KYSELINA KOFEINOVÁ: STRUKTURA, VLASTNOSTI, BIOSYNTÉZA, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Kyselinu kávovou je organická sloučenina člen katecholy a fenylpropanoidy. Jeho molekulární vzorec je C ₉ H ₈ O ₄. Je odvozen od kyseliny skořicové a nazývá se také kyselina 3,4-dihydroxycinnamová nebo kyselina 3- (3,4-dihydroxyfenyl) akrylová.

Kyselina kofeinová je v rostlinách široce distribuována, protože je meziproduktem v biosyntéze ligninu, který je součástí struktury rostliny. Ale hojně se vyskytuje v nápojích, jako je káva a její semena.

Kyselina kofeinová se nachází v kávě. Autor: Engin Akyurt. Zdroj: Pixabay.

Může chránit pokožku před ultrafialovými paprsky, což má za následek protizánětlivé a protirakovinné účinky. Kofeová kyselina zabraňuje ateroskleróze spojené s obezitou a má se za to, že může snížit hromadění viscerálního tuku.

Existují důkazy, že může chránit neurony a zlepšovat paměťové funkce a že by mohla představovat novou léčbu psychiatrických a neurodegenerativních chorob.

Má výrazné antioxidační vlastnosti, je nejsilnějším antioxidantem mezi kyselinami hydrocinnamovými. Má také potenciální využití v textilním a vinařském průmyslu a mimo jiné jako insekticid.

Struktura

Protože se jedná o fenylpropanoid, má kyselina kávová aromatický kruh se substituentem se třemi atomy uhlíku. V aromatickém kruhu má dvě hydroxylové skupiny - OH a ve třech uhlíkových řetězcích je dvojná vazba a skupina -COOH.

V důsledku dvojné vazby může mít její struktura podobu cis (dihydroxyfenylová skupina a skupina -COOH na stejné straně roviny dvojné vazby) nebo trans (ve zcela opačných polohách).

Struktura molekuly kyseliny kofeinové. Je vidět, že -COOH a dihydroxyfenyl jsou v tomto případě v trans poloze. Pojistka809. Zdroj: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Kofeová kyselina

- 3,4-dihydroxycinnamová kyselina

- kyselina 3- (3,4-dihydroxyfenyl) akrylová

- 3- (3,4-dihydroxyfenyl) -propenová kyselina

Vlastnosti

Fyzický stav

Žlutá až oranžová krystalická pevná látka, která tvoří hranoly nebo listy.

Kyselina pevná káva. Danny S.. Zdroj: Wikimedia Commons.

Molekulární váha

180,16 g / mol.

Bod tání

225 ° C (tání s rozkladem).

Rozpustnost

Slabá rozpustnost ve studené vodě, méně než 1 mg / ml při 22 ° C. Volně rozpustný v horké vodě. Velmi rozpustný v chladném alkoholu. Mírně rozpustný v ethyletheru.

Disociační konstanta

pK _a = 4,62 při 25 ° C

Chemické vlastnosti

Alkalické roztoky kyseliny kávové jsou žluté až oranžové barvy.

Poloha v přírodě

Nachází se v nápojích, jako je káva a zelený mate, v borůvek, lilku, jablek a moštu, semen a hlíz. Nachází se také ve složení všech rostlin, protože je meziproduktem v biosyntéze ligninu, jehož strukturální složkou je.

Je třeba poznamenat, že většina kyseliny kávové v jedlých rostlinách je ve formě jejích esterů kombinovaných s jinými složkami rostliny.

Je přítomna jako kyselina chlorogenová, která se nachází například v kávových zrn, různých druzích ovoce a brambor, a jako kyselina rosmarinová v některých aromatických bylinách.

To je někdy nalezené v konjugovaných molekulách caffeylquinic a dicaphenylquinic kyselinách.

Ve víně je konjugován s kyselinou vinnou; s kyselinou kaftarovou v hroznech a hroznové šťávě; v hlávkovém salátu a endive ve formě kyseliny chicoric, která je dicafeiltartaric a caffeylmalic; ve špenátu a rajčatech konjugovaných s kyselinou p-kumarovou.

V brokolici a kelímkové zelenině je konjugován s kyselinou synapovou. V pšenici a kukuřičných otrubách se vyskytuje ve formě skořápek a ferulatů nebo kyseliny feruloilquinové a také v citronových šťávách.

Biosyntéza

Fenylpropanoidové molekuly, jako je kyselina kofeová, jsou tvořeny biosyntetickou cestou kyseliny shikimové, prostřednictvím fenylalaninu nebo tyrosinu, přičemž kyselina skořicová je důležitým meziproduktem.

Dále se v biosyntéze rostlinného ligninu cestou fenylpropanoidové jednotky převádí kyselina p-kumarová na kyselinu kofeovou.

