Furaneol CAS 3658-77-3

3. Kimika ta 'kuljum u tabakk
Prodotti kimiċi ta 'kuljum: Bħala l-materja prima tal-essenza, furanone jista' jipprovdi fwieħa tal-frott dejjiema għal xampù u ġel tad-doċċa, u jaħbi r-riħa punġenti tal-ingredjenti kimiċi.
Ħwawar tat-tabakk: Fl-addittivi tal-filtri tas-sigaretti, il-furanone inaqqas l-irritazzjoni tal-qatran, isaħħaħ il-kumdità tat-tipjip, u jagħti togħma ta 'karamella unika.
Paragun naturali u sintetiku: Għalkemm traċċi ta 'furanone huma preżenti f'ingredjenti naturali bħall-ananas u l-frawli, il-kontenut tagħhom mhuwiex biżżejjed biex jissodisfa l-ħtiġijiet industrijali. L-industrija tal-ikel ġeneralment tuża metodi ta 'sinteżi kimika (bħal reazzjoni hydroxyketone lactone) biex tipprepara furanone ta' purità għolja-, li huwa biss 1/10 tal-ispiża tal-estrazzjoni naturali.

Fil-qasam tal-mediċina: approċċ versatili minn kontra l-infezzjoni għal kontra-tumur

L-attivitajiet antibatteriċi, anti{0}}infjammatorji u kontra l-bijofilm tal-furanone għamluha suġġett jaħraq fl-iżvilupp tad-droga, u l-mekkaniżmu ta' azzjoni tiegħu jkopri d-direzzjonijiet li ġejjin:

1. Aġent antibatteriku ta'-spettru wiesa'
Batterji Gram pożittivi/negattivi: Billi jfixklu l-permeabilità tal-membrana taċ-ċelluli, jinibixxu l-formazzjoni ta 'bijofilms minn batterji patoġeniċi bħal Escherichia coli u Staphylococcus aureus. Pereżempju, 2 (5H) - furanone jista 'jnaqqas it-twaħħil tal-maskli żgħar bil-qoxra ħoxna u jinibixxi l-formazzjoni ta' bijofilm batterjali tal-baħar.

1. Ipoteżi ta 'Sinteżi ta' Furanone fil-Frawli

Figura 1 Ipoteżi dwar il-mogħdija bijosintetika tal-furanone fil-frott tal-frawli. 4-Hydroxy-5-methyl-2-methylene-3 (2H) -furanone HMMF; 4-idrossi-2, 5 - dimetil-3 (2 h) -furanone HDMF; Frawli quinone oxidoreductase (FaQR); F. Ananassa ketone oxidoreductase FaEO; F. Ananassa O-methyltransferase FaOMT.

Imbagħad, ippurifika parzjalment enzima involuta fil-bijosintesi HDMF. Id-distribuzzjoni osservata tal-attività tal-enzima hija relatata mal-preżenza ta 'peptide wieħed. L-analiżi tas-sekwenza wriet li l-enżima hija kompletament identika għas-sekwenza tal-proteini ta 'quinone oxidoreductase (FaQR) matura li tista' tiġi induċibbli. Il-proteina FaQR hija espressa funzjonalment f'Escherichia coli u tikkatalizza l-formazzjoni ta 'HDMF. 4-hydroxy-5-methyl-2-methyl-3 (2H) - furanone (HMMF) ġie identifikat bħala sottostrat naturali ta' FaQR u prekursur ta 'HDMF (Figura 1).

