Furaneol CAS 3658-77-3

3. Bahan kimia dan tembakau sehari-hari
Produk kimia sehari-hari: Sebagai bahan baku esens, furanone dapat memberikan keharuman buah yang tahan lama pada sampo dan shower gel, serta menutupi bau menyengat bahan kimia.
Penyedap rasa tembakau: Dalam bahan tambahan filter rokok, furanon mengurangi iritasi tar, meningkatkan kenyamanan merokok, dan memberikan rasa karamel yang unik.
Perbandingan alami dan sintetis: Meskipun sejumlah kecil furanon terdapat dalam bahan alami seperti nanas dan stroberi, kandungannya tidak cukup untuk memenuhi kebutuhan industri. Industri makanan umumnya menggunakan metode sintesis kimia (seperti reaksi hidroksiketon lakton) untuk menyiapkan furanon dengan kemurnian-tinggi, yang hanya 1/10 dari biaya ekstraksi alami.

Di bidang kedokteran: pendekatan serbaguna mulai dari anti infeksi hingga anti-tumor

Aktivitas antibakteri, anti-inflamasi, dan anti biofilm furanon menjadikannya topik hangat dalam pengembangan obat, dan mekanisme kerjanya mencakup hal-hal berikut:

1. Agen antibakteri berspektrum luas
Bakteri Gram positif/negatif: Dengan mengganggu permeabilitas membran sel, mereka menghambat pembentukan biofilm oleh bakteri patogen seperti Escherichia coli dan Staphylococcus aureus. Misalnya, 2 (5H) - furanon dapat mengurangi perlekatan remaja kerang bercangkang tebal dan menghambat pembentukan biofilm bakteri laut.

1. Hipotesis Sintesis Furanon pada Stroberi

Gambar 1 Hipotesis jalur biosintetik furanon pada buah stroberi. 4-Hidroksi-5-metil-2-methylene-3 (2H) -furanone HMMF; 4-hidroksi-2, 5 - dimetil-3 (2 jam) -furanon HDMF; Stroberi kuinon oksidoreduktase (FaQR); F. Ananassa keton oksidoreduktase FaEO; F. Ananassa O-metiltransferase FaOMT.

Kemudian, murnikan sebagian enzim yang terlibat dalam biosintesis HDMF. Distribusi aktivitas enzim yang diamati berhubungan dengan keberadaan peptida tunggal. Analisis sekuens menunjukkan bahwa enzim tersebut benar-benar identik dengan sekuens protein dari quinone oxidoreductase (FaQR) yang bergantung pada auksin yang dapat diinduksi. Protein FaQR secara fungsional diekspresikan dalam Escherichia coli dan mengkatalisis pembentukan HDMF. 4-hidroksi-5-metil-2-metil-3 (2H) - furanon (HMMF) diidentifikasi sebagai substrat alami FaQR dan prekursor HDMF (Gambar 1).

FaQR mengkatalisis reduksi ikatan tak jenuh alfa dan beta dalam ketena HMMF yang sangat reaktif, yang kemudian berganti nama menjadi F Ananassa keton oksidoreduktase (FaEO). FaEO tidak mereduksi ikatan rangkap rantai lurus 2-enal dan 2-enal, melainkan menghidrogenasi beberapa turunan HMMF yang disubstitusi dengan gugus fungsi metilen. HMMF juga terdeteksi pada buah tomat dan nanas, menunjukkan bahwa HDMF disintesis melalui jalur yang sama pada buah yang berbeda. Kloning Solanum lycopersicon EO (SlEO) dari cDNA dan identifikasi protein rekombinan. Studi biokimia telah mengkonfirmasi bahwa SlEO terlibat dalam pembentukan HDMF pada buah tomat. Dibandingkan dengan dua reduktase non flavon yang bergantung pada NAD (P) H lainnya, FaEO dan SlEO menunjukkan spektrum substrat yang lebih sempit. Sampai saat ini, untuk menjelaskan mekanisme molekuler dari reaksi khusus yang dikatalisis oleh FaEO, struktur kristalnya ditentukan dalam enam keadaan atau kompleks berbeda, termasuk kompleks dengan HDMF dan tiga analog substrat. Hasilnya menunjukkan bahwa 4R hidrida NAD (P) H ditransfer ke cincin luar karbon C-6 tak jenuh dari HMMF, membentuk zat antara enol yang tidak aktif secara optik, yang kemudian mengalami protonasi untuk membentuk HDMF.

