KOFEIINIHAPPO: RAKENNE, OMINAISUUDET, BIOSYNTEESI, KÄYTTÖ - KEMIA - 2026

Kofeiinihapon on orgaaninen yhdiste jäsen katekolit ja fenyy-. Sen molekyylikaava on C ₉ H ₈ O ₄. Se on johdettu kanelihaposta ja sitä kutsutaan myös 3,4-dihydroksikanelihapoksi tai 3- (3,4-dihydroksifenyyli) akryylihapoksi.

Kofeiinihappo leviää kasveissa laajasti, koska se on välituote ligniinin biosynteesissä, joka on osa kasvien rakennetta. Mutta sitä löytyy runsaasti juomista, kuten kahvista ja sen siemenistä.

Kofeiinihappoa löytyy kahvista. Kirjoittaja: Engin Akyurt. Lähde: Pixabay.

Se voi suojata ihoa ultraviolettisäteiltä, ​​mistä seuraa tulehdusta ja syöpää ehkäisevä vaikutus. Kofeiinihappo estää liikalihavuuteen liittyvän ateroskleroosin, ja uskotaan, että se vähentää viskeraalisen rasvan kertymistä.

On näyttöä siitä, että se voi suojata hermosoluja ja parantaa muistin toimintaa ja että se voisi olla uusi hoitomuoto psykiatrisiin ja neurodegeneratiivisiin sairauksiin.

Sillä on huomattavat antioksidanttiominaisuudet, ja se on voimakkain antioksidantti hydrokanelihappojen joukossa. Sillä on potentiaalisia käyttökohteita myös tekstiili- ja viiniteollisuudessa sekä hyönteismyrkkynä.

Rakenne

Koska se on fenyylipropanoidi, kofeiinihapolla on aromaattinen rengas, jossa on kolmehiilinen substituentti. Aromaattisessa renkaassa siinä on kaksi hydroksyyliryhmää -OH ja kolmessa hiiliketjussa on kaksoissidos ja -COOH-ryhmä.

Kaksoissidoksen takia sen rakenne voi olla cis-muodossa (dihydroksifenyyliryhmä ja -COOH kaksoissidoksen tason samalla puolella) tai trans (täysin vastakkaisissa asemissa).

Kofeiinihappomolekyylin rakenne. Voidaan nähdä, että -COOH ja dihydroksifenyyli ovat tässä tapauksessa trans-asemassa. Fuse809. Lähde: Wikimedia Commons.

nimistö

- Kofeiinihappo

- 3,4-dihydroksikanelihappo

- 3- (3,4-dihydroksifenyyli) akryylihappo

- 3- (3,4-dihydroksifenyyli) propeenihappo

ominaisuudet

Fyysinen tila

Keltainen tai oranssi kiteinen kiinteä aine, joka muodostaa prismat tai arkit.

Kiinteä kofeiinihappo. Danny S. Lähde: Wikimedia Commons.

Molekyylipaino

180,16 g / mol.

Sulamispiste

225 ºC (sulaa hajoamalla).

Liukoisuus

Liukenee heikosti kylmään veteen, vähemmän kuin 1 mg / ml 22 ºC: ssa. Liukenee hyvin kuumassa vedessä. Liukenee hyvin kylmään alkoholiin. Liukenee heikosti etyylieetteriin.

Dissosiaatiovakio

pKa = 4,62 25 ° C: ssa

Kemiallisia ominaisuuksia

Kofeiinihapon emäksiset liuokset ovat väriltään keltaisesta oranssiin.

Sijainti luonnossa

Sitä löytyy juomista, kuten kahvista ja vihreästä matesta, mustikoista, munakoisoista, omenoista ja siidereistä, siemenistä ja mukuloista. Sitä esiintyy myös kaikkien kasvien koostumuksissa, koska se on välituote ligniinin biosynteesissä, joka on näiden rakenteellinen komponentti.

On huomattava, että suurin osa syötävissä kasveissa olevasta kofeiinihaposta on estereidensä muodossa yhdistettynä kasvin muihin aineosiin.

Sitä on läsnä klorogeenihappona, jota esiintyy esimerkiksi kahvipavuissa, erilaisissa hedelmissä ja perunoissa, sekä rosmariinihappona tietyissä aromaattisissa yrtteissä.

