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Acido protocatecuico

composto chimico

L'acido protocatecuico o protocatechico, con nome sistematico acido 3,4-diidrossibenzoico, abbreviato 3,4DHBA, è un acido fenolico presente in natura.

Acido protocatecuico
Nome IUPAC
Acido 3,4-diidrossibenzoico
Abbreviazioni
34DHBA, PCA
Nomi alternativi
Acido protocatechico, acido 3,4-diidrossibenzoico, protocatecuato
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareC7H6O4
Massa molecolare (u)154,12
Aspettocomposto solido e leggero di color marrone
Numero CAS99-50-3
Numero EINECS202-760-0
PubChem72
DrugBankDBDB03946
SMILES
C1=CC(=C(C=C1C(=O)O)O)O
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/l, in c.s.)1 540
Costante di dissociazione acida (pKa) a 298,15 K4,48 (COOH)[1]
Solubilità in acqua0,124 g/l
Temperatura di fusione221 °C (si decompone)
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
irritante pericoloso per l'ambiente
Frasi H315 - 319 - 335 - 411
Consigli P261 - 264 - 271 - 273 - 280 - 302+352 - 304+340 - 305+351+338 - 312 - 321 - 332+313 - 337+313 - 362 - 391
Spettrogramma a UV dell'acido protocatecuico

La struttura è costituita da quella dell'acido 4-idrossibenzoico, cioè da un anello benzenico con un gruppo carbossilico e due gruppi idrossilici come sostituenti in posizione 3 e 4 dell'anello benzenico. È un solido cristallino bianco poco solubile in acqua.

Il suo utilizzo è ammesso dal regolamento UE delle sostanze aromatizzanti per uso alimentare.[2] Produce un caratteristico sapore e odore delicato, con note balsamiche e fenoliche.

Occorrenza in natura

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L'acido protocatecuico In natura, si presenta in forma libera e sotto forma di derivati, soprattutto come esteri o glucosidi.

In molte piante la sua presenza, come per altri acidi fenolici, viene considerata una risposta, ad attacchi da parte di agenti patogeni. Una delle più alte concentrazioni di 3,4DHBA libero rilevate si trova nelle bucce (scaglie) delle cipolle rosse e gialle dove vari studi hanno riscontrato una specifica resistenza all'attacco di vari funghi patogeni (Cochliobolus Cichlasoma, Gibberellin sacaton, Aspergillus niger,...).[3][4]

La presenza nei funghi del 3,4DHBA è stata documentata in molte specie: Agaricus Bisporus, Agaricus Blazei, Coprinus Comatus, Cordyceps Sinensis, Coriolus Versicolor, Flammulina Velutipes, Ganoderma Applanatum, Ganoderma Lucidum, Inonotus Obliquus, Laetiporus Sulphureus, Lentinus Edodes, Meripilus Giganteus, Panus Tigrinus, Phellinus Linteus, Pleurotus Eryngii, Pleurotus Ostreatus, Sparassis Crispa.[5]

Può essere isolato in alcuni estratti utilizzati come medicine erbali, come dalla corteccia di Boswellia dalzielii e dalle foglie di Diospyros melanoxylon o dai fiori di Hibiscus sabdariffa.[6][7][8][9][10]

È considerato un componente attivo nella fitoterapia tradizionale cinese essendo presente nelle seguenti erbe: Stenoloma chusanum (L.) Ching, Ilex chinensis Sims, Cibotium barometz (L.) J.Sm.[11]

È stato dimostrato che la denaturazione e indurimento (sclerotizzazione) della componente proteica della cuticola degli insetti ed alcuni altri artropodi è dovuto all'azione di un agente prodotto dall'ossidazione di una sostanza fenolica (concia fenolica). La sostanza fenolica interessata in alcune specie, come ad esempio per la sclerotizzazione dell'ooteca dello scarafaggio, è l'acido protocatecuico.[12]

Concentrazione massima rilevata
Pianta PPM (Max)
Allium cepa rossa o gialla Buccia 1250.0[4]
Coriandrum sativum Pianta 179,0
Solidago gigantea Pianta 151.0
Fagopyrum esculentum Achenio 134.0
Origanum vulgare Foglia 132.0
Schisandra chinensis Bacca 58.3
Taxus baccata Foglia 35.0
Artemisia dracunculus Foglia 17.0

L'acido protocatechico si trova tra i prodotti della idrolisi alcalina di numerose sostanze naturali (resine varie, ecc.).

