Struktura kwasu kawowego, właściwości, biosynteza, zastosowania

4052
Abraham McLaughlin
Struktura kwasu kawowego, właściwości, biosynteza, zastosowania

Plik kwas kawowy Jest to związek organiczny należący do katecholi i fenylopropanoidów. Jego wzór cząsteczkowy to C.9H.8LUB4. Pochodzi z kwasu cynamonowego i jest również nazywany kwasem 3,4-dihydroksycynamonowym lub kwasem 3- (3,4-dihydroksyfenylo) -akrylowym..

Kwas kawowy jest szeroko rozpowszechniony w roślinach, ponieważ jest półproduktem w biosyntezie ligniny, która jest składnikiem struktury rośliny. Ale występuje obficie w napojach, takich jak kawa i jej nasiona..

Kwas kawowy znajduje się w kawie. Autor: Engin Akyurt. Źródło: Pixabay.

Może chronić skórę przed promieniami ultrafioletowymi, działając przeciwzapalnie i przeciwnowotworowo. Kwas kawowy zapobiega miażdżycy tętnic związanej z otyłością i szacuje się, że może zmniejszać gromadzenie się tłuszczu trzewnego.

Istnieją dowody na to, że może chronić neurony i poprawiać funkcję pamięci oraz że może stanowić nowe leczenie chorób psychiatrycznych i neurodegeneracyjnych.

Posiada wyraźne właściwości przeciwutleniające, będąc najsilniejszym antyoksydantem wśród kwasów hydrocynamonowych. Ma również potencjalne zastosowania w przemyśle tekstylnym i winiarskim oraz między innymi jako środek owadobójczy..

Indeks artykułów

  • 1 Struktura
  • 2 Nazewnictwo
  • 3 Właściwości
    • 3.1 Stan fizyczny
    • 3.2 Masa cząsteczkowa
    • 3.3 Temperatura topnienia
    • 3.4 Rozpuszczalność
    • 3.5 Stała dysocjacji
    • 3.6 Właściwości chemiczne
  • 4 Lokalizacja w przyrodzie
  • 5 Biosynteza
  • 6 Przydatność dla zdrowia ludzkiego
    • 6.1 Potencjalne zastosowanie przeciw otyłości
    • 6.2 Potencjalne zastosowanie przeciwko chorobie Alzheimera
    • 6.3 Potencjalne zastosowanie w innych zaburzeniach psychiatrycznych i neurodegeneracyjnych
  • 7 Inne możliwe zastosowania
    • 7.1 W przemyśle tekstylnym
    • 7.2 W przemyśle spożywczym
    • 7.3 W przemyśle winiarskim
    • 7.4 Jako środek owadobójczy
  • 8 Odniesienia

Struktura

Ponieważ jest to fenylopropanoid, kwas kawowy ma pierścień aromatyczny z podstawnikiem trójwęglowym. W pierścieniu aromatycznym ma dwie grupy hydroksylowe -OH, aw łańcuchu trzech atomów węgla znajduje się wiązanie podwójne i grupa -COOH.

Ze względu na podwójne wiązanie jego struktura może przybrać formę cis (grupa dihydroksyfenylowa i -COOH po tej samej stronie płaszczyzny podwójnego wiązania) lub przeł (w całkowicie przeciwnych pozycjach).

Struktura cząsteczki kwasu kawowego. Można zauważyć, że -COOH i dihydroksyfenyl w tym przypadku znajdują się w pozycji trans. Fuse809 [domena publiczna]. Źródło: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Kwas kawowy

- Kwas 3,4-dihydroksycynamonowy

- Kwas 3- (3,4-dihydroksyfenylo) -akrylowy

- Kwas 3- (3,4-dihydroksyfenylo) -propenowy

Nieruchomości

Stan fizyczny

Żółte do pomarańczowych krystaliczne ciało stałe, które tworzy pryzmaty lub arkusze.

Stały kwas kawowy. Danny S. [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]. Źródło: Wikimedia Commons.

Waga molekularna

180,16 g / mol.

Temperatura topnienia

225 ºC (topi się z rozkładem).

Rozpuszczalność

Słabo rozpuszczalny w zimnej wodzie, poniżej 1 mg / ml w 22ºC. Dobrze rozpuszczalny w gorącej wodzie. Bardzo dobrze rozpuszczalny w zimnym alkoholu. Słabo rozpuszczalny w eterze etylowym.

