KOFEINSKA KISLINA: ZGRADBA, LASTNOSTI, BIOSINTEZA, UPORABE - KEMIJA - 2026

Kavne kisline je organska spojina član Kateholi in phenylpropanoids. Njegova molekulska formula je C ₉ H ₈ O ₄ . Izhaja iz cimetove kisline in se imenuje tudi 3,4-dihidroksicinaminska kislina ali 3- (3,4-dihidroksifenil) -akrilna kislina.

Kofeinska kislina je v rastlinah široko razširjena, saj je vmesni del biosinteze lignina, ki je sestavni del strukture rastline. Vendar ga obilno najdemo v pijačah, kot so kava in njena semena.

Kofeinska kislina se nahaja v kavi. Avtor: Engin Akyurt Vir: Pixabay.

Kožo lahko zaščiti pred ultravijoličnimi žarki, kar ima protivnetno in proti raku. Kofeinska kislina preprečuje aterosklerozo, povezano z debelostjo, in verjame, da lahko zmanjša kopičenje visceralne maščobe.

Obstajajo dokazi, da lahko ščiti nevrone in izboljša delovanje spomina ter da bi lahko predstavljal novo zdravljenje psihiatričnih in nevrodegenerativnih bolezni.

Ima izrazite antioksidativne lastnosti, saj je najmočnejši antioksidant med hidrocinamskimi kislinami. Ima tudi potencialno uporabo v tekstilni in vinski industriji in kot insekticid, med drugimi aplikacijami.

Struktura

Ker gre za fenilpropanoid, ima kofeinska kislina aromatičen obroč s tri-ogljikovim substituentom. V aromatičnem obroču ima dve hidroksilni skupini -OH, v treh ogljikovih verigah pa dvojno vez in skupino -COOH.

Zaradi dvojne vezi lahko njegova struktura prevzame cis obliko (dihidroksifenil skupina in -COOH na isti strani ravnine dvojne vezi) ali trans (v popolnoma nasprotnih položajih).

Struktura molekul kofeinske kisline. Vidimo, da sta v tem primeru -COOH in dihidroksifenil v trans položaju. Varovalka809 Vir: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Kofeinska kislina

- 3,4-dihidroksicinaminska kislina

- 3- (3,4-dihidroksifenil) -akrilna kislina

- 3- (3,4-dihidroksifenil) -propenojska kislina

Lastnosti

Fizično stanje

Rumena do oranžna kristalna trdna snov, ki tvori prizme ali rjuhe.

Trdna kofeinska kislina. Danny S. Vir: Wikimedia Commons.

Molekularna teža

180,16 g / mol.

Tališče

225 ° C (topi se z razpadom).

Topnost

Slabo topen v hladni vodi, manj kot 1 mg / ml pri 22 ° C. Dobro topen v vroči vodi. Zelo topen v hladnem alkoholu. Rahlo topen v etil etru.

Konstanta disociacije

pK _a = 4,62 pri 25 ° C.

Kemijske lastnosti

Alkalne raztopine kofeinske kisline so rumene do oranžne barve.

Lokacija v naravi

Najdemo ga v pijačah, kot so kava in zeleni mate, v borovnicah, jajčevcih, jabolkah in ciderju, semenih in gomoljih. Najdemo ga tudi v sestavi vseh rastlin, ker je vmesni del biosinteze lignina, ki je njegova strukturna sestavina.

Treba je opozoriti, da je večina kofeinske kisline v užitnih rastlinah v obliki njenih estrov v kombinaciji z drugimi sestavinami rastline.

Prisotna je kot klorogena kislina, ki jo najdemo na primer v kavnih zrnih, različnem sadju in krompirju ter kot rosmarinska kislina v nekaterih aromatičnih zeliščih.

Včasih ga najdemo v konjugiranih molekulah kofeilkininske in dikafenilkininske kisline.

V vinu je konjugiran s vinsko kislino; s kaftarno kislino v grozdju in grozdnem soku; v solati in endivi v obliki cikorične kisline, ki je dicafeiltartarna in kofeilmalna kislina; v špinači in paradižniku, konjugirani s p-kumarno kislino.

V brokoliju in križnici je konjugiran s sinapično kislino. V pšeničnih in koruznih otrobih ga najdemo v obliki kinematov in ferulatov ali feruloilkininske kisline in tudi v citronskih sokovih.

Biosinteza

Fenilpropanoidne molekule, kot je kofeinska kislina, nastajajo z biosintetično potjo shikiminske kisline, preko fenilalanina ali tirozina, s cimetovo kislino kot pomembnim vmesnim sredstvom.

Nadalje se v biosintezi rastlinskega lignina po enoti fenilpropanoidne enote pretvori p-kumarna kislina v kofeinsko kislino.

Uporabnost za zdravje ljudi

Poroča se, da ima kofeinska kislina lastnosti zaviranja antioksidantov in maščob. Kot antioksidant je ena najmočnejših fenolnih kislin, njena aktivnost pa je največja med hidrocinamskimi kislinami. Deli njegove strukture, odgovorni za to dejavnost, so o-difenol in hidroksicinnamil.