Sitä esiintyy joskus kofeiinikiniini- ja dikafenyylikiniinihappojen konjugoiduissa molekyyleissä.

Viinissä se on konjugoitu viinihapon kanssa; rypäleissä ja rypälemehussa olevan kaptaarihapon kanssa; salaattina ja endiivisena sikorihapon muodossa, joka on dicafeilviinihappo ja kofeyylihappo; pinaatissa ja t-tomaarihappoon konjugoiduissa tomaateissa.

Parsakaali- ja ristikukkavihanneksissa se on konjugoitu synapiinihapon kanssa. Vehnä- ja maissileseissä sitä esiintyy sinamaattien ja ferulaattien tai feruloikkiinihapon muodossa ja myös sitruunamehuissa.

biosynteesissä

Fenyylipropanoidimolekyylit, kuten kofeiinihappo, muodostuvat shikimihapon biosynteesireitillä fenyylialaniinin tai tyrosiinin välityksellä kanelihapon kanssa tärkeänä välituotteena.

Lisäksi kasvien ligniinin biosynteesissä fenyylipropanoidiyksikköreitin kautta p-kumarihappo muuttuu kofeiinihapoksi.

Hyöty ihmisten terveydelle

Kofeiinihapolla on ilmoitettu olevan antioksidantteja ja rasvan hapettumista estäviä ominaisuuksia. Antioksidanttina se on yksi tehokkaimmista fenolihapoista, aktiivisuutensa ollessa korkein kloorivetyhappojen joukossa. Sen aktiivisuudesta vastuussa olevat rakenteen osat ovat o-difenoli ja hydroksikinnamyyli.

On arvioitu, että antioksidanttimekanismi kulkee kinonin muodostumisen kautta dihydroksibentseenirakenteesta, koska se hapettuu paljon helpommin kuin biologiset materiaalit.

Tietyissä tutkimuksissa kuitenkin havaittiin, että kinonin kaltainen rakenne ei ole vakaa ja reagoi kytkemällä sen muiden rakenteiden kanssa peroksylin kaltaisen sidoksen kautta. Jälkimmäinen on vaihe, joka todella poistaa vapaat radikaalit kofeiinihapon antioksidanttisessa aktiivisuudessa.

Kofeiinihappo on anti-inflammatorinen. Suojaa ihosoluja aiheuttamalla anti-inflammatorisia ja syöpää estäviä vaikutuksia, kun ne altistetaan ultraviolettisäteilylle.

Vähentää DNA: n metylaatiota ihmisen syöpäsoluissa estäen tuumorin kasvua.

Sillä on antiaterogeeninen vaikutus liikalihavuuteen liittyvään ateroskleroosiin. Se estää ateroskleroosia estämällä pienitiheyksisten lipoproteiinien hapettumista ja reaktiivisten happilajien tuotantoa.

Kofeiinihapon fenetyyliesterillä tai fenetyylikafeetilla on havaittu olevan antiviraalisia, anti-inflammatorisia, antioksidantti- ja immunomodulatorisia ominaisuuksia. Sen oraalinen anto heikentää ateroskleroottista prosessia.

Fenetyylikoffeeaatti. Ed (Edgar181). Lähde: Wikimedia Commons.

Lisäksi mainittu esteri suojaa neuroneja riittämättömältä veren saannilta, solun pienen kaliummäärän aiheuttamalta apoptoosilta ja neurosuojauksesta Parkinsonin tautia ja muita neurodegeneratiivisia sairauksia vastaan.

Mahdollinen käyttö lihavuutta vastaan

Jotkut tutkimukset osoittavat, että kofeiinihapolla on merkittävää potentiaalia liikalihavuuden torjunnassa estämällä lipogeenisiä (rasvaa tuottavia) entsyymejä ja lipidien kertymistä maksaan.

Hiirille, joiden lihavuus oli rasvapitoisen ruokavalion aiheuttama, annettiin kofeiinihappoa, ja seurauksena näytteiden painonnousu pieneni, rasvakudoksen paino ja sisäelinrasvan kertyminen laskivat.

Lihavat laboratoriohiiret. Pogrebnoj Alexandroff. Lähde: Wikimedia Commons.