Užitek pro lidské zdraví

O kyselině kofeinové se uvádí, že má vlastnosti potlačující antioxidaci a oxidaci tuků. Jako antioxidant je jednou z nejsilnějších fenolických kyselin, její aktivita je nejvyšší mezi kyselinami hydrocinnamovými. Části její struktury zodpovědné za tuto aktivitu jsou o-difenol a hydroxycinnamyl.

Odhaduje se, že antioxidační mechanismus prochází tvorbou chinonu ze struktury dihydroxybenzenu, protože oxiduje mnohem snadněji než biologické materiály.

V některých studiích však bylo zjištěno, že struktura podobná chinonu není stabilní a reaguje vazbou s jinými strukturami prostřednictvím vazby podobné peroxylům. Posledně jmenovaný je krok, který skutečně zachycuje volné radikály v antioxidační aktivitě kyseliny kofeové.

Kyselina kofeinová je protizánětlivá. Chrání kožní buňky působením protizánětlivých a protirakovinových účinků při vystavení ultrafialovému záření.

Snižuje methylaci DNA v lidských rakovinových buňkách a brání růstu nádoru.

Má antiaterogenní účinek při ateroskleróze spojené s obezitou. Zabraňuje ateroskleróze tím, že inhibuje oxidaci lipoproteinů o nízké hustotě a produkci reaktivních druhů kyslíku.

Bylo zjištěno, že fenethylester kyseliny kofeové nebo fenethylkafeátu má antivirové, protizánětlivé, antioxidační a imunomodulační vlastnosti. Jeho orální podání zmírňuje aterosklerotický proces.

Fenethyl kofeát. Ed (Edgar181). Zdroj: Wikimedia Commons.

Tento ester dále chrání neurony před nedostatečným přísunem krve, před apoptózou indukovanou nízkým množstvím draslíku v buňce a neuroprotekcí proti Parkinsonově chorobě a jiným neurodegenerativním onemocněním.

Možné použití proti obezitě

Některé studie ukazují, že kyselina kofeová vykazuje významný potenciál jako činidlo proti obezitě potlačením lipogenních enzymů (vytvářejících tuk) a hromadění lipidů v játrech.

Myším s obezitou indukovanou dietou s vysokým obsahem tuku byla podávána kyselina kofeová a v důsledku toho byl snížen přírůstek tělesné hmotnosti vzorků, snížena hmotnost tukové tkáně a hromadění viscerálního tuku.

Obézní laboratorní myši. Pogrebnoj-Alexandroff. Zdroj: Wikimedia Commons.

Kromě toho se snížila koncentrace triglyceridů a cholesterolu v plazmě a játrech. Jinými slovy, kyselina kofeová snížila produkci tuku.

Možné použití proti Alzheimerově chorobě

Alzheimerova choroba byla u některých jedinců spojena mimo jiné s narušeným metabolismem glukózy a inzulínovou rezistencí. Zhoršená signalizace inzulinu v neuronech může být spojena s neurokognitivními poruchami.

V nedávné studii (2019) podávání kyseliny kofeové laboratorním zvířatům s hyperinzulinémií (přebytek inzulínu) zlepšilo určité mechanismy, které chrání neuronální buňky před napadením oxidačním stresem v hippocampu a kůře.

Také snížilo hromadění určitých sloučenin, které způsobují toxicitu v mozkových neuronech.

Vědci naznačují, že kyselina kofeová může zlepšit paměťovou funkci tím, že zvyšuje mozkovou signalizaci v mozku, snižuje produkci toxinů a zachovává synaptickou plasticitu nebo schopnost neuronů vzájemně se spojovat a přenášet informace.

Závěrem lze říci, že kyselina kofeová by mohla zabránit progresi Alzheimerovy choroby u diabetických pacientů.

Potenciální využití při jiných psychiatrických a neurodegenerativních poruchách

Nedávné experimenty (2019) ukazují, že kyselina kofeová má antioxidační a snižující účinek na aktivaci mikroglií v hippocampu myší. Microglia je typ buňky, která funguje tak, že vylučuje prvky, které jsou škodlivé pro neurony fagocytózou.

Oxidační stres a aktivace mikroglie zvýhodňují psychiatrické a neurodegenerativní poruchy. Tyto patologie zahrnují Parkinsonovu chorobu, Alzheimerovu chorobu, schizofrenii, bipolární poruchu a depresi.

Vzhledem ke své schopnosti snižovat výše uvedené účinky by mohla kyselina kofeová představovat novou léčbu těchto onemocnění.

Další možná použití

V textilním průmyslu

Kyselina kofeinová je užitečná při výrobě silnějšího typu vlny.

Pomocí enzymu tyrosinázy bylo možné vložit molekuly kyseliny kofeové do substrátu z vlny. Začlenění této fenolové sloučeniny do vlněné vlákniny zvyšuje antioxidační aktivitu a dosahuje až 75%.