Negli alimenti

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La presenza in tanti vegetali comporta la presenza anche nelle loro parti o derivati edibili.

Concentrazione di acido protocatecuico negli alimenti[13]
Cibo Concentrazione Unità
Olio di Açaí (Euterpe oleracea)[14] 63,00 mg / 100 g
Olive nere 6,00 mg / 100 g
Dattero, essiccato 4,94 mg / 100 g
Anice stellato 32,20 mg / 100 g
Cicoria verde, cruda 21,79 mg / 100 g
Sorgo, grano intero 2,55 mg / 100 g
Data, fresca 2,27 mg / 100 g
Cipolla rossa, cruda 2,00 mg / 100 g
Cicoria rossa, cruda 16,78 mg / 100 g
Cannella di Ceylan 1,16 mg / 100 g
Scalogno, crudo 1,00 mg / 100 g
Cipolla gialla, cruda 1,00 mg / 100 g
Aceto di vino 0,81 mg / 100 ml
Succo di Mela puro 0,76 mg / 100 ml
Olive verdi 0,67 mg / 100 g
Melanzane, crude 0,58 mg / 100 g
Sherry 0,56 mg / 100 ml
Noce, liquore 0,52 mg / 100 ml
Chiodi di garofano 0,52 mg / 100 g
Cavolfiore, crudo 0,44 mg / 100 g
Vino bianco 0,33 mg / 100 ml
Uva, uva passa 0,32 mg / 100 g
Birra analcolica 0,27 mg / 100 ml
Vino Rosato 0,26 mg / 100 ml
Mandorla 0,26 mg / 100 g
Vino rosso 0,17 mg / 100 ml
Olio vergine di Oliva 0,15 mg / 100 g
Lenticchie, intere, crude 0,14 mg / 100 g
Mais, farina raffinata 0,09 mg / 100 g
Succo di Melograno,puro 0,08 mg / 100 ml
Lenticchie, decorticate, crude 0,07 mg / 100 g
Succo di Uva 0,06 mg / 100 ml
Birra 0,05 mg / 100 ml
Avena, farina raffinata 0,04 mg / 100 g
Champagne 0,03 mg / 100 ml
Succo di Kiwi 0,02 mg / 100 ml
Noce moscata 0,01 mg / 100 g

Per la sua specificità l'acido protocatechico può essere un potenziale biomarcatore del consumo di questi alimenti.

Metabolismo

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In varie specie viventi, soprattutto vegetali, sono state individuate molte reazioni biochimiche di sintesi (anabolismo) e di degradazione (catabolismo) del 3,4DHBA. Il 3,4DHBA è inoltre intermedio in alcune reazioni biochimiche che avvengono in natura. Nell'uomo l'acido protocatechico è uno dei principali metaboliti delle catechine presenti dopo il consumo di infusi di tè verde.[15]

Anabolismo

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I vari enzimi che possono catalizzare la biosintesi del 3,4DHBA possono agire su vari substrati, di cui i principali sono gli acidi: 3-idrossibenzoico, 4-idrossibenzoico,3-deidroshikimico, 3,4-diidrossiftalico, 4,5-diidrossiftalico, a volte con NADH e NADPH come cessori di elettroni.