Perlu dicatat bahwa beberapa laporan menunjukkan bahwa produksi furanon mungkin bukan merupakan aktivitas langsung jalur metabolisme tanaman, melainkan upaya gabungan tanaman stroberi dan bakteri terkait - Methanobacterium. Namun, rute yang diusulkan tidak meyakinkan karena terdapat laporan yang bertentangan mengenai langkah akhir HDMF dan DMMF, dan eksperimen pelacak tidak mendukung usulan konversi produk antara laktosa dan 6-deoksi-D-fruktosa-1-fosfat menjadi furanon.

2. Ragi sintesisFuranol

Sebagai komponen rasa utama kecap fermentasi, HEMF telah diisolasi dari kecap fermentasi untuk pertama kalinya. Pembentukan HEMF dipromosikan dengan membiakkan ragi toleran garam, Zygosaccharomyces rouxii, dalam media yang mengandung produk reaksi ribosa dan glisin aminokarbonil (Maillard). Mekanisme senyawa dipelajari menggunakan isotop stabilnya. Kerangka pentagonal dan metil rantai samping HEMF berasal dari ribosa, sedangkan gugus etil berasal dari D-glukosa atau asetaldehida. Peran yeast dalam pembentukan HEMF tidak hanya menyediakan metabolit D-glukosa (asetaldehida), tetapi juga mengikat produk reaksi Maillard dengan metabolit D-glukosa.

Setelah inkubasi dengan beberapa karbohidrat fosfat, pembentukan HMF ditemukan pada ekstrak sitoplasma Saccharomyces cerevisiae. Karena HMF terbentuk secara spontan dari ribulosa-5-fosfat melalui zat antara Maillard 4,5-dihidroksi-2,3-pentanedion, dapat diasumsikan bahwa ribulosa-5-fosfat dihasilkan secara enzimatis dalam ekstrak sitoplasma dan kemudian diubah menjadi HMF melalui reaksi kimia. Hipotesis ini dikonfirmasi oleh produksi hidroksimetilfurfural dalam campuran yang mengandung enzim dan isotop berlabel D-glukosa-6-fosfat yang tersedia secara komersial. Menariknya, HMF telah diidentifikasi sebagai molekul pemberi sinyal ekstraseluler Al-2 yang dikatalisis oleh enzim LuxS dan berperan dalam komunikasi antar sel bakteri. Pembentukan kimia Al-2 dari 5-fosfat ribulosa juga dapat terjadi secara in vivo, yang mungkin menjadi alasan aktivitas mirip Al-2 pada organisme yang kekurangan gen luxS.

Proses pembentukan HDMF pada ragi Z. rouxii dalam kondisi kultur yang berbeda dipelajari menggunakan D-1,6-fruktosa difosfat sebagai bahan baku. Ketika fruktosa D-1,6-difosfat digunakan sebagai satu-satunya sumber karbon, pertumbuhan ragi Z. rouxii dan pembentukan HDMF tidak signifikan. Meskipun sel ragi Z. rouxii tumbuh dalam media dengan D-glukosa sebagai satu-satunya sumber karbon, HDMF hanya diproduksi bila D-fruktosa-1,6-difosfat ditambahkan. Tingkat HDMF secara konsisten berkorelasi dengan jumlah sel ragi dan konsentrasi D-fruktosa-1,6-difosfat. Setelah penambahan 1-13C-D-fruktosa-1,6-difosfat, hanya terbentuk HDMF berlabel tunggal, sedangkan setelah penambahan 13C6-D-glukosa, terbentuk furanon tidak berlabel. Oleh karena itu, karbon HDMF seluruhnya berasal dari D-fruktosa-1,6-difosfat eksogen. Nilai pH media kultur yang lebih tinggi berpengaruh positif terhadap pembentukan HDMF, namun dapat memperlambat pertumbuhan sel, sehingga nilai pH optimal adalah 5,1. Stres garam merangsang produksi HDMF. Menambahkan o-phenylenediamine (reagen penangkapan untuk zat antara - dikarbonil (Maillard)) ke media kultur dapat menghasilkan tiga turunan kuinolon yang berasal dari D-fruktosa-1,6-difosfat. Identifikasi struktur ini untuk pertama kalinya mengkonfirmasi pembentukan kimia 1-deoksi-2,3-heksadisase-6-fosfat, suatu zat antara dalam jalur pembentukan HDMF yang diperkirakan secara luas tetapi tidak pernah ditemukan. Karena HDMF hanya tersedia di Z Terdeteksi dengan adanya sel Rouxii, oleh karena itu diasumsikan ada lebih banyak langkah enzim yang terlibat. Pada suhu sekitar, HDMF juga dapat dihasilkan secara kimia dalam larutan yang mengandung D-fruktosa-1,6-difosfat dan NAD (P) H. NAD (P) H diperlukan, dan penerapan prekursor berlabel menunjukkan bahwa hidrida tulang punggung D-fruktosa-1,6-difosfat ditransfer ke C-5 atau C-6. Proses biologis dan kimia untuk menghasilkan HDMF dari D-fruktosa-1,6-difosfat tampaknya mengikuti jalur yang sama.