FaQR jikkatalizza t-tnaqqis ta 'bonds mhux saturati alfa u beta f'ketene HMMF reattiv ħafna, aktar tard isem ġdid bħala F Ananassa ketone oxidoreductase (FaEO). FaEO ma jnaqqasx ir-rabtiet doppji tal-katina dritta 2-enal u 2-enal, iżda pjuttost idroġena xi derivattivi tal-HMMF sostitwiti bi gruppi funzjonali tal-metilen. L-HMMF ġie skopert ukoll fil-frott tat-tadam u tal-ananas, li jindika li l-HDMF huwa sintetizzat permezz ta 'mogħdijiet simili fi frott differenti. Klonazzjoni ta' Solanum lycopersicon EO (SlEO) minn cDNA u identifikazzjoni tal-proteina rikombinanti. Studji bijokimiċi kkonfermaw li SlEO huwa involut fil-formazzjoni ta 'HDMF fil-frott tat-tadam. Meta mqabbla maż-żewġ reductases mhux flavone dipendenti fuq NAD (P) H l-oħra, FaEO u SlEO juru spettri ta 'sottostrat idjaq. Sa ftit ilu, sabiex jiġi eluċidat il-mekkaniżmu molekulari tar-reazzjoni speċjali katalizzata minn FaEO, l-istruttura tal-kristall tagħha kienet iddeterminata f'sitt stati jew kumplessi differenti, inklużi kumplessi b'HDMF u tliet analogi ta 'sottostrat. Ir-riżultati jindikaw li l-idrur 4R ta 'NAD (P) H jiġi trasferit għaċ-ċirku ta' barra mhux saturat C-6 tal-karbonju ta 'HMMF, li jifforma intermedju enol ottikament inattiv, li mbagħad jgħaddi minn protonazzjoni biex jifforma HDMF.

Ta 'min jinnota li xi rapporti jissuġġerixxu li l-produzzjoni ta' furanone tista 'ma tkunx attività diretta ta' mogħdijiet metaboliċi tal-pjanti, iżda pjuttost sforz konġunt ta 'pjanti tal-frawli u batterju relatat - Methanobacterium. Madankollu, ir-rotta proposta mhix konvinċenti peress li hemm rapporti konfliġġenti dwar il-passi finali ta 'HDMF u DMMF, u esperimenti ta' traċċar ma jappoġġjawx il-konverżjoni proposta ta 'prodotti intermedji lattożju u 6-deoxy-D-fructose-1-phosphate għal furanone.

2. Sinteżi tal-ħmira ta 'Furaneol

Bħala l-komponent ewlieni tat-togħma taż-zalza tas-sojja iffermentata, HEMF ġie iżolat minn zalza tas-sojja iffermentata għall-ewwel darba. Il-formazzjoni ta 'HEMF ġiet promossa billi tiġi kkultivata ħmira tolleranti għall-melħ, Zygosaccharomyces rouxii, f'mezz li fih il-prodotti ta' reazzjoni ta 'ribose u glycine aminocarbonyl (Maillard). Il-mekkaniżmu tal-kompost ġie studjat bl-użu tal-isotopi stabbli tiegħu. L-iskeletru pentagonali u l-metil tal-katina tal-ġenb ta 'HEMF huma derivati ​​mir-ribose, filwaqt li l-grupp etiliku huwa derivat minn D-glukożju jew aċetaldeid. Ir-rwol tal-ħmira fil-formazzjoni ta 'HEMF mhuwiex biss li jipprovdi metaboliti D-glukosju (acetaldehyde), iżda wkoll li jorbot il-prodotti ta' reazzjoni ta 'Maillard ma' metaboliti D{-glukosju.

Wara l-inkubazzjoni ma 'xi karboidrati tal-fosfat, il-formazzjoni ta' HMF instabet fl-estratt ċitoplasmiku ta 'Saccharomyces cerevisiae. Peress li l-HMF huwa ffurmat b'mod spontanju minn ribulose-5-fosfat permezz tal-intermedjarju Maillard 4,5-dihydroxy-2,3-pentanedione, wieħed jista' jassumi li ribulose-5-phosphate huwa ġġenerat enżimatikament f'estratti ċitoplasmiċi u mbagħad ikkonvertit f'HMF permezz ta' reazzjonijiet kimiċi. Din l-ipoteżi ġiet ikkonfermata bil-produzzjoni ta 'hydroxymethylfurfural f'taħlita li fiha enzimi disponibbli kummerċjalment u isotopi ttikkettjati D-glucose-6-phosphate. Interessanti, HMF ġie identifikat bħala molekula ta 'sinjalazzjoni extraċellulari Al-2 katalizzata mill-enzima LuxS u għandha rwol fil-komunikazzjoni interċellulari batterjali. Il-formazzjoni kimika ta 'Al-2 minn 5-fosfat ribulose tista' sseħħ ukoll in vivo, li tista 'tkun ir-raġuni għall-attività bħal Al-2 f'organiżmi li m'għandhomx ġeni luxS.