Stała dysocjacji

pKdo = 4,62 przy 25 ° C.

Właściwości chemiczne

Alkaliczne roztwory kwasu kawowego mają kolor od żółtego do pomarańczowego.

Lokalizacja w przyrodzie

Występuje w napojach, takich jak kawa i zielona mate, w jagodach, bakłażanach, jabłkach i cydrach, nasionach i bulwach. Występuje również w składzie wszystkich roślin, ponieważ jest półproduktem w biosyntezie ligniny, składnikiem strukturalnym tych.

Należy zauważyć, że większość kwasu kawowego w roślinach jadalnych występuje w postaci jego estrów połączonych z innymi składnikami rośliny.

Występuje jako kwas chlorogenowy, który występuje na przykład w ziarnach kawy, różnych owocach i ziemniakach oraz jako kwas rozmarynowy w niektórych aromatycznych ziołach.

Czasami występuje w sprzężonych cząsteczkach kwasów kawilochinowego i dikafenylochinowego.

W winie jest sprzężony z kwasem winowym; z kwasem kaftarowym w winogronach i soku winogronowym; w sałacie i cykorii w postaci kwasu cykorowego, czyli kwasu dikafeilwinowego i kawowego; w szpinaku i pomidorach sprzężonych z kwasem p-kumarowym.

W brokułach i warzywach krzyżowych jest sprzężony z kwasem synapowym. W otrębach pszennych i kukurydzianych występuje w postaci cynamatów i ferulatów lub kwasu feruloilochinowego, a także w sokach cytrynowych.

Biosynteza

Cząsteczki fenylopropanoidów, takie jak kwas kawowy, powstają na drodze biosyntezy kwasu szikimowego, poprzez fenyloalaninę lub tyrozynę, z kwasem cynamonowym jako ważnym związkiem pośrednim..

Ponadto w biosyntezie ligniny roślinnej na drodze jednostki fenylopropanoidowej kwas p-kumarowy przekształca się w kwas kawowy..

Użyteczność dla zdrowia ludzkiego

Podano, że kwas kawowy ma właściwości przeciwutleniające i hamujące utlenianie tłuszczu. Jako przeciwutleniacz należy do najsilniejszych kwasów fenolowych, a jego aktywność jest najwyższa spośród kwasów hydrocynamonowych. Części jego struktury odpowiedzialne za to działanie to lub-difenol i hydroksycynoamyl.

Szacuje się, że mechanizm antyoksydacyjny polega na tworzeniu chinonu ze struktury dihydroksybenzenu, ponieważ utlenia się znacznie łatwiej niż materiały biologiczne.

Jednak w niektórych badaniach stwierdzono, że struktura podobna do chinonu nie jest stabilna i reaguje poprzez sprzęganie z innymi strukturami poprzez wiązanie podobne do nadtlenków. Ten ostatni jest krokiem, który naprawdę usuwa wolne rodniki w przeciwutleniającej aktywności kwasu kawowego..

Kwas kawowy działa przeciwzapalnie. Chroni komórki skóry, działając przeciwzapalnie i przeciwnowotworowo pod wpływem promieniowania ultrafioletowego.

Zmniejsza metylację DNA w ludzkich komórkach rakowych, zapobiegając wzrostowi guza.

Ma działanie przeciwmiażdżycowe w miażdżycy tętnic związanej z otyłością. Zapobiega miażdżycy poprzez hamowanie utleniania lipoprotein o małej gęstości i produkcji reaktywnych form tlenu.

Stwierdzono, że ester fenetylowy kwasu kawowego lub kofeian fenetylu ma właściwości przeciwwirusowe, przeciwzapalne, przeciwutleniające i immunomodulujące. Podawanie doustne osłabia proces miażdżycowy.

Kawian fenetylu. Ed (Edgar181) [domena publiczna]. Źródło: Wikimedia Commons.

Ponadto ester ten działa ochronnie neuronów przed niedostatecznym ukrwieniem, przed apoptozą wywołaną małą ilością potasu w komórce oraz neuroprotekcję przed chorobą Parkinsona i innymi chorobami neurodegeneracyjnymi..

