KAFEINSKA KISELINA: STRUKTURA, SVOJSTVA, BIOSINTEZA, NAMJENE - KEMIJA - 2026

Kafeinska kiselina je organski spoj Kateholi članova i phenylpropanoids. Njegova molekulska formula je C ₉ H ₈ O ₄. Izvodi se iz cimetne kiseline, a naziva se i 3,4-dihidroksicinaminska kiselina ili 3- (3,4-dihidroksifenil) -akrilna kiselina.

Kafeinska kiselina široko je rasprostranjena u biljkama, jer je intermedijar u biosintezi lignina, koji je sastavni dio biljne strukture. Ali ga se obilno nalazi u pićima poput kave i njegovih sjemenki.

Kafeinska kiselina nalazi se u kavi. Autor: Engin Akyurt. Izvor: Pixabay.

Može zaštititi kožu od ultraljubičastih zraka, što rezultira protuupalnim i anti-karcinomom. Kafeinska kiselina sprečava aterosklerozu povezanu s pretilošću, a vjeruje se da može smanjiti nakupljanje visceralne masti.

Postoje dokazi da mogu zaštititi neurone i poboljšati rad pamćenja, te da bi mogao predstavljati novo liječenje psihijatrijskih i neurodegenerativnih bolesti.

Ima izrazita antioksidacijska svojstva, kao najmoćniji antioksidans među hidrocinamskim kiselinama. Takođe ima potencijalnu uporabu u tekstilnoj i vinskoj industriji i kao insekticid, između ostalih primjena.

Struktura

Budući da je fenilpropanoid, kofeinska kiselina ima aromatski prsten s tri ugljikovom supstituentom. U aromatskom prstenu ima dvije hidroksilne skupine -OH, a u tri ugljikova lanca postoji dvostruka veza i -COOH skupina.

Zbog dvostruke veze, njegova struktura može poprimiti cis oblik (dihidroksifenil grupa i -COOH na istoj strani ravnine dvostruke veze) ili trans (u potpuno suprotnim položajima).

Struktura molekula kofeinske kiseline Može se vidjeti da su -COOH i dihidroksifenil u ovom slučaju u trans položaju. Fuse809. Izvor: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Kafeinska kiselina

- 3,4-dihidroksicinaminska kiselina

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

- 3- (3,4-dihidroksifenil) -propenska kiselina

Svojstva

Psihičko stanje

Žuta do narančasta kristalna krutina koja tvori prizme ili listove.

Čvrsta kofeinska kiselina. Danny S. Izvor: Wikimedia Commons.

Molekularna težina

180,16 g / mol.

Talište

225 ° C (topi se razgradnjom).

Topljivost

Slabo topiv u hladnoj vodi, manji od 1 mg / mL pri 22 ºC. Dobro topiv u vrućoj vodi. Vrlo topiv u hladnom alkoholu. Malo topivo u etilnom eteru.

Konstanta disocijacije

pK _a = 4,62 pri 25 ° C.

Kemijska svojstva

Alkalne otopine kofeinske kiseline su žute do narančaste boje.

Položaj u prirodi

Nalazi se u pićima kao što su kava i zeleni mate, u borovnicama, patlidžanima, jabukama i ciderima, sjemenkama i gomoljima. Nalazi se i u sastavu svih biljaka, jer je intermedijar u biosintezi lignina, čiji je strukturni sastojak.

Treba napomenuti da je većina kofeinske kiseline u jestivim biljkama u obliku svojih estera u kombinaciji s drugim sastojcima biljke.

Prisutna je kao klorogena kiselina, koja se nalazi, na primjer, u zrnu kave, raznim voćem i krumpiru, te kao rosmarinska kiselina u određenom aromatičnom bilju.

Ponekad se nalazi u konjugiranim molekulama kofeilkininske i dikafenilkvininske kiseline.

U vinu se konjugira s vinskom kiselinom; s kaftarnom kiselinom u grožđu i soku od grožđa; u salati i endivi u obliku cikorijske kiseline koja je dikafeiltartarna i kofeilmalna kiselina; u špinatu i rajčici konjugiranoj p-kumarinskom kiselinom.

U brokuli i krstiću povrće konjugira se sa sinapičnom kiselinom. U pšeničnim i kukuruznim mekinjama nalazi se u obliku cimeta i ferulata ili feruloilkvininske kiseline, a također i u limunovim sokovima.

biosinteza

Fenilpropanoidne molekule poput kofeinske kiseline nastaju biosintetskim putem shikiminske kiseline, preko fenilalanina ili tirozina, s cimetnom kiselinom kao važnim međuproduktom.

Nadalje, u biosintezi biljnog lignina putem puta fenilpropanoidne jedinice p-kumarinska kiselina se pretvara u kofeinsku kiselinu.

Korisnost za ljudsko zdravlje

Izvještava se da kofeinska kiselina posjeduje antioksidacijska i masno-supresijska svojstva. Kao antioksidans jedna je od najmoćnijih fenolnih kiselina, a njezina aktivnost je najveća među hidrocinamskim kiselinama. Dijelovi njegove strukture odgovorni za ovu aktivnost su o-difenol i hidroksicinnamil.

