CAFEÏNEZUUR: STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, BIOSYNTHESE, GEBRUIK - CHEMIE - 2026

Het cafeïnezuur is een lid van de organische verbinding, catecholen en fenylpropanoïden. De molecuulformule is C ₉ H ₈ O ₄ . Het is afgeleid van kaneelzuur en wordt ook wel 3,4-dihydroxykaneelzuur of 3- (3,4-dihydroxyfenyl) -acrylzuur genoemd.

Cafeïnezuur wordt wijd verspreid in planten omdat het een tussenproduct is in de biosynthese van lignine, dat een onderdeel is van de plantstructuur. Maar het wordt overvloedig aangetroffen in dranken zoals koffie en zijn zaden.

Cafeïnezuur komt voor in koffie. Auteur: Engin Akyurt. Bron: Pixabay.

Het kan de huid beschermen tegen ultraviolette straling, wat ontstekingsremmend en kankerwerend is. Cafeïnezuur voorkomt atherosclerose geassocieerd met obesitas en men gelooft dat het de ophoping van visceraal vet kan verminderen.

Er zijn aanwijzingen dat het neuronen kan beschermen en de geheugenfunctie kan verbeteren, en dat het een nieuwe behandeling voor psychiatrische en neurodegeneratieve ziekten zou kunnen zijn.

Het heeft duidelijke antioxiderende eigenschappen, omdat het de krachtigste antioxidant is onder de kaneelzuur. Het heeft ook potentiële toepassingen in de textiel- en wijnindustrie en als insecticide, naast andere toepassingen.

Structuur

Omdat het een fenylpropanoïde is, heeft cafeïnezuur een aromatische ring met een drie-koolstofsubstituent. In de aromatische ring heeft het twee hydroxylgroepen –OH en in de drie koolstofketen is er een dubbele binding en een –COOH-groep.

Vanwege de dubbele binding kan de structuur de cis-vorm aannemen (de dihydroxyfenylgroep en de -COOH aan dezelfde kant van het vlak van de dubbele binding) of trans (in totaal tegenovergestelde posities).

Molecuul structuur van cafeïnezuur. Te zien is dat -COOH en dihydroxyfenyl in dit geval op de trans-positie staan. Zekering 809. Bron: Wikimedia Commons.

Nomenclatuur

- Cafeïnezuur

- 3,4-dihydroxykaneelzuur

- 3- (3,4-dihydroxyfenyl) -acrylzuur

- 3- (3,4-dihydroxyfenyl) propeenzuur

Eigendommen

Fysieke toestand

Geel tot oranje kristallijne vaste stof die prisma's of platen vormt.

Vast cafeïnezuur. Danny S. Bron: Wikimedia Commons.

Molecuulgewicht

180,16 g / mol.

Smeltpunt

225 ºC (smelt bij ontleding).

Oplosbaarheid

Slecht oplosbaar in koud water, minder dan 1 mg / ml bij 22 ºC. Gemakkelijk oplosbaar in heet water. Zeer goed oplosbaar in koude alcohol. Enigszins oplosbaar in ethylether.

Dissociatieconstante

pK _a = 4,62 bij 25 ° C.

Chemische eigenschappen

Alkalische oplossingen van cafeïnezuur zijn geel tot oranje van kleur.

Locatie in de natuur

Het wordt gevonden in dranken zoals koffie en groene mate, in bosbessen, aubergines, appels en ciders, zaden en knollen. Het wordt ook aangetroffen in de samenstelling van alle planten omdat het een tussenproduct is in de biosynthese van lignine, een structureel bestanddeel hiervan.

Opgemerkt moet worden dat het meeste cafeïnezuur in eetbare planten de vorm heeft van esters gecombineerd met andere bestanddelen van de plant.

Het is aanwezig als chlorogeenzuur dat bijvoorbeeld wordt aangetroffen in koffiebonen, verschillende soorten fruit en aardappelen, en als rozemarijnzuur in bepaalde aromatische kruiden.

Het wordt soms aangetroffen in de geconjugeerde moleculen van caffeylquinic en dicaphenylquinic zuren.

In wijn is het geconjugeerd met wijnsteenzuur; met kaphtaarzuur in druiven en druivensap; in sla en andijvie in de vorm van het chicorinezuur dat dicafeilwijnsteenzuur en caffeylmalic zuur is; in spinazie en tomaten geconjugeerd met p-coumarinezuur.

In broccoli en kruisbloemige groenten wordt het geconjugeerd met synapinezuur. In tarwe- en maïszemelen wordt het aangetroffen in de vorm van cinnamaten en ferulaten of feruloilkinzuur en ook in citroensap.

Biosynthese

Fenylpropanoïde moleculen zoals cafeïnezuur worden gevormd door de biosynthetische route van shikiminezuur, via fenylalanine of tyrosine, met kaneelzuur als een belangrijk tussenproduct.

Bovendien wordt bij de biosynthese van plantenlignine via de fenylpropanoïde-eenheidstraject p-coumarinezuur omgezet in cafeïnezuur.