Potencjalne zastosowanie przeciwko otyłości

Niektóre badania wskazują, że kwas kawowy wykazuje znaczący potencjał jako środek przeciw otyłości poprzez hamowanie enzymów lipogennych (wytwarzających tłuszcz) i gromadzenie lipidów w wątrobie..

Podano kwas kawowy myszom z otyłością wywołaną dietą wysokotłuszczową, w wyniku czego zmniejszył się przyrost masy ciała, zmniejszyła się masa tkanki tłuszczowej i nagromadzenie tłuszczu trzewnego..

Otyłe myszy laboratoryjne. Pogrebnoj-Alexandroff [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)]. Źródło: Wikimedia Commons.

Ponadto zmniejszyło się stężenie trójglicerydów i cholesterolu w osoczu i wątrobie. Innymi słowy, kwas kawowy zmniejszył produkcję tłuszczu..

Potencjalne zastosowanie przeciwko chorobie Alzheimera

Choroba Alzheimera u niektórych osób wiąże się między innymi z zaburzeniami metabolizmu glukozy i insulinoopornością. Upośledzona sygnalizacja insuliny w neuronach może być związana z zaburzeniami neurokognitywnymi.

W niedawnym badaniu (2019) podawanie kwasu kawowego zwierzętom laboratoryjnym z hiperinsulinemią (nadmiarem insuliny) poprawiło pewne mechanizmy chroniące komórki neuronalne przed atakiem stresu oksydacyjnego w hipokampie i korze mózgowej..

Zmniejszyło również akumulację niektórych związków, które powodują toksyczność w neuronach mózgu..

Naukowcy sugerują, że kwas kawowy może poprawić funkcję pamięci poprzez wzmocnienie sygnalizacji insuliny w mózgu, zmniejszenie produkcji toksyn i zachowanie plastyczności synaps lub zdolności neuronów do łączenia się ze sobą w celu przekazywania informacji..

Podsumowując, kwas kawowy może zapobiegać postępowi choroby Alzheimera u pacjentów z cukrzycą..

Potencjalne zastosowanie w innych zaburzeniach psychiatrycznych i neurodegeneracyjnych

Ostatnie eksperymenty (2019) pokazują, że kwas kawowy ma działanie przeciwutleniające i zmniejszające aktywację mikrogleju w hipokampie myszy. Mikroglej to rodzaj komórki, która działa poprzez eliminację elementów szkodliwych dla neuronów poprzez fagocytozę..

Stres oksydacyjny i aktywacja mikrogleju sprzyjają zaburzeniom psychiatrycznym i neurodegeneracyjnym. Te patologie obejmują chorobę Parkinsona, chorobę Alzheimera, schizofrenię, chorobę afektywną dwubiegunową i depresję..

Biorąc pod uwagę jego zdolność do zmniejszania wyżej wymienionych skutków, kwas kawowy może stanowić nową metodę leczenia tych chorób.

Inne możliwe zastosowania

W przemyśle tekstylnym

Kwas kawowy jest przydatny do produkcji mocniejszego rodzaju wełny.

Używając enzymu tyrozynazy, możliwe było wprowadzenie cząsteczek kwasu kawowego do substratu białkowego wełny. Włączenie tego związku fenolowego do włókna wełny zwiększa aktywność przeciwutleniającą, dochodząc nawet do 75%.

Zmodyfikowane w ten sposób wełniane włókna tekstylne mają nowe właściwości i właściwości, które czynią je bardziej odpornymi. Efekt antyoksydacyjny nie słabnie po praniu wełny.

W przemyśle spożywczym

Kwas kawowy przyciąga uwagę swoimi właściwościami przeciwutleniającymi na poziomie biologicznym, dzięki czemu może być stosowany jako przeciwutleniacz w żywności.

W tym sensie niektóre badania pokazują, że kwas kawowy może opóźniać utlenianie lipidów w tkance mięśniowej ryb i zapobiegać spożyciu zawartego w niej α-tokoferolu. Α-Tokoferol to rodzaj witaminy E..

Działanie przeciwutleniające uzyskuje się dzięki współpracy kwasu askorbinowego, również obecnego w tkance. Ta interakcja kwasu kawowego - askorbinowego synergistycznie wzmacnia odporność systemu na uszkodzenia oksydacyjne..