Lisäksi triglyseridien ja kolesterolin pitoisuus plasmassa ja maksassa laski. Toisin sanoen kofeiinihappo vähensi rasvantuotantoa.

Mahdollinen käyttö Alzheimerin tautia vastaan

Eräiden henkilöiden Alzheimerin tautiin on liitetty muun muassa heikentynyttä sokeriaineenvaihduntaa ja insuliiniresistenssiä. Heikentynyt insuliinin signalointi neuroneissa voi liittyä neurokognitiivisiin häiriöihin.

Äskettäisessä tutkimuksessa (2019) kofeiinihapon antaminen laboratorioeläimille, joilla oli hyperinsulinemia (ylimääräinen insuliini), paransi tiettyjä mekanismeja, jotka suojaavat hermosolujen soluja oksidatiivisen stressin hyökkäykseltä hippokampuksessa ja aivokuoressa.

Se vähensi myös tiettyjen yhdisteiden kertymistä, jotka aiheuttavat toksisuutta aivojen hermosoluissa.

Tutkijoiden mukaan kofeiinihappo voi parantaa muistitoimintaa tehostamalla aivojen insuliinin signalointia, vähentämällä toksiinien tuotantoa ja pitämällä yllä synaptisen plastilisuuden tai hermosolujen kyvyn muodostaa yhteys toisiinsa tiedon siirtämiseksi.

Yhteenvetona voidaan todeta, että kofeiinihappo voisi estää Alzheimerin taudin etenemistä diabeetikoilla.

Mahdollinen käyttö muihin psykiatrisiin ja neurodegeneratiivisiin häiriöihin

Viimeaikaiset kokeet (2019) osoittavat, että kofeiinihapolla on antioksidantti ja vähentävä vaikutus hiirien hippokampuksen mikroglia-aktivoitumiseen. Mikroglia on solutyyppi, joka toimii poistamalla fagosytoosista neuroneille haitallisia elementtejä.

Hapetusstressi ja mikroglia-aktivointi suosivat psykiatrisia ja neurodegeneratiivisia häiriöitä. Näihin patologioihin kuuluvat Parkinsonin tauti, Alzheimerin tauti, skitsofrenia, kaksisuuntainen mielialahäiriö ja masennus.

Koska kofeiinihappo kykenee vähentämään edellä mainittuja vaikutuksia, se voisi edustaa uutta hoitoa näille sairauksille.

Muut mahdolliset käyttötavat

Tekstiiliteollisuudessa

Kofeiinihappo on hyödyllinen vahvemman tyyppisen villatuotannossa.

Tyrosinaasi-entsyymiä käyttämällä on ollut mahdollista insertoida kofeiinihappomolekyylejä villaproteiinisubstraattiin. Tämän fenoliyhdisteen sisällyttäminen villakuituun lisää antioksidanttiaktiivisuutta saavuttaen jopa 75%.

Tällä tavalla muokatulla villatekstiilikuidulla on uusia ominaisuuksia ja ominaisuuksia, jotka tekevät siitä kestävämmän. Antioksidanttivaikutus ei vähene villan pesun jälkeen.

Elintarviketeollisuudessa

Kofeiinihappo on herättänyt huomiota sen antioksidanttiominaisuuksista biologisella tasolla, jota käytetään antioksidanttina ruoassa.

Tässä mielessä jotkut tutkimukset osoittavat, että kofeiinihappo kykenee hidastamaan lipidien hapettumista kalalihaskudoksessa ja välttämään siinä olevan α-tokoferolin kulutusta. Α-tokoferoli on eräänlainen E-vitamiini.

Antioksidanttivaikutus saavutetaan kudoksessa läsnä olevan askorbiinihapon yhteistyön avulla. Tämä kofeiinihapon ja askorbiinihapon välinen vuorovaikutus vahvistaa synergistisesti järjestelmän vastustuskykyä hapettumisvaurioille.

Viiniteollisuudessa

On määritetty, että kofeiinihapon lisääminen Tempranillo-lajikkeen tai sen viinin punaisiin rypäleisiin lisää viinin värin pysyvyyttä varastoinnin aikana.

Tulokset osoittavat, että ikääntymisaikana tapahtuu molekyylinsisäisiä kopigmentaatioreaktioita, jotka lisäävät uusien molekyylien stabiilisuutta ja että tämä vaikuttaa positiivisesti viinin väriin.