Takto upravené vlněné textilní vlákno má nové vlastnosti a vlastnosti, díky kterým je odolnější. Antioxidační účinek se po mytí vlny nesnižuje.

V potravinářském průmyslu

Kyselina kofeinová přitahuje pozornost na své antioxidační vlastnosti na biologické úrovni, které mají být použity jako antioxidant v potravinách.

V tomto smyslu některé studie ukazují, že kyselina kofeová je schopna oddálit oxidaci lipidů v rybí svalové tkáni a zabránit konzumaci a-tokoferolu v ní obsaženého. Α-tokoferol je druh vitamínu E.

Antioxidační účinek se dosáhne spoluprací kyseliny askorbové, která je přítomna také v tkáni. Tato interakce kyselina kofeová - kyselina askorbová synergicky posiluje odolnost systému vůči oxidačnímu poškození.

Ve vinařském průmyslu

Bylo zjištěno, že přidání kyseliny kofeové do červených hroznů odrůdy Tempranillo nebo jejího vína vede ke zvýšení stálosti barvy vína během skladování.

Výsledky ukazují, že během stárnutí dochází k intramolekulárním kopigmentačním reakcím, které zvyšují stabilitu nových molekul a že to pozitivně ovlivňuje barvu vína.

Jako insekticid

Při pokusech s Helicoverpa armigera, hmyzem lepidopteranem, bylo nedávno zjištěno, že kyselina kofeová má potenciál jako insekticid.

Tento hmyz obývá a živí se mnoha druhy rostlin a plodin.

Helicoverpa armigera, hmyz, který napadá mnoho druhů jedlých rostlin. Dumi. Zdroj: Wikimedia Commons.

Všechny funkční skupiny kyseliny kofeové přispívají k tomu, že je inhibitorem proteázy, enzymu, který se nachází ve střevech těchto hmyzů. Kyselina kávová dále zůstává stabilní v prostředí střeva hmyzu.

Helicoverpa armigera larva. Gyorgy Csoka, Maďarský lesní výzkumný ústav, Bugwood.org. Zdroj: Wikimedia Commons.

Inhibicí proteázy nemůže hmyz provádět procesy potřebné pro svůj růst a vývoj a umírá.

Jeho použití by bylo ekologickým způsobem kontroly tohoto typu škůdců.

Reference

1. Elsevier (Editorial) (2018). Další informace o kyselině kofeinové. Obnoveno z sciposedirect.com
2. Americká národní lékařská knihovna. (2019). Kyselina kofeinová. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Chang, W. et al. (2019). Ochranný účinek kyseliny kofeinové proti patogenezi Alzheimerovy choroby pomocí modulace mozkové inzulínové signalizace, akumulace β-amyloidu a synaptické plasticity u hyperinzulinemických potkanů. J. Agric. Food Chem. 2019, 67, 27, 7684-7693. Obnoveno z pubs.acs.org.
4. Masuda, T. a kol. (2008) Antioxidation Mechanism Studies of Kaffeic Acid: Identifikace Antioxidation Products Methyl Caffeate from Lipid Oxidation. Agric. Food Chem. 2008, 56, 14, 5947-5952. Obnoveno z pubs.acs.org.
5. Joshi, RS a kol. (2014). Cesta k „dietním pesticidům“: Molekulární vyšetřování insekticidního působení kyseliny kofeinové proti Helicoverpa armigera. J. Agric. Food Chem. 2014, 62, 45, 10847-10854. Obnoveno z pubs.acs.org.
6. Koga, M. a kol. (2019). Kyselina kofeová snižuje oxidační stres a aktivaci mikroglie v hippocampu myši. Tissue and Cell 60 (2019) 14-20. Obnoveno z ncbi.nlm.nih.gov.
7. Iglesias, J. a kol. (2009). Kyselina kofeinová jako antioxidant v rybím svalu: Mechanismus synergie s endogenní kyselinou askorbovou a α-tokoferolem. Agric. Food Chem. 2009, 57, 2, 675-681. Obnoveno z pubs.acs.org.
8. Lee, E.-S. et al. (2012). Kyselina kofeinová narušuje adhezi monocytů na kultuře endoteliálních buněk stimulovaných adipokinovým rezistinem. J. Agric. Food Chem. 2012, 60, 10, 2730-2739. Obnoveno z pubs.acs.org.
9. Aleixandre-Tudo, JL et al. (2013). Vliv přidání kyseliny kofeové na fenolické složení tempranillo vín z různých vinařských technik. J. Agric. Food Chem. 2013, 61, 49, 11900-11912. Obnoveno z pubs.acs.org.
10. Liao, C.-C. et al. (2013). Prevence hyperlipidémie a obezity vyvolané dietou kyselinou kofeinovou u myší C57BL / 6 regulací exprese genu pro hepatickou lipogenezi. J. Agric. Food Chem. 2013, 61, 46, 11082-11088. Obnoveno z pubs.acs.org.