W przemyśle winiarskim

Stwierdzono, że dodatek kwasu kawowego do czerwonych winogron odmiany Tempranillo lub ich wina prowadzi do zwiększenia trwałości koloru wina podczas przechowywania..

Wyniki wskazują, że w okresie dojrzewania zachodzą wewnątrzcząsteczkowe reakcje kopigmentacji, które zwiększają stabilność nowych cząsteczek, co pozytywnie wpływa na kolor wina..

Jako środek owadobójczy

W doświadczeniach z Helicoverpa armigera, Niedawno stwierdzono, że kwas kawowy, owad z rzędu Lepidoptera, ma potencjał jako środek owadobójczy.

Owad ten zasiedla i żywi się wieloma rodzajami roślin i upraw.

Helicoverpa armigera, owad atakujący wiele rodzajów roślin jadalnych. Dumi [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]. Źródło: Wikimedia Commons.

Wszystkie funkcjonalne grupy kwasu kawowego przyczyniają się do tego, że jest on inhibitorem proteazy, enzymu występującego w jelitach tych owadów. Ponadto kwas kawowy pozostaje stabilny w środowisku jelita owada..

Larwa Helicoverpa armigera. Gyorgy Csoka, Węgry Forest Research Institute, Bugwood.org [CC BY 3.0 us (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/deed.en)]. Źródło: Wikimedia Commons.

Hamując proteazę, owad nie może przeprowadzić procesów niezbędnych do jego wzrostu i rozwoju i umiera.

Jego użycie byłoby ekologicznym sposobem zwalczania tego typu szkodników.

Bibliografia

  1. Elsevier (od redakcji) (2018). Dowiedz się więcej o kwasie kawowym. Odzyskany z sciencedirect.com
  2. NAS. National Library of Medicine. (2019). Kwas kawowy. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  3. Chang, W. i in. (2019). Ochronny wpływ kwasu kawowego na patogenezę choroby Alzheimera poprzez modulowanie sygnału insuliny mózgowej, akumulację β-amyloidu i plastyczność synaptyczną u szczurów z hiperinsulinemią. J. Agric. Food Chem.2019, 67, 27, 7684-7693. Odzyskany z pubs.acs.org.
  4. Masuda, T. i in. (2008) Badania mechanizmu przeciwutleniania kwasu kawowego: Identyfikacja produktów przeciwutleniających kofeatu metylu z utleniania lipidów. Agric. Food Chem. 2008, 56, 14, 5947-5952. Odzyskany z pubs.acs.org.
  5. Joshi, R.S. et al. (2014). Droga do „dietetycznych pestycydów”: badanie molekularne owadobójczego działania kwasu kawowego przeciwko Helicoverpa armigera. J. Agric. Food Chem.2014, 62, 45, 10847-10854. Odzyskany z pubs.acs.org.
  6. Koga, M. i in. (2019). Kwas kawowy zmniejsza stres oksydacyjny i aktywację mikrogleju w hipokampie myszy. Tissue and Cell 60 (2019) 14-20. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
  7. Iglesias, J. i in. (2009). Kwas kawowy jako przeciwutleniacz w mięśniu ryb: mechanizm synergizmu z endogennym kwasem askorbinowym i α-tokoferolem. Agric. Food Chem.2009, 57, 2, 675–681. Odzyskany z pubs.acs.org.
  8. Lee, E.-S. et al. (2012). Kwas kawowy zaburza adhezję monocytów do kultur komórek śródbłonka stymulowanych przez rezystynę adipokinową. J. Agric. Food Chem.2012, 60, 10, 2730-2739. Odzyskany z pubs.acs.org.
  9. Aleixandre-Tudo, J.L. et al. (2013). Wpływ dodatku kwasu kawowego na skład fenolowy win tempranillo z różnych technik winiarskich. J. Agric. Food Chem. 2013, 61, 49, 11900-11912. Odzyskany z pubs.acs.org.
  10. Liao, C.-C. et al. (2013). Zapobieganie hiperlipidemii i otyłości wywołanej dietą przez kwas kawowy u myszy C57BL / 6 poprzez regulację ekspresji genów lipogenezy w wątrobie. J. Agric. Food Chem. 2013, 61, 46, 11082-11088. Odzyskany z pubs.acs.org.

Jeszcze bez komentarzy