Furaneol CAS 3658-77-3

3. Produtos químicos diários e tabaco
Produtos químicos diários: Como matéria-prima da essência, a furanona pode fornecer fragrância frutada duradoura para xampus e gel de banho e mascarar o cheiro pungente de ingredientes químicos.
Aroma de tabaco: Nos aditivos para filtros de cigarro, a furanona reduz a irritação do alcatrão, aumenta o conforto ao fumar e proporciona um sabor residual único de caramelo.
Comparação natural e sintética: Embora vestígios de furanona estejam presentes em ingredientes naturais como abacaxi e morango, seu conteúdo não é suficiente para atender às necessidades industriais. A indústria alimentícia geralmente usa métodos de síntese química (como a reação de hidroxicetona lactona) para preparar furanona de alta-pureza, que representa apenas 1/10 do custo da extração natural.

No campo da medicina: uma abordagem versátil de antiinfecção a anti-tumoral

As atividades antibacteriana, anti{0}}inflamatória e antibiofilme da furanona tornaram-na um tema importante no desenvolvimento de medicamentos, e seu mecanismo de ação abrange as seguintes direções:

1. Agente antibacteriano-de amplo espectro
Bactérias Gram positivas/negativas: Ao perturbar a permeabilidade da membrana celular, inibem a formação de biofilmes por bactérias patogénicas como Escherichia coli e Staphylococcus aureus. Por exemplo, 2 (5H) - furanona pode reduzir a fixação de mexilhões juvenis de casca grossa e inibir a formação de biofilme bacteriano marinho.

1. Hipótese de Síntese de Furanona em Morangos

Figura 1 Hipótese sobre a via biossintética da furanona em morango. 4-Hidroxi-5-metil-2-metileno-3 (2H)-furanona HMMF; 4-hidroxi-2, 5 - dimetil-3 (2 h) -furanona HDMF; Morango quinona oxidoredutase (FaQR); F. Ananassa cetona oxidoredutase FaEO; F. Ananassa O-metiltransferase FaOMT.

Em seguida, purifique parcialmente uma enzima envolvida na biossíntese de HDMF. A distribuição observada da atividade enzimática está relacionada com a presença de um único peptídeo. A análise da sequência mostrou que a enzima é completamente idêntica à sequência proteica de uma quinona oxidorredutase dependente de auxina indutível madura (FaQR). A proteína FaQR é funcionalmente expressa em Escherichia coli e catalisa a formação de HDMF. 4-hidroxi-5-metil-2-metil-3 (2H) - furanona (HMMF) foi identificada como um substrato natural de FaQR e um precursor de HDMF (Figura 1).

FaQR catalisa a redução de ligações alfa e beta insaturadas em ceteno HMMF altamente reativo, mais tarde renomeado como F Ananassa cetona oxidorredutase (FaEO). FaEO não reduz as ligações duplas de 2-enal e 2-enal de cadeia linear, mas hidrogena alguns derivados de HMMF substituídos por grupos funcionais metileno. O HMMF também foi detectado em frutos de tomate e abacaxi, indicando que o HDMF é sintetizado através de vias semelhantes em frutas diferentes. Clonagem de Solanum lycopersicon EO (SlEO) a partir de cDNA e identificação da proteína recombinante. Estudos bioquímicos confirmaram que o SlEO está envolvido na formação de HDMF em frutos de tomate. Em comparação com as outras duas redutases não flavonas dependentes de NAD (P) H, FaEO e SlEO exibem espectros de substrato mais estreitos. Até recentemente, a fim de elucidar o mecanismo molecular da reação especial catalisada pelo FaEO, sua estrutura cristalina foi determinada em seis estados ou complexos diferentes, incluindo complexos com HDMF e três análogos de substrato. Os resultados indicam que o hidreto 4R de NAD (P) H é transferido para o carbono C-6 do anel externo insaturado de HMMF, formando um intermediário enol opticamente inativo, que então sofre protonação para formar HDMF.