Nut voor de menselijke gezondheid

Van cafeïnezuur wordt gezegd dat het antioxiderende en vetoxidatie-onderdrukkende eigenschappen bezit. Als antioxidant is het een van de krachtigste fenolzuren, waarvan de activiteit de hoogste is van de kaneelzuur. De delen van de structuur die verantwoordelijk zijn voor deze activiteit zijn o-difenol en hydroxycinnamyl.

Geschat wordt dat het antioxidantmechanisme door de vorming van een chinon uit de dihydroxybenzeenstructuur gaat, omdat het veel gemakkelijker oxideert dan biologische materialen.

In bepaalde onderzoeken werd echter gevonden dat de chinon-achtige structuur niet stabiel is en reageert door koppeling met andere structuren via een peroxyl-achtige binding. Dit laatste is de stap die echt vrije radicalen verwijdert in de antioxiderende werking van cafeïnezuur.

Cafeïnezuur is ontstekingsremmend. Beschermt huidcellen door een ontstekingsremmend en antikankereffect uit te oefenen bij blootstelling aan ultraviolette straling.

Vermindert DNA-methylatie in menselijke kankercellen, waardoor tumorgroei wordt voorkomen.

Het heeft een antiatherogene werking bij atherosclerose geassocieerd met obesitas. Het voorkomt atherosclerose door de oxidatie van lipoproteïnen met lage dichtheid en de productie van reactieve zuurstofsoorten te remmen.

Fenethylester van cafeïnezuur of fenethylcaffeaat blijkt antivirale, ontstekingsremmende, antioxiderende en immunomodulerende eigenschappen te hebben. De orale toediening verzwakt het atherosclerotische proces.

Fenethylkoffieaat. Ed (Edgar181). Bron: Wikimedia Commons.

Bovendien oefent deze ester bescherming uit van neuronen tegen onvoldoende bloedtoevoer, tegen apoptose veroorzaakt door de lage hoeveelheid kalium in de cel, en neuroprotectie tegen de ziekte van Parkinson en andere neurodegeneratieve ziekten.

Potentieel gebruik tegen obesitas

Sommige onderzoeken geven aan dat cafeïnezuur een aanzienlijk potentieel vertoont als middel tegen obesitas door lipogene (vetopwekkende) enzymen en de hepatische ophoping van lipiden te onderdrukken.

Muizen met obesitas veroorzaakt door een vetrijk dieet kregen cafeïnezuur toegediend en als gevolg daarvan werd de toename van het lichaamsgewicht van de monsters verminderd, het gewicht van het vetweefsel en de ophoping van visceraal vet afgenomen.

Zwaarlijvige laboratoriummuizen. Pogrebnoj-Alexandroff. Bron: Wikimedia Commons.

Bovendien nam de concentratie van triglyceriden en cholesterol in plasma en lever af. Met andere woorden, cafeïnezuur verminderde de vetproductie.

Potentieel gebruik tegen de ziekte van Alzheimer

De ziekte van Alzheimer is bij bepaalde personen onder meer in verband gebracht met een verstoord glucosemetabolisme en insulineresistentie. Verminderde insulinesignalering in neuronen kan worden geassocieerd met neurocognitieve stoornissen.

In een recente studie (2019) verbeterde de toediening van cafeïnezuur aan proefdieren met hyperinsulinemie (te veel insuline) bepaalde mechanismen die neuronale cellen beschermen tegen de aanval van oxidatieve stress in de hippocampus en cortex.

Het verminderde ook de accumulatie van bepaalde verbindingen die toxiciteit veroorzaken in hersenneuronen.

De onderzoekers suggereren dat cafeïnezuur de geheugenfunctie kan verbeteren door de insulinesignalering in de hersenen te verbeteren, de toxineproductie te verminderen en de synaptische plasticiteit te behouden, of het vermogen van neuronen om met elkaar te verbinden om informatie over te brengen.

Concluderend kan cafeïnezuur de progressie van de ziekte van Alzheimer bij diabetespatiënten voorkomen.

Potentieel gebruik voor andere psychiatrische en neurodegeneratieve aandoeningen

Recente experimenten (2019) tonen aan dat cafeïnezuur een antioxidant en verlagend effect heeft op de activering van microglia in de hippocampus van muizen. Microglia is een type cel dat werkt door elementen te elimineren die door fagocytose schadelijk zijn voor neuronen.

Oxidatieve stress en de activering van microglia bevorderen psychiatrische en neurodegeneratieve aandoeningen. Deze pathologieën omvatten de ziekte van Parkinson, de ziekte van Alzheimer, schizofrenie, bipolaire stoornis en depressie.

Gezien het vermogen om de bovengenoemde effecten te verminderen, zou cafeïnezuur een nieuwe behandeling voor deze ziekten kunnen zijn.

Andere mogelijke toepassingen

In de textielindustrie

Cafeïnezuur is nuttig bij het produceren van een sterkere wolsoort.

Met behulp van het enzym tyrosinase was het mogelijk om cafeïnezuurmoleculen in een woleiwitsubstraat in te brengen. De opname van deze fenolische verbinding in de wolvezel verhoogt de antioxiderende activiteit tot wel 75%.