Il-proċess tal-formazzjoni tal-HDMF fil-ħmira Z. rouxii taħt kundizzjonijiet ta' kultura differenti ġie studjat bl-użu ta' D-1,6-difosfat fruttożju bħala materja prima. Meta D-1,6-fruttożju tad-difosfat jintuża bħala l-uniku sors tal-karbonju, it-tkabbir tal-ħmira Z. rouxii u l-formazzjoni tal-HDMF mhumiex sinifikanti. Għalkemm iċ-ċelluli tal-ħmira ta' Z. rouxii jikbru f'mezz bid-D-glukożju bħala l-uniku sors tal-karbonju, l-HDMF jiġi prodott biss meta jiżdied id-D{-fructose-1,6-difosfat. Il-livell ta' HDMF huwa korrelatat b'mod konsistenti mal-għadd taċ-ċelluli tal-ħmira u l-konċentrazzjoni ta' D-fruttożju-1,6-difosfat. Wara li żiedet 1-13C{-D-fructose-1,6-diphosphate, ġie ffurmat biss HDMF b'tikketta waħda, filwaqt li wara li żżid 13C6-D-glucose, ġie ffurmat furanone mhux ittikkettat. Għalhekk, il-karbonju tal-HDMF huwa kompletament derivat minn D-fructose-1,6-diphosphate eżoġenu. Valur tal-pH ogħla tal-medju tal-kultura għandu effett pożittiv fuq il-formazzjoni tal-HDMF, iżda jista 'jdewwem it-tkabbir taċ-ċelluli, għalhekk l-aħjar valur tal-pH huwa 5.1. L-istress tal-melħ stimula l-produzzjoni ta 'HDMF. Iż-żieda ta' o-phenylenediamine (reaġent tal-qbid għal - intermedjarju tad-dikarbonil (Maillard)) mal-mezz tal-kultura tista' tagħti tliet derivattivi tal-quinolone derivati ​​minn D-fructose-1,6-diphosphate. L-identifikazzjoni ta 'din l-istruttura kkonfermat għall-ewwel darba l-formazzjoni kimika ta' 1-deoxy-2,3-hexadisase-6-phosphate, intermedjarju fil-mogħdija ta 'formazzjoni HDMF li kienet mistennija ħafna iżda qatt ma ġiet skoperta. Minħabba l-fatt li HDMF huwa disponibbli biss f'Z Ġie skopert fil-preżenza ta 'ċelluli Rouxii, għalhekk huwa preżunt li hemm aktar passi ta' enzimi involuti. F'temperatura ambjentali, HDMF jista 'wkoll jiġi ġġenerat kimikament f'soluzzjoni li jkun fiha D-fructose-1,6-diphosphate u NAD (P) H. NAD (P) H hija meħtieġa, u l-applikazzjoni ta' prekursuri ttikkettjati tindika li l-idrur tad-dahar tad-dahar D-fructose-1,6-diphosphate huwa trasferit għal C-5 jew C-6. Il-proċessi bijoloġiċi u kimiċi tal-ġenerazzjoni tal-HDMF minn D-fructose-1,6-diphosphate jidhru li jsegwu mogħdija simili.