É importante notar que alguns relatórios sugerem que a produção de furanona pode não ser uma atividade direta das vias metabólicas das plantas, mas sim um esforço conjunto das plantas de morango e de uma bactéria relacionada - Methanobacterium. No entanto, a rota proposta não é convincente, pois há relatórios conflitantes sobre as etapas finais de HDMF e DMMF, e experimentos de rastreamento não apoiam a conversão proposta de produtos intermediários lactose e 6-desoxi-D-frutose-1-fosfato em furanona.

2. Síntese de levedura deFuraneol

Como principal componente de sabor do molho de soja fermentado, o HEMF foi isolado pela primeira vez do molho de soja fermentado. A formação de HEMF foi promovida pelo cultivo de levedura tolerante ao sal, Zygosaccharomyces rouxii, em meio contendo os produtos de reação de ribose e glicina aminocarbonil (Maillard). O mecanismo do composto foi estudado utilizando seus isótopos estáveis. O esqueleto pentagonal e a cadeia lateral metila do HEMF são derivados da ribose, enquanto o grupo etil é derivado da D-glicose ou acetaldeído. O papel da levedura na formação de HEMF não é apenas fornecer metabólitos de D-glicose (acetaldeído), mas também ligar produtos da reação de Maillard com metabólitos de D-glicose.

Após incubação com alguns carboidratos fosfatados, foi encontrada a formação de HMF no extrato citoplasmático de Saccharomyces cerevisiae. Como o HMF é formado espontaneamente a partir da ribulose-5-fosfato por meio do intermediário de Maillard 4,5-di-hidroxi-2,3-pentanodiona, pode-se presumir que a ribulose-5-fosfato é gerada enzimaticamente em extratos citoplasmáticos e depois convertida em HMF por meio de reações químicas. Esta hipótese foi confirmada pela produção de hidroximetilfurfural em uma mistura contendo enzimas comercialmente disponíveis e isótopo marcado como D-glicose-6-fosfato. Curiosamente, o HMF foi identificado como uma molécula sinalizadora extracelular Al-2 catalisada pela enzima LuxS e desempenha um papel na comunicação intercelular bacteriana. A formação química de Al-2 a partir da 5-fosfato ribulose também pode ocorrer in vivo, o que pode ser a razão para a atividade semelhante ao Al-2 em organismos sem genes luxS.

O processo de formação de HDMF na levedura Z. rouxii sob diferentes condições de cultivo foi estudado utilizando D-1,6-difosfato frutose como matéria-prima. Quando D-1,6-difosfato frutose é usado como única fonte de carbono, o crescimento da levedura Z. rouxii e a formação de HDMF não são significativos. Embora as células de levedura Z. rouxii cresçam em um meio com D-glicose como única fonte de carbono, o HDMF só é produzido quando D-frutose-1,6-difosfato é adicionado. O nível de HDMF está consistentemente correlacionado com a contagem de células de levedura e a concentração de D-frutose-1,6-difosfato. Após a adição de 1-13C-D-frutose-1,6-difosfato, apenas HDMF marcado individualmente foi formado, enquanto após a adição de 13C6-D-glicose, foi formada furanona não marcada. Portanto, o carbono do HDMF é inteiramente derivado da D-frutose-1,6-difosfato exógena. Um valor de pH mais elevado do meio de cultura tem um efeito positivo na formação de HDMF, mas pode atrasar o crescimento celular, portanto o valor de pH ideal é 5,1. O estresse salino estimulou a produção de HDMF. A adição de o-fenilenodiamina (um reagente de captura para o intermediário -dicarbonil (Maillard)) ao meio de cultura pode produzir três derivados de quinolona derivados de D-frutose-1,6-difosfato. A identificação desta estrutura confirmou pela primeira vez a formação química de 1-desoxi-2,3-hexadisase-6-fosfato, um intermediário na via de formação de HDMF que era amplamente esperado, mas nunca descoberto. Devido ao fato de o HDMF estar disponível apenas em Z, foi detectado na presença de células Rouxii, portanto, presume-se que haja mais etapas enzimáticas envolvidas. À temperatura ambiente, o HDMF também pode ser gerado quimicamente em uma solução contendo D-frutose-1,6-difosfato e NAD (P) H. NAD (P) H é necessário, e a aplicação de precursores marcados indica que o hidreto da estrutura principal de D-frutose-1,6-difosfato é transferido para C-5 ou C-6. Os processos biológicos e químicos de geração de HDMF a partir de D-frutose-1,6-difosfato parecem seguir um caminho semelhante.