Produk alami dengan aktivitas optik menunjukkan kelebihan enantiomer yang unik selama biosintesis karena stereoselektivitas dan reaksi yang dikatalisis oleh enzim. Meskipun HDMF diharapkan dihasilkan melalui kombinasi ragi Z. rouxii dan enzim buah, senyawa alami tersebut bersifat rasemat. Rasemisasi HDMF yang cepat menjelaskan fenomena ini karena tautomerisme ketoenol. Analisis 1H-NMR dan elektroforesis kapiler kiral pertukaran proton deuterium pada cincin furanon C-2 menunjukkan bahwa laju rasemisasi HDMF paling rendah pada pH 4-5. Oleh karena itu, untuk memverifikasi pembentukan HDMF secara enzimatik, kami melakukan percobaan inkubasi dengan ragi Z. rouxii dan ekstrak protein stroberi pada pH 5. Pembentukan HDMF yang diperkaya secara enansiomer dikonfirmasi dalam kedua percobaan, sedangkan rasemat furanon terdeteksi pada kondisi pH netral.

3. Sintesis bakteri furanon

HDMF terdeteksi setelah 4 hari pertumbuhan Pichia capsulata pada medium kasein pepton yang mengandung L-rhamnose. Analisis spektrometri massa rasio isotop stabil menegaskan bahwa L-rhamnose adalah sumber karbon HDMF. Eksperimen jangka waktu ini menghasilkan hipotesis bahwa HDMF dibentuk oleh zat antara yang diproduksi oleh Pichia pastoris selama proses sterilisasi termal media kultur, seperti yang diusulkan oleh ragi konjugatif Lutheran. Demikian pula pada hasil reaksi Maillard, HDMF terdeteksi dalam media yang dibuat dengan memanaskan gula dan asam amino. Pada media fermentasi yang sama, kadar HDMF juga ditingkatkan dengan fermentasi Lactococcuslactis subsp. kremoris.

4. Ringkasan sintesis furanon

3 (2H) - senyawa furanon memiliki ambang batas bau yang rendah dan karakteristik aroma yang menarik, menjadikannya bahan kimia aromatik yang penting. Mereka secara kimia terbentuk dari karbohidrat yang berbeda selama reaksi Maillard, dan oleh karena itu terdapat di banyak makanan olahan, berkontribusi terhadap produksi aroma. Tapi furanon juga dapat diproduksi oleh ragi, bakteri, dan tumbuhan, dan fungsi fisiologisnya mungkin terkait dengan aktivitas redoks. Meskipun gula deoksi seperti L-rhamnose merupakan prekursor efektif untuk HDMF dalam reaksi Maillard, fruktosa D-1,6-difosfat telah diidentifikasi sebagai prekursor alami dalam buah-buahan. Pada buah stroberi, karbohidrat terfosforilasi diubah menjadi HMMF melalui eliminasi fosfat dan air, dan HMMF pada akhirnya direduksi menjadi HDMF oleh FaEO (FaQR). Metilasi HDMF menyebabkan akumulasi DMMF dan dikatalisis oleh FaOMT. Secara keseluruhan, kemajuan signifikan telah dicapai dalam menjelaskan jalur biosintetik furanon alami pada mikroorganisme dan tanaman karena penerapan prekursor berlabel isotop. Dalam waktu dekat, memahami urutan genom stroberi hutan akan membantu mendeteksi gen yang kehilangan jalur HDMF, dan sistem pencitraan yang lebih baik akan membantu menemukan lokasi furanon intraseluler. Memahami gen dan enzim yang relevan akan memberikan landasan bagi produksi furanon alami melalui bioteknologi.