Prodotti naturali b'attività ottika juru eċċess enantiomeriku uniku matul il-bijosintesi minħabba sterjoselettività u reazzjonijiet katalizzati bl-enżimi. Għalkemm huwa mistenni li l-HDMF jiġi ġġenerat permezz tal-kombinazzjoni tal-ħmira Z. rouxii u l-enzimi tal-frott, il-kompost li jseħħ b'mod naturali huwa raċemiku. Ir-raċemizzazzjoni mgħaġġla ta 'HDMF tispjega dan il-fenomenu minħabba t-tautomerism ta' ketoenols. L-analiżi 1H-NMR u elettroforesi kapillari chiral ta 'skambju ta' proton dewterju fuq iċ-ċirku furanone ta 'C-2 wriet li r-rata ta' racemization ta 'HDMF kienet l-aktar baxxa f'pH 4-5. Għalhekk, sabiex tivverifika l-formazzjoni enżimatika ta 'HDMF, wettaqna esperimenti ta' inkubazzjoni b'ħmira Z. rouxii u estratt tal-proteina tal-frawli f'pH 5. Il-formazzjoni ta 'HDMF arrikkit enantiomerically ġiet ikkonfermata fiż-żewġ esperimenti, filwaqt li furanone raċemiku ġie skopert taħt kundizzjonijiet ta' pH newtrali.

3. Sinteżi batterjali ta 'furanone

HDMF ġie skopert wara 4 ijiem ta' tkabbir ta' Pichia capsulata fuq medium peptone tal-kaseina li fih L-rhamnose. L-analiżi tal-ispettrometrija tal-massa tal-proporzjon tal-isotopi stabbli kkonfermat li L-rhamnose huwa s-sors tal-karbonju tal-HDMF. L-esperiment tal-kors tal-ħin wassal għall-ipoteżi li l-HDMF huwa ffurmat minn intermedju prodott minn Pichia pastoris matul il-proċess ta 'sterilizzazzjoni termali tal-medju tal-kultura, kif propost mill-ħmira konjugattiva Luterana. Bl-istess mod, fir-riżultati tar-reazzjoni Maillard, HDMF ġie skopert fil-mezz ippreparat billi jissaħħan zokkor u aċidi amminiċi. Fl-istess mezz ta 'fermentazzjoni, il-livelli ta' HDMF żdiedu wkoll bil-fermentazzjoni ta 'Lactococcus lactis subsp. cremoris.

4. Sommarju tas-sinteżi tal-furanone

3 (2H) - Il-komposti tal-furanone għandhom limiti ta' riħa baxxi u karatteristiċi ta' aroma li jħajjar, li jagħmluhom kimiċi aromatiċi importanti. Huma ffurmati kimikament minn karboidrati differenti matul ir-reazzjoni ta 'Maillard, u għalhekk jeżistu f'ħafna ikel ipproċessat, li jikkontribwixxu għall-produzzjoni ta' aroma. Iżda furanone jista 'jiġi prodott ukoll minn ħmira, batterji u pjanti, u l-funzjoni fiżjoloġika tiegħu tista' tkun relatata ma 'attività redox. Għalkemm id-deoxysugars bħal L-rhamnose huma prekursuri effettivi għall-HDMF fir-reazzjoni Maillard, il-fruttożju D-1,6-diphosphate ġie identifikat bħala prekursur naturali fil-frott. Fil-frott tal-frawli, il-karboidrati fosforilati huma kkonvertiti f'HMMF bl-eliminazzjoni tal-fosfat u l-ilma, u l-HMMF fl-aħħar mill-aħħar jitnaqqas għal HDMF minn FaEO (FaQR). Il-metilazzjoni ta 'HDMF twassal għall-akkumulazzjoni ta' DMMF u hija katalizzata minn FaOMT. B'mod ġenerali, sar progress sinifikanti biex jiġu eluċidati l-mogħdijiet bijosintetiċi ta 'furanone naturali f'mikro-organiżmi u pjanti minħabba l-applikazzjoni ta' prekursuri ttikkettjati bl-iżotopi. Fil-futur qarib, il-fehim tas-sekwenza tal-ġenoma tal-frawli tal-foresti se jgħin biex jinstabu ġeni b'mogħdijiet HDMF neqsin, u sistemi ta 'immaġini mtejba se jgħinu biex jinstabu furanone intraċellulari. Il-fehim tal-ġeni u l-enzimi rilevanti se jipprovdi pedament għall-produzzjoni ta 'furanone naturali permezz tal-bijoteknoloġija.