Biosintesi dell'acido protocatecuico
Enzima Reazione
 
3-deidroshikimato disidratasi[16]  
(3S, 4R)-3,4-diidrossicicloesa-1,5-diene-1,4-dicarbossilato deidrogenasi[17]  
 
3-idrossibenzoato 4-monoossigenasi[18]  
4-idrossibenzoato 3-monoossigenasi (NAD(P)H)[19]  
 
4-solfobenzoato 3,4-diossigenasi[20]  
Vanillato monoossigenasi[21]  
3,4-diidrossiftalato decarbossilasi[22]  
4,5-diidrossiftalato decarbossilasi[23]  

Catabolismo

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Alcuni enzimi catalizzano la degradazione o trasformazione del 3,4DHBA

L'enzima protocatecuato decarbossilasi utilizza 3,4-diidrossibenzoato per produrre catecolo e CO 2.[24]

 

Gli enzimi NADH:ossigeno ossidoriduttasi e 4-idrossibenzoato 1-monoossigenasi catalizzano la reazione di 3,4DHBA con NADH per produrre idrossi-idrochinone (1,2,4-benzentriolo)[25]

 

L'enzima protocatecuato 3,4-diossigenasi utilizza 3,4-dihydroxybenzoate e O2 per produrre 3-carbossi cis,cis-muconato.[26]

 

L'enzima protocatecuato 4,5-diossigenasi utilizza il 3,4DHBA per produrre 4-carbossi-2-idrossi-cis,cis-muconato 6-semialdeide;[27]

 

Produzione

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Sintesi chimica

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L'acido protocatechico è sintetizzato dall'acido p- idrossibenzoico; questo viene convertito in acido m-cloro-p-idrossibenzoico e quest'ultimo viene riscaldato con idrossido di potassio sotto pressione.

 

Un'altra sintesi è basata sulla vanillina e conduce attraverso la demetilazione dell'acido vanillico o del suo sale di potassio all'acido protocatecuico:

 

Quando l'acido piperonlico viene riscaldato con acido cloridrico o acido iodidrico, si forma anche acido protocatecuico. Quantità equimolari di formaldeide vengono prodotte come sottoprodotto.

 

Biosintesi

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È stata sviluppata anche la sintesi biologica con batteri pseudomonas putida geneticamente modificati in grado di convertire l'acido p-cumarico, presente nell'idrolizzato di lignina derivato dalla crusca di mais, in acido protocatecuico con una resa del 90%.[28]

Utilizzo

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Oltre che come additivo alimentare l'acido protocatecuico, per le sue proprietà antiossidanti, antimicrobiche e schiarenti[29], può essere utilizzato come ingrediente cosmetico, con nome INCI: 3,4-DIHYDROXYBENZOIC ACID.[30]

L'acido protocatecuico trova applicazioni anche in bioplastiche, polimeri e anche film attivi a base biologica per migliorare la conservazione degli alimenti.

Farmacologia

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Vari studi sull'acido 3,4DHBA hanno segnalato la sua potenziale attività antiossidante, antibatterica, antitumorale, antiulcera, antidiabetica, antiageing, antifibrotica, antivirale, antinfiammatoria, analgesica, antiaterosclerotica, cardiaca, epatoprotettiva, neurologica e nefroprotettiva.[31][32][33]

Studi in vivo sembrano confermare una attività protettiva contro la tossicità epatica indotta chimicamente. Questi sono stati condotti misurando dei marcatori chimici ed effettuando una valutazione istologica.[34] Test in vitro hanno invece dimostrato la sua attività antiossidante e antinfiammatoria.