Ocenjujejo, da antioksidativni mehanizem prehaja skozi tvorbo kinona iz strukture dihidroksibenzena, ker oksidira veliko lažje kot biološki materiali.

Vendar pa so v nekaterih študijah ugotovili, da struktura, podobna kinonu, ni stabilna in reagira s povezovanjem z drugimi strukturami skozi peroksilno vez. Slednje je korak, ki resnično odpravlja proste radikale v antioksidativni aktivnosti kofeinske kisline.

Kofeinska kislina deluje protivnetno. Ščiti kožne celice z učinkom protivnetnega in antikancerskega učinka, ko je izpostavljen ultravijoličnemu sevanju.

Zmanjša metilacijo DNK v človeških rakavih celicah in preprečuje rast tumorja.

Ima antiaterogeno delovanje pri aterosklerozi, povezani z debelostjo. Preprečuje aterosklerozo z zaviranjem oksidacije lipoproteinov nizke gostote in proizvodnjo reaktivnih kisikovih vrst.

Ugotovljeno je bilo, da ima fenetil ester kofeinske kisline ali fenetil kafeat protivirusne, protivnetne, antioksidativne in imunomodulacijske lastnosti. Njegovo peroralno dajanje zmanjšuje aterosklerotični proces.

Fenetilni kofeat. Ed (Edgar181). Vir: Wikimedia Commons.

Poleg tega ta ester zaščiti nevrone pred neustrezno preskrbo s krvjo, pred apoptozo, ki jo povzroči majhna količina kalija v celici, in nevroprotekcijo pred Parkinsonovo boleznijo in drugimi nevrodegenerativnimi boleznimi.

Potencialna uporaba proti debelosti

Nekatere študije kažejo, da ima kofeinska kislina pomemben potencial kot sredstvo proti debelosti, tako da zavira lipogene (tvorijo maščobe) encime in jetrno kopičenje lipidov.

Mišam z debelostjo, ki jo je povzročila dieta z veliko maščobami, smo dali kofeinsko kislino in posledično se je zmanjšalo povečanje telesne teže vzorcev, zmanjšala se je masa maščobnega tkiva in kopičenje visceralne maščobe.

Debele laboratorijske miši. Pogrebnoj-Alexandroff. Vir: Wikimedia Commons.

Poleg tega se je v plazmi in jetrih zmanjšala koncentracija trigliceridov in holesterola. Z drugimi besedami, kofeinska kislina je zmanjšala proizvodnjo maščob.

Potencialna uporaba proti Alzheimerjevi bolezni

Alzheimerjeva bolezen je pri nekaterih posameznikih med drugim povezana z moteno presnovo glukoze in inzulinsko odpornostjo. Moteno inzulinsko signaliziranje v nevronih je lahko povezano z nevrokognitivnimi motnjami.

V nedavni študiji (2019) je uporaba kofeinske kisline laboratorijskim živalim s hiperinzulinemijo (presežek inzulina) izboljšala določene mehanizme, ki ščitijo nevronske celice pred napadom oksidativnega stresa v hipokampusu in skorji.

Zmanjšalo se je tudi kopičenje nekaterih spojin, ki povzročajo toksičnost v možganskih nevronih.

Raziskovalci domnevajo, da lahko kofeinska kislina izboljša spominsko funkcijo z izboljšanjem inzulinske signalizacije v možganih, zmanjšanjem proizvodnje toksinov in ohranjanjem sinaptične plastičnosti ali zmožnostjo nevronov, da se med seboj povežejo za prenos informacij.

Na koncu lahko kofeinska kislina prepreči napredovanje Alzheimerjeve bolezni pri bolnikih s sladkorno boleznijo.

Potencialna uporaba pri drugih psihiatričnih in nevrodegenerativnih motnjah

Nedavni poskusi (2019) kažejo, da ima kofeinska kislina antioksidant in zmanjšuje učinek na aktivacijo mikroglije v hipokampusu miši. Microglia je vrsta celice, ki deluje tako, da z fagocitozo izloči elemente, ki so škodljivi za nevrone.

Oksidativni stres in aktiviranje mikroglije ugodno vpliva na psihiatrične in nevrodegenerativne motnje. Te patologije vključujejo Parkinsonovo bolezen, Alzheimerjevo bolezen, shizofrenijo, bipolarno motnjo in depresijo.

Kofeinska kislina bi zaradi svoje sposobnosti zmanjšanja omenjenih učinkov lahko predstavljala novo zdravljenje teh bolezni.

Druge možne uporabe

V tekstilni industriji

Kofeinska kislina je koristna pri izdelavi močnejše vrste volne.

Z encimom tirozinazo je bilo mogoče vstaviti molekule kofeinske kisline v volneni proteinski substrat. Vključitev te fenolne spojine v volnena vlakna poveča antioksidativno delovanje in doseže do 75%.

Tako spremenjeno tekstilno vlakno iz volne ima nove lastnosti in lastnosti, zaradi katerih je bolj odporno. Po pranju volne antioksidativni učinek ne popusti.