Procjenjuje se da antioksidacijski mehanizam prolazi kroz stvaranje kinona iz strukture dihidroksibenzena, jer oksidira mnogo lakše nego biološki materijali.

Međutim, u određenim istraživanjima ustanovljeno je da struktura slična kinonu nije stabilna i reagira spajanjem s drugim strukturama putem peroksilne veze. Potonji je korak koji istinski uklanja slobodne radikale u antioksidacijskoj aktivnosti kofeinske kiseline.

Kafeinska kiselina djeluje protuupalno. Štiti stanice kože djelovanjem protuupalnog i antikancerogenog učinka kada je izložen ultraljubičastom zračenju.

Smanjuje metilaciju DNA u stanicama ljudskog karcinoma, sprečavajući rast tumora.

Ima antiaterogeno djelovanje kod ateroskleroze povezane s pretilošću. Sprječava aterosklerozu inhibiranjem oksidacije lipoproteina niske gustoće i stvaranjem reaktivnih kisikovih vrsta.

Otkriveno je da fenetil ester kafene kiseline ili fenetil kafeat ima antivirusna, protuupalna, antioksidacijska i imunomodulatorna svojstva. Njegova oralna primjena smanjuje aterosklerotski proces.

Fenetilni kava. Ed (Edgar181). Izvor: Wikimedia Commons.

Nadalje, ovaj ester djeluje na zaštitu neurona od neadekvatne opskrbe krvlju, od apoptoze izazvane malom količinom kalija u stanici i neuroprotekcije protiv Parkinsonove bolesti i drugih neurodegenerativnih bolesti.

Potencijalna upotreba protiv pretilosti

Neke studije pokazuju da kofeinska kiselina pokazuje značajan potencijal kao sredstvo protiv pretilosti suzbijanjem lipogenih enzima (koji stvaraju masnoću) i jetrenim nakupljanjem lipida.

Miševima s pretilošću izazvanom dijetom s visokim udjelom masnoće daje se kofeinska kiselina, što rezultira smanjenjem povećanja tjelesne težine uzoraka, smanjuje se težina masnog tkiva i nakupljanje visceralne masti.

Gojazni laboratorijski miševi. Pogrebnoj-Alexandroff. Izvor: Wikimedia Commons.

Pored toga, koncentracija triglicerida i kolesterola u plazmi i jetri smanjena je. Drugim riječima, kofeinska kiselina smanjila je proizvodnju masti.

Potencijalna upotreba protiv Alzheimerove bolesti

Alzheimer-ova bolest kod određenih osoba povezana je, između ostalih faktora, s poremećajem metabolizma glukoze i inzulinskom rezistencijom. Poremećena signalizacija inzulina u neuronima može biti povezana s neurokognitivnim poremećajima.

U nedavnoj studiji (2019.), primjena kofeinske kiseline laboratorijskim životinjama s hiperinzulinemijom (viškom inzulina) poboljšala je određene mehanizme koji štite neuronske stanice od napada oksidativnog stresa u hipokampusu i korteksu.

Također je smanjila nakupljanje određenih spojeva koji uzrokuju toksičnost u neuronima mozga.

Istraživači sugeriraju da kofeinska kiselina može poboljšati funkciju pamćenja poboljšavajući signale inzulina u mozgu, smanjujući proizvodnju toksina i zadržavajući sinaptičku plastičnost ili sposobnost neurona da se međusobno povezuju za prijenos informacija.

Zaključno, kofeinska kiselina mogla bi spriječiti napredovanje Alzheimerove bolesti kod dijabetičara.

Potencijalna upotreba za druge psihijatrijske i neurodegenerativne poremećaje

Nedavni eksperimenti (2019.) pokazuju da kofeinska kiselina ima antioksidans i smanjuje učinak na aktivaciju mikroglije u hipokampusu miševa. Microglia je vrsta stanice koja djeluje eliminirajući elemente štetne za neurone fagocitozom.

Oksidativni stres i aktiviranje mikroglije pogoduju psihijatrijskim i neurodegenerativnim poremećajima. Te patologije uključuju Parkinsonovu bolest, Alzheimerovu bolest, shizofreniju, bipolarni poremećaj i depresiju.

S obzirom na sposobnost smanjenja gore navedenih učinaka, kofeinska kiselina mogla bi predstavljati novo liječenje ovih bolesti.

Ostale moguće uporabe

U tekstilnoj industriji

Kafeinska kiselina je korisna u stvaranju jače vrste vune.

Pomoću enzima tirozinaze, bilo je moguće umetnuti molekule kofeinske kiseline u vuneni supstrat proteina. Uključivanje ovog fenolnog spoja u vunena vlakna povećava antioksidacijsku aktivnost dosežući i do 75%.