Inoltre, altri studi affermano che l'acido protocatecuico porti ad apoptosi le cellule leucemiche nell'uomo oltre che le cellule HSG1 maligne prelevate da tumori della cavità orale.[35] Tuttavia sembra avere effetti ambigui sui tumori della pelle del topo indotti da TPA. In base alla quantità di 3,4DHBA e dal tempo che precede l'applicazione, il 3,4DHBA sembra ridurre o aumentare la crescita del tumore.[36] In parallelo, l'acido sembra aumentare la proliferazione e inibire l'apoptosi delle cellule staminali nervose.[37] In un modello in vitro con cellule leucemiche HL-60 l'acido protocatecuico ha anche mostrato un effetto antigenotossico e un'attività tumoricida.[38] Mentre in due sperimentazioni precliniche, l'acido protocatechuico estratto da Hibiscus sabdariffa ha mostrato un'eccellente capacità di inibizione della replicazione del virus dell'herpes simplex di tipo 2[39] oltre a disattivare potentemente l'attività catalitica dell'ureasi.[40]

I presunti effetti farmacologici dell'acido protocatecuico sono attualmente oggetto di ricerca ed anche oggetto di controversia visto che molte ricerche hanno raggiunto conclusioni opposte.

Note

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  1. ^ R. M. C. Dawson, Data for Biochemical Research, Oxford, Clarendon Press, 1959.
  2. ^ REGOLAMENTO DI ESECUZIONE (UE) N. 872/2012 DELLA COMMISSIONE del 1 ottobre 2012 che adotta l'elenco di sostanze aromatizzanti di cui al regolamento (CE) n. 2232/96, su eur-lex.europa.eu.
  3. ^ J. C. Walker e Karl Paul Link, Toxicity of Phenolic Compounds to Certain Onion Bulb Parasites, in Botanical Gazette, vol. 96, n. 3, 1935, pp. 468-484. URL consultato il 24 marzo 2021.
  4. ^ a b (EN) Further observations on the occurrence of protocatechuic acid in pigmented Onion scales and its relation to disease resistance in the Onion. [collegamento interrotto], su cabi.org, 1929. URL consultato il 23 marzo 2021.
  5. ^ mVOC 2.0 [collegamento interrotto], su bioinformatics.charite.de. URL consultato il 24 marzo 2021.
  6. ^ (EN) Marius Mbiantcha, Jabeen Almas e Albert Donatien Atsamo, Anti-inflammatory and anti-arthritic effects of methanol extract of the stem bark of Boswellia dalzielii Hutch (Burseraceae) in rats, in Inflammopharmacology, vol. 26, n. 6, 1º dicembre 2018, pp. 1383-1398, DOI:10.1007/s10787-018-0505-x. URL consultato il 24 marzo 2021.
  7. ^ Uppuluri V. Mallavadhani e Anita Mahapatra, A new aurone and two rare metabolites from the leaves of Diospyros melanoxylon, in Natural Product Research, vol. 19, n. 1, 1º gennaio 2005, pp. 91-97, DOI:10.1080/14786410410001704705. URL consultato il 24 marzo 2021.
  8. ^ (EN) Sherif T. S. Hassan e Emil Švajdlenka, Biological Evaluation and Molecular Docking of Protocatechuic Acid from Hibiscus sabdariffa L. as a Potent Urease Inhibitor by an ESI-MS Based Method, in Molecules, vol. 22, n. 10, 2017/10, p. 1696, DOI:10.3390/molecules22101696. URL consultato il 24 marzo 2021.
  9. ^ (EN) Tsui-Hwa Tseng, Jeng-Dong Hsu e Ming-Hsiang Lo, Inhibitory effect of Hibiscus protocatechuic acid on tumor promotion in mouse skin, in Cancer Letters, vol. 126, n. 2, 24 aprile 1998, pp. 199-207, DOI:10.1016/S0304-3835(98)00010-X. URL consultato il 24 marzo 2021.
