patiesībā iznīcina brīvos radikāļus kofeīnskābes antioksidanta darbībā.

Kofeīnskābe ir pretiekaisuma. Aizsargā ādas šūnas, iedarbojoties ar ultravioleto starojumu, radot pretiekaisuma un pretvēža iedarbību.

Samazina DNS metilēšanu cilvēka vēža šūnās, novēršot audzēja augšanu.

Tam piemīt antiaherogēna iedarbība aterosklerozes gadījumā, kas saistīts ar aptaukošanos. Tas novērš aterosklerozi, kavējot zema blīvuma lipoproteīnu oksidāciju un reaktīvo skābekļa veidošanos.

Konstatēts, ka kofeīnskābes fenietilesterim vai fenetilkofeātam piemīt pretvīrusu, pretiekaisuma, antioksidanta un imūnmodulējošas īpašības. Tās iekšķīga lietošana samazina aterosklerozes procesu.

Fenetila kafijas. Eds (Edgar181). Avots: Wikimedia Commons.

Turklāt šis esteris aizsargā neironus pret nepietiekamu asins piegādi, pret apoptozi, ko izraisa neliels kālija daudzums šūnā, un neiroprotezēšanu pret Parkinsona slimību un citām neirodeģeneratīvām slimībām.

Potenciāla lietošana pret aptaukošanos

Daži pētījumi norāda, ka kofeīnskābei ir ievērojams potenciāls anti-aptaukošanās līdzeklis, nomācot lipogēnos (taukus ģenerējošos) enzīmus un lipīdu uzkrāšanos aknās.

Pelēm ar aptaukošanos, ko izraisīja diēta ar augstu tauku saturu, tika ievadīta kofeīnskābe, kā rezultātā tika samazināts paraugu ķermeņa svara pieaugums, samazināts taukaudu svars un viscerālo tauku uzkrāšanās.

Aptaukojušās laboratorijas peles. Pogrebnoj-Alexandroff. Avots: Wikimedia Commons.

Tas arī samazināja triglicerīdu un holesterīna koncentrāciju plazmā un aknās. Citiem vārdiem sakot, kofeīnskābe samazināja tauku ražošanu.

Potenciāls lietojums pret Alcheimera slimību

Alcheimera slimība dažiem indivīdiem cita starpā ir saistīta ar traucētu glikozes metabolismu un rezistenci pret insulīnu. Pavājināta insulīna signalizācija neironos var būt saistīta ar neirokognitīviem traucējumiem.

Nesen veiktā pētījumā (2019) kafijas skābes ievadīšana laboratorijas dzīvniekiem ar hiperinsulinēmiju (lieko insulīnu) uzlaboja noteiktus mehānismus, kas aizsargā neironu šūnas no oksidatīvā stresa uzbrukumiem hipokampā un garozā.

Tas arī samazināja noteiktu savienojumu uzkrāšanos, kas izraisa toksicitāti smadzeņu neironos.

Pētnieki liek domāt, ka kofeīnskābe var uzlabot atmiņas funkcijas, pastiprinot smadzeņu signālus par insulīnu, samazinot toksīnu ražošanu un saglabājot sinaptisko plastiskumu vai neironu spēju savstarpēji savienoties, lai pārraidītu informāciju.

Noslēgumā jāsaka, ka kofeīnskābe varētu novērst Alcheimera slimības progresēšanu diabēta pacientiem.

Iespējams pielietojums citu psihisku un neirodeģeneratīvu traucējumu gadījumos

Jaunākie eksperimenti (2019. gads) parāda, ka kofeīnskābei ir antioksidants un mazinoša iedarbība uz mikroglia aktivizēšanu peļu hipokampā. Microglia ir šūnu tips, kas darbojas, fagocitozes rezultātā novēršot elementus, kas ir neironiem kaitīgi.

Oksidējošais stress un mikroglia aktivizēšana veicina psihiskus un neirodeģeneratīvus traucējumus. Šīs patoloģijas ietver Parkinsona slimību, Alcheimera slimību, šizofrēniju, bipolārus traucējumus un depresiju.

Ņemot vērā spēju mazināt iepriekšminēto iedarbību, kofeīnskābe varētu būt jauna šo slimību ārstēšanas metode.

Citi iespējamie izmantošanas veidi

Tekstilrūpniecībā

Kofeīnskābe ir noderīga, lai iegūtu spēcīgāku vilnas veidu.

Izmantojot fermentu tirozīnāzi, ir bijis iespējams ievietot kofeīnskābes molekulas vilnas olbaltumvielu substrātā. Šī fenola savienojuma iekļaušana vilnas šķiedrā palielina antioksidantu aktivitāti, sasniedzot līdz 75%.

Šādi modificētai vilnas tekstilšķiedrai ir jaunas īpašības un īpašības, kas padara to izturīgāku. Pēc vilnas mazgāšanas antioksidanta iedarbība nemazinās.

Pārtikas rūpniecībā

Kofeīnskābe ir piesaistījusi uzmanību tās antioksidantu īpašību dēļ bioloģiskajā līmenī, lai tās varētu izmantot kā antioksidantu pārtikā.