Hyönteismyrkkynä

Äskettäin on todettu, että kokeissa Helicoverpa armigeran kanssa, joka on pihlajahyönteinen, on kofeiinihappoa hyönteismyrkkynä.

Tämä hyönteinen asuu ja rehui monentyyppisissä kasveissa ja satoissa.

Helicoverpa armigera, hyönteinen, joka hyökkää monen tyyppisiin syötäviin kasveihin. Dumi. Lähde: Wikimedia Commons.

Kaikki kofeiinihapon funktionaaliset ryhmät tekevät siitä proteaasin estäjän, entsyymin, jota löytyy näiden hyönteisten suolista. Lisäksi kofeiinihappo pysyy vakaana hyönteisen suolen ympäristössä.

Helicoverpa armigera toukka. Gyorgy Csoka, Unkarin metsätutkimuslaitos, Bugwood.org. Lähde: Wikimedia Commons.

Estääkseen proteaasia, hyönteinen ei voi suorittaa kasvunsa ja kehityksensä edellyttämiä prosesseja, ja se kuolee.

Sen käyttö olisi ekologinen tapa torjua tämän tyyppisiä tuholaisia.

Viitteet

1. Elsevier (Toimitus) (2018). Lisätietoja kofeiinihaposta. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com
2. Yhdysvaltain lääketieteellinen kirjasto. (2019). Kofeiinihappo. Palautettu: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Chang, W. et ai. (2019). Kofeiinihapon suojavaikutus Alzheimerin taudin patogeneesiltä vastaan ​​aivoinsuliinin signaloinnin, β-amyloidien kertymisen ja synaptisen plastisuuden kautta hyperinsulinemisille rotille. J. Agric. Food Chem. 2019, 67, 27, 7684-7693. Palautettu pubs.acs.org-sivustosta.
4. Masuda, T. et ai. (2008) Kofeiinihapon antioksidaatiomekanismitutkimukset: lipidien hapettumisesta johtuvan metyylikafonaatin antioksidaatiotuotteiden tunnistaminen. Agric. Food Chem., 2008, 56, 14, 5947-5952. Palautettu pubs.acs.org-sivustosta.
5. Joshi, RS et ai. (2014). Tapa kohti ruokavalion torjunta-aineita: Kofeiinihapon hyönteismyrkkyjen molekyylitutkimus Helicoverpa armigeraa vastaan. J. Agric. Food Chem. 2014, 62, 45, 10847-10854. Palautettu pubs.acs.org-sivustosta.
6. Koga, M. et ai. (2019). Kofeiinihappo vähentää hapettumisstressiä ja mikroglia-aktivaatiota hiiren hippokampuksessa. Kudos ja solu 60 (2019) 14-20. Palautettu osoitteesta ncbi.nlm.nih.gov.
7. Iglesias, J. et ai. (2009). Kofeiinihappo antioksidanttina kalalihaksessa: Synergismin mekanismi endogeenisen askorbiinihapon ja α-tokoferolin kanssa. Agric. Food Chem., 2009, 57, 2, 675-681. Palautettu pubs.acs.org-sivustosta.
8. Lee, E.-S. et ai. (2012). Kofeiinihappo kostuttaa monosyyttien tarttumista Adipokine Resistinin stimuloimiin viljelmien endoteelisoluihin. J. Agric. Food Chem. 2012, 60, 10, 2730 - 2739. Palautettu pubs.acs.org-sivustosta.
9. Aleixandre-Tudo, JL et ai. (2013). Kofeiinihappolisäyksen vaikutus tempranilloviinien fenolikoostumukseen erilaisista viininvalmistustekniikoista. J. Agric. Food Chem. 2013, 61, 49, 11900 - 1112. Palautettu pubs.acs.org-sivustosta.
10. Liao, C.-C. et ai. (2013). Ruokavalion aiheuttaman hyperlipidemian ja liikalihavuuden estäminen C57BL / 6-hiirien kofeiinihapolla säätelemällä maksan lipogeneesin geeniekspressiota. J. Agric. Food Chem. 2013, 61, 46, 11082 - 11088. Palautettu pubs.acs.org-sivustosta.