Produtos naturais com atividade óptica exibem excesso enantiomérico único durante a biossíntese devido à estereosseletividade e reações catalisadas por enzimas. Embora se espere que o HDMF seja gerado através da combinação de levedura Z. rouxii e enzimas de frutas, o composto que ocorre naturalmente é racêmico. A rápida racemização do HDMF explica esse fenômeno devido ao tautomerismo dos cetoenóis. A análise de 1H-RMN e eletroforese capilar quiral da troca de prótons deutério no anel furanona de C-2 mostrou que a taxa de racemização do HDMF foi a mais baixa em pH 4-5. Portanto, para verificar a formação enzimática de HDMF, realizamos experimentos de incubação com levedura Z. rouxii e extrato protéico de morango em pH 5. A formação de HDMF enantiomericamente enriquecido foi confirmada em ambos os experimentos, enquanto furanona racêmica foi detectada sob condições de pH neutro.

3. Síntese bacteriana de furanona

HDMF foi detectado após 4 dias de crescimento de Pichia capsulata em meio peptonado de caseína contendo L-ramnose. A análise de espectrometria de massa de razão isotópica estável confirmou que L-ramnose é a fonte de carbono do HDMF. O experimento ao longo do tempo levou à hipótese de que o HDMF é formado por um intermediário produzido por Pichia pastoris durante o processo de esterilização térmica do meio de cultura, conforme proposto pela levedura conjugativa luterana. Da mesma forma, nos resultados da reação de Maillard, o HDMF foi detectado no meio preparado pelo aquecimento de açúcar e aminoácidos. No mesmo meio de fermentação, os níveis de HDMF também foram aumentados pela fermentação de Lactococcus lactis subsp. cremoris.

4. Resumo da síntese da furanona

Os compostos 3 (2H) - furanona têm baixos limites de odor e características de aroma atraentes, tornando-os importantes produtos químicos aromáticos. Eles são formados quimicamente a partir de diferentes carboidratos durante a reação de Maillard e, portanto, existem em muitos alimentos processados, contribuindo para a produção de aroma. Mas a furanona também pode ser produzida por leveduras, bactérias e plantas, e sua função fisiológica pode estar relacionada à atividade redox. Embora desoxiaçúcares como L-ramnose sejam precursores eficazes de HDMF na reação de Maillard, a D-1,6-difosfato frutose foi identificada como um precursor natural em frutas. No morango, os carboidratos fosforilados são convertidos em HMMF pela eliminação de fosfato e água, e o HMMF é finalmente reduzido a HDMF pelo FaEO (FaQR). A metilação do HDMF leva ao acúmulo de DMMF e é catalisada pelo FaOMT. No geral, foram feitos progressos significativos na elucidação das vias biossintéticas da furanona natural em microrganismos e plantas devido à aplicação de precursores marcados com isótopos. Num futuro próximo, a compreensão da sequência do genoma dos morangos silvestres ajudará a detectar genes com vias HDMF ausentes, e sistemas de imagem aprimorados ajudarão a localizar a furanona intracelular. A compreensão dos genes e enzimas relevantes fornecerá uma base para a produção de furanona natural através da biotecnologia.