Tako modificirano vuneno tekstilno vlakno ima nova svojstva i karakteristike koje ga čine otpornijim. Antioksidativni učinak ne opada nakon pranja vune.

U prehrambenoj industriji

Kofeinska kiselina privukla je pozornost zbog svojih antioksidacijskih svojstava na biološkoj razini koja se koristi kao antioksidans u hrani.

U tom smislu, neke studije pokazuju da je kofeinska kiselina sposobna usporiti oksidaciju lipida u mišićnom tkivu ribe i izbjeći konzumaciju α-tokoferola koji je prisutan u njemu. Α-Tokoferol je vrsta vitamina E.

Djelovanje antioksidanata postiže se suradnjom askorbinske kiseline također prisutne u tkivu. Ova interakcija kofeinska kiselina - askorbinska kiselina sinergistički jača otpornost sustava na oksidativna oštećenja.

U vinskoj industriji

Utvrđeno je da dodavanje kofeinske kiseline crvenom grožđu sorte Tempranillo ili njegovom vinu dovodi do povećanja stabilnosti vinske boje tijekom skladištenja.

Rezultati pokazuju da se tijekom starenja javljaju intramolekularne kopigmentacijske reakcije koje povećavaju stabilnost novih molekula i da to pozitivno utječe na boju vina.

Kao insekticid

U eksperimentima sa Helicoverpa armigera, lepidopteranskim insektom, nedavno je otkriveno da kofeinska kiselina ima potencijal kao insekticid.

Ovaj insekt nastanjuje i hrani se mnogim vrstama biljaka i kultura.

Helicoverpa armigera, insekt koji napada mnoge vrste jestivih biljaka. Dumi. Izvor: Wikimedia Commons.

Sve funkcionalne skupine kafeinske kiseline pridonose tome da je inhibitor proteaze, enzima koji se nalazi u crijevima ovih insekata. Nadalje, kofeinska kiselina ostaje stabilna u okruženju crijeva insekata.

Ličinka Helicoverpa armigera. Gyorgy Csoka, Mađarski institut za šume, Bugwood.org. Izvor: Wikimedia Commons.

Inhibirajući proteazu, insekt ne može provesti procese potrebne za svoj rast i razvoj i umire.

Njegova upotreba bila bi ekološki način suzbijanja ove vrste štetočina.

Reference

1. Elsevier (uredništvo) (2018). Saznajte više o kofeinskoj kiselini. Oporavljeno od sciencedirect.com
2. Američka nacionalna medicinska knjižnica. (2019). Kafeinska kiselina. Oporavak od: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Chang, W. i sur. (2019). Zaštitni učinak kafeinske kiseline protiv patogeneze Alzheimerove bolesti putem moduliranja cerebralne inzulinske signalizacije, akumulacije β-amiloida i sinaptičke plastičnosti u hiperinzulinemskih štakora. J. Agric. Food Chem. 2019, 67, 27, 7684-7693. Oporavak od pubs.acs.org.
4. Masuda, T. i sur. (2008) Studije mehanizma antioksidacije kofeinske kiseline: Identifikacija produkata antioksidacije metil kafeata iz oksidacije lipida. Agric. Food Chem. 2008, 56, 14, 5947-5952. Oporavak od pubs.acs.org.
5. Joshi, RS i sur. (2014). Put prema „dijetalnim pesticidima“: Molekularno istraživanje insekticidnog djelovanja kafene kiseline protiv Helicoverpa armigera. J. Agric. Food Chem. 2014, 62, 45, 10847-10854. Oporavak od pubs.acs.org.
6. Koga, M. i sur. (2019). Kafeinska kiselina smanjuje oksidativni stres i aktivaciju mikroglije u hipokampusu miša. Tkivo i stanica 60 (2019) 14-20. Oporavak od ncbi.nlm.nih.gov.
7. Iglesias, J. i sur. (2009). Kafeinska kiselina kao antioksidans u ribljim mišićima: Mehanizam sinergizma s endogenom askorbinskom kiselinom i α-tokoferolom. Agric. Food Chem. 2009, 57, 2, 675-681. Oporavak od pubs.acs.org.
8. Lee, E.-S. i sur. (2012). Kafeinska kiselina ometa adheziju monocita na kulturama endotelnih ćelija stimuliranih od strane Adipokina Resistina. J. Agric. Food Chem. 2012, 60, 10, 2730-2739. Oporavak od pubs.acs.org.
9. Aleixandre-Tudo, JL i sur. (2013). Utjecaj dodatka kafeinske kiseline na fenolni sastav tempranillo vina iz različitih tehnika proizvodnje vina. J. Agric. Food Chem. 2013, 61, 49, 11900-11912. Oporavak od pubs.acs.org.
10. Liao, C.-C. i sur. (2013). Prevencija hiperlipidemije izazvane dijetom i pretilosti kofeinskom kiselinom kod miševa C57BL / 6 kroz regulaciju ekspresije gena jetrene lipogeneze. J. Agric. Food Chem. 2013, 61, 46, 11082-11088. Oporavak od pubs.acs.org.