De aldus gemodificeerde wollen textielvezel heeft nieuwe eigenschappen en kenmerken die het meer resistent maken. De antioxiderende werking neemt niet af na het wassen van de wol.

In de voedingsindustrie

Cafeïnezuur heeft de aandacht getrokken vanwege zijn antioxiderende eigenschappen op biologisch niveau om als antioxidant in voedsel te worden gebruikt.

In die zin tonen sommige studies aan dat cafeïnezuur de oxidatie van lipiden in het spierweefsel van vissen kan vertragen en de consumptie van α-tocoferol dat erin aanwezig is, kan vermijden. Α-Tocoferol is een type vitamine E.

De antioxiderende werking wordt bereikt door de medewerking van ascorbinezuur dat ook in het weefsel aanwezig is. Deze interactie tussen cafeïnezuur en ascorbinezuur versterkt synergetisch de weerstand van het systeem tegen oxidatieve schade.

In de wijnindustrie

Er is vastgesteld dat de toevoeging van cafeïnezuur aan rode druiven van de Tempranillo-variëteit of zijn wijn leidt tot een toename van de stabiliteit van de wijnkleur tijdens opslag.

De resultaten geven aan dat tijdens de verouderingsperiode intramoleculaire copigmentatiereacties optreden die de stabiliteit van nieuwe moleculen verhogen en dat dit een positieve invloed heeft op de kleur van de wijn.

Als insecticide

In experimenten met Helicoverpa armigera, een lepidoptera-insect, is onlangs ontdekt dat cafeïnezuur de potentie heeft als insecticide.

Dit insect leeft en voedt zich met vele soorten planten en gewassen.

Helicoverpa armigera, een insect dat vele soorten eetbare planten aantast. Dumi. Bron: Wikimedia Commons.

Alle functionele groepen van cafeïnezuur dragen ertoe bij dat het een remmer van protease wordt, een enzym dat in de darmen van deze insecten wordt aangetroffen. Bovendien blijft cafeïnezuur stabiel in de omgeving van de darm van het insect.

Helicoverpa armigera larve. Gyorgy Csoka, Hongarije Forest Research Institute, Bugwood.org. Bron: Wikimedia Commons.

Door protease te remmen, kan het insect de processen die nodig zijn voor zijn groei en ontwikkeling niet uitvoeren en sterft het.

Het gebruik ervan zou een ecologische manier zijn om dit soort ongedierte te bestrijden.

Referenties

1. Elsevier (Redactie) (2018). Lees meer over cafeïnezuur. Opgehaald van sciencedirect.com
2. Amerikaanse National Library of Medicine. (2019). Cafeïnezuur. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Chang, W. et al. (2019). Beschermend effect van cafeïnezuur tegen de pathogenese van de ziekte van Alzheimer via modulerende cerebrale insulinesignalering, β-amyloïde accumulatie en synaptische plasticiteit bij hyperinsulinemische ratten. J. Agric. Voedselchem. 2019, 67, 27, 7684-7693. Opgehaald van pubs.acs.org.
4. Masuda, T. et al .; (2008) Antioxidatiemechanismestudies van cafeïnezuur: identificatie van antioxidatieproducten van methylcaffeaat tegen lipideoxidatie. Agric. Food Chem.2008, 56, 14, 5947-5952. Opgehaald van pubs.acs.org.
5. Joshi, RS et al. (2014). Weg naar "dieetpesticiden": moleculair onderzoek naar insecticide werking van cafeïnezuur tegen Helicoverpa armigera. J. Agric. Voedselchem. 2014, 62, 45, 10847-10854. Opgehaald van pubs.acs.org.
6. Koga, M. et al. (2019). Cafeïnezuur vermindert oxidatieve stress en microglia-activering in de hippocampus van de muis. Tissue and Cell 60 (2019) 14-20. Opgehaald van ncbi.nlm.nih.gov.
7. Iglesias, J. et al .; (2009). Cafeïnezuur als antioxidant in visspieren: mechanisme van synergie met endogeen ascorbinezuur en α-tocoferol. Agric. Voedsel Chem.2009, 57, 2, 675-681. Opgehaald van pubs.acs.org.
8. Lee, E.-S. et al. (2012). Cafeïnezuur verstoort de adhesie van monocyten aan de endotheelcellen van culturen die worden gestimuleerd door adipokine-resistine. J. Agric. Voedselchem. 2012, 60, 10, 2730-2739. Opgehaald van pubs.acs.org.
9. Aleixandre-Tudo, JL et al. (2013). Effect van toevoeging van cafeïnezuur op de fenolische samenstelling van tempranillo-wijnen uit verschillende wijnbereidingstechnieken. J. Agric. Food Chem.2013, 61, 49, 11900-11912. Opgehaald van pubs.acs.org.
10. Liao, C.-C. et al. (2013). Preventie van door voeding veroorzaakte hyperlipidemie en obesitas door cafeïnezuur in C57BL / 6-muizen door regulering van hepatische lipogenese-genexpressie. J. Agric. Voedselchem. 2013, 61, 46, 11082-11088. Opgehaald van pubs.acs.org.