V prehrambeni industriji

Kofeinska kislina je na biološki ravni pritegnila pozornost zaradi svojih antioksidativnih lastnosti, ki se uporabljajo kot antioksidant v hrani.

V tem smislu nekatere raziskave kažejo, da je kofeinska kislina sposobna odložiti oksidacijo lipidov v ribjem mišičnem tkivu in se izogniti uživanju α-tokoferola, ki je v njem. Α-Tokoferol je vrsta vitamina E.

Antioksidativno delovanje dosežemo s sodelovanjem askorbinske kisline, ki je prisotna tudi v tkivu. Ta interakcija med kofeinsko kislino in askorbinsko kislino sinergično krepi odpornost sistema na oksidativne poškodbe.

V vinski industriji

Ugotovljeno je bilo, da dodajanje kofeinske kisline rdečemu grozdju sorte Tempranillo ali njenemu vinu povzroči povečanje stabilnosti vinske barve med skladiščenjem.

Rezultati kažejo, da se med staranjem pojavijo intramolekularne kopigmentacijske reakcije, ki povečajo stabilnost novih molekul in da to pozitivno vpliva na barvo vina.

Kot insekticid

V poskusih z Helicoverpa armigera, lepidopteransko žuželko, so pred kratkim ugotovili, da ima kofeinska kislina potencial insekticida.

Ta žuželka naseljuje in se prehranjuje z veliko vrstami rastlin in poljščin.

Helicoverpa armigera, žuželka, ki napada številne vrste užitnih rastlin. Dumi. Vir: Wikimedia Commons.

Vse funkcionalne skupine kofeinske kisline prispevajo k temu, da je zaviralec proteaze, encima, ki ga najdemo v črevesju teh žuželk. Poleg tega kofeinska kislina ostane stabilna v okolju črevesja žuželke.

Ličinka Helicoverpa armigera. Gyorgy Csoka, Madžarski inštitut za gozdne raziskave, Bugwood.org. Vir: Wikimedia Commons.

Z zaviranjem proteaze žuželka ne more izvesti procesov, potrebnih za njeno rast in razvoj, in umre.

Njegova uporaba bi bila ekološki način zatiranja tovrstnih škodljivcev.

Reference

1. Elsevier (uredništvo) (2018). Preberite več o kofeinski kislini. Pridobljeno od sciencedirect.com
2. Ameriška nacionalna medicinska knjižnica. (2019). Kofeinska kislina. Pridobljeno: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Chang, W. et al. (2019). Zaščitni učinek kofeinske kisline proti patogenezi Alzheimerjeve bolezni s pomočjo modulacije možganske inzulinske signalizacije, kopičenja β-amiloidov in sinaptične plastičnosti pri hiperinzulinemskih podganah. J. Agric. Food Chem. 2019, 67, 27, 7684-7693. Pridobljeno iz pubs.acs.org.
4. Masuda, T. et al. (2008) Študije antioksidacijskega delovanja kofeinske kisline: prepoznavanje antioksidacijskih produktov metil kafeata iz oksidacije lipidov. Agric. Food Chem. 2008, 56, 14, 5947-5952. Pridobljeno iz pubs.acs.org.
5. Joshi, RS et al. (2014). Pot do prehranskih pesticidov: Molekularno raziskovanje insekticidnega delovanja kofeinske kisline proti Helicoverpa armigera. J. Agric. Food Chem. 2014, 62, 45, 10847-10854. Pridobljeno iz pubs.acs.org.
6. Koga, M. et al. (2019). Kofeinska kislina zmanjšuje oksidativni stres in aktivacijo mikroglije v mišjem hipokampusu. Tkivo in celica 60 (2019) 14-20. Pridobljeno iz ncbi.nlm.nih.gov.
7. Iglesias, J. et al. (2009). Kofeinska kislina kot antioksidant v ribjih mišicah: mehanizem sinergizma z endogeno askorbinsko kislino in α-tokoferolom. Agric. Food Chem. 2009, 57, 2, 675-681. Pridobljeno iz pubs.acs.org.
8. Lee, E.-S. et al. (2012). Kofeinska kislina moti adhezijo monocitov na kulture endotelijskih celic, ki jih stimulira Adipokine Resistin. J. Agric. Food Chem. 2012, 60, 10, 2730–2739. Pridobljeno iz pubs.acs.org.
9. Aleixandre-Tudo, JL in sod. (2013). Vpliv dodatka kofeinske kisline na fenolno sestavo tempranillo vin iz različnih vinarskih tehnik. J. Agric. Food Chem. 2013, 61, 49, 11900-11912. Pridobljeno iz pubs.acs.org.
10. Liao, C.-C. et al. (2013). Preprečevanje hiperlipidemije in debelosti, ki jih povzroča prehrana, s kofeinsko kislino na miših C57BL / 6 z regulacijo izražanja gena v jetrni lipogenezi. J. Agric. Food Chem. 2013, 61, 46, 11082-11088. Pridobljeno iz pubs.acs.org.