Šajā ziņā daži pētījumi rāda, ka kofeīnskābe spēj aizkavēt lipīdu oksidāciju zivju muskuļu audos un izvairīties no tajā esošā α-tokoferola patēriņa. Α-tokoferols ir E vitamīna veids.

Antioksidanta iedarbība tiek panākta, sadarbojoties askorbīnskābei, kas atrodas arī audos. Šī kofeīnskābes un askorbīnskābes mijiedarbība sinerģiski pastiprina sistēmas izturību pret oksidatīviem bojājumiem.

Vīna rūpniecībā

Ir noteikts, ka kofeīnskābes pievienošana Tempranillo šķirnes sarkanajām vīnogām vai tās vīnam palielina vīna krāsas stabilitāti uzglabāšanas laikā.

Rezultāti norāda, ka nogatavināšanas periodā notiek intramolekulāras kopigmentācijas reakcijas, kas palielina jauno molekulu stabilitāti un ka tas pozitīvi ietekmē vīna krāsu.

Kā insekticīds

Eksperimentos ar Helicoverpa armigera, kas ir lepidopteriālais kukainis, nesen tika atklāts, ka kofeīnskābei ir potenciāls kā insekticīdam.

Šis kukainis apdzīvo un barojas ar dažāda veida augiem un kultūrām.

Helicoverpa armigera - kukainis, kas uzbrūk daudzu veidu ēdamiem augiem. Dumi. Avots: Wikimedia Commons.

Visas kofeīnskābes funkcionālās grupas veicina to, ka tas kļūst par proteāzes inhibitoru - fermentu, kas atrodams šo kukaiņu zarnās. Turklāt kofeīnskābe kuņģa zarnu vidē saglabājas stabila.

Helicoverpa armigera kāpurs. Gyorgy Csoka, Ungārijas Meža pētījumu institūts, Bugwood.org. Avots: Wikimedia Commons.

Inhibējot proteāzi, kukainis nevar veikt augšanai un attīstībai nepieciešamos procesus, un tas nomirst.

Tās izmantošana būtu ekoloģisks veids, kā kontrolēt šāda veida kaitēkļus.

Atsauces

1. Elsevier (redakcija) (2018). Uzziniet vairāk par kafijas skābi. Atgūts no vietnes sciencedirect.com
2. ASV Nacionālā medicīnas bibliotēka. (2019. gads). Kafijas skābe. Atgūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Chang, W. et al. (2019. gads). Kofeīnskābes aizsargājoša iedarbība pret Alcheimera slimības patoģenēzi, modulējot smadzeņu insulīna signalizāciju, β-amiloīdu uzkrāšanos un hiperinsulinēmisku žurku sinaptisko plastiskumu. J. Agric. Food Chem., 2019, 67, 27, 7684-7693. Atgūts no pubs.acs.org.
4. Masuda, T. et al. (2008) Kofeīnskābes antioksidācijas mehānisma pētījumi: metilkofeāta antioksidācijas produktu identificēšana no lipīdu oksidācijas. Agric. Food Chem., 2008, 56, 14, 5947-5952. Atgūts no pubs.acs.org.
5. Joshi, RS et al. (2014). Ceļš uz “Diētiskajiem pesticīdiem”: kofeīnskābes insekticīdās iedarbības molekulārie pētījumi pret Helicoverpa armigera. J. Agric. Food Chem., 2014, 62, 45, 10847-10854. Atgūts no pubs.acs.org.
6. Koga, M. et al. (2019. gads). Kofeīnskābe samazina oksidatīvo stresu un mikroglia aktivizāciju peles hipokampā. Audu un šūnu 60 (2019) 14-20. Atgūts no ncbi.nlm.nih.gov.
7. Iglesias, J. et al. (2009). Kofeīnskābe kā antioksidants zivju muskuļos: Sinerģisma mehānisms ar endogēno askorbīnskābi un α-tokoferolu. Agric. Food Chem., 2009, 57, 2, 675-681. Atgūts no pubs.acs.org.
8. Lī, E.-S. un citi. (2012). Kofeīnskābe mitrina monocītu adhēziju uz kultūru endotēlija šūnām, kuras stimulē Adipokine Resistin. J. Agric. Food Chem., 2012, 60, 10, 2730–2739. Atgūts no pubs.acs.org.
9. Aleixandre-Tudo, JL et al. (2013). Kofeīnskābes pievienošanas ietekme uz tempranillo vīnu fenola sastāvu dažādās vīna darīšanas metodēs. J. Agric. Food Chem., 2013, 61, 49, 11900-11912. Atgūts no pubs.acs.org.
10. Liao, C.-C. un citi. (2013). Diētas izraisītas hiperlipidēmijas un aptaukošanās novēršana, lietojot kafijas skābi pelēm C57BL / 6, izmantojot aknu lipoģenēzes gēnu ekspresijas regulēšanu. J. Agric. Food Chem., 2013, 61, 46, 11082-11088. Atgūts no pubs.acs.org.