  10. ^ (EN) Hibiscus sabdariffa L. – A phytochemical and pharmacological review, in Food Chemistry, vol. 165, 15 dicembre 2014, pp. 424-443, DOI:10.1016/j.foodchem.2014.05.002. URL consultato il 24 marzo 2021.
  11. ^ Xican Li, Xiaozhen Wang e Dongfeng Chen, Antioxidant Activity and Mechanism of Protocatechuic Acid in vitro, in Functional Foods in Health and Disease, vol. 1, n. 7, 31 luglio 2011, p. 232, DOI:10.31989/ffhd.v1i7.127, ISSN 2160-3855 (WC · ACNP).
  12. ^ R. H. Hackman, M. G. M. Pryor e A. R. Todd, The occurrence of phenolic substances in arthropods, in Biochemical Journal, vol. 43, n. 3, 1948, pp. 474-477. URL consultato il 22 marzo 2021.
  13. ^ Showing all foods in which the polyphenol Protocatechuic acid is found - Phenol-Explorer, su phenol-explorer.eu. URL consultato il 24 marzo 2021.
  14. ^ Chemical composition, antioxidant properties, and thermal stability of a phytochemical enriched oil from Açaí (Euterpe oleracea Mart.), in J Agric Food Chem, vol. 56, n. 12, Jun 2008, pp. 4631-4636, DOI:10.1021/jf800161u, PMID 18522407.
  15. ^ (EN) P. G. Pietta, P. Simonetti e C. Gardana, Catechin metabolites after intake of green tea infusions, in BioFactors, vol. 8, n. 1-2, 1998, pp. 111-118, DOI:10.1002/biof.5520080119. URL consultato il 21 marzo 2021 (archiviato dall'url originale il 18 novembre 2020).
  16. ^ KEGG REACTION: R01627, su kegg.jp. URL consultato il 23 marzo 2021.
  17. ^ KEGG REACTION: R01633, su kegg.jp. URL consultato il 23 marzo 2021.
  18. ^ KEGG REACTION: R01628, su kegg.jp. URL consultato il 23 marzo 2021.
  19. ^ KEGG REACTION: R01296, su kegg.jp. URL consultato il 23 marzo 2021.
  20. ^ KEGG REACTION: R01636, su kegg.jp. URL consultato il 23 marzo 2021.
  21. ^ KEGG REACTION: R05274, su kegg.jp. URL consultato il 23 marzo 2021.
  22. ^ KEGG REACTION: R01634, su kegg.jp. URL consultato il 23 marzo 2021.
  23. ^ KEGG REACTION: R01635, su kegg.jpaccesso=2021-03-23.
  24. ^ KEGG REACTION: R00822, su kegg.jp. URL consultato il 23 marzo 2021.
  25. ^ KEGG REACTION: R01629, su kegg.jp. URL consultato il 23 marzo 2021.
  26. ^ KEGG REACTION: R01631, su kegg.jp. URL consultato il 23 marzo 2021.
  27. ^ KEGG REACTION: R01632, su kegg.jp. URL consultato il 23 marzo 2021.
  28. ^ (ZH) Protocatechuic acid production from lignin-associated phenolics,Preparative Biochemistry & Biotechnology - X-MOL, su x-mol.com. URL consultato il 24 marzo 2021.
  29. ^ Tzung-Han Chou, Hsiou-Yu Ding e Rong-Jyh Lin, Inhibition of melanogenesis and oxidation by protocatechuic acid from Origanum vulgare (oregano), in Journal of Natural Products, vol. 73, n. 11, 29 novembre 2010, pp. 1767-1774, DOI:10.1021/np100281g. URL consultato il 22 marzo 2021.
  30. ^ CosIng - Cosmetics - 3,4-DIHYDROXYBENZOIC ACID - European Commission, su ec.europa.eu. URL consultato il 22 marzo 2021.
  31. ^ (EN) Protocatechuic acid - Search Results - PubMed, su PubMed. URL consultato il 24 marzo 2021.
  32. ^ (EN) Sahil Kakkar, Souravh Bais, A Review on Protocatechuic Acid and Its Pharmacological Potential, su ISRN Pharmacology, 26 marzo 2014. URL consultato il 24 marzo 2021.
  33. ^ R. Masella, C. Santangelo e M. D'Archivio, Protocatechuic acid and human disease prevention: biological activities and molecular mechanisms, in Current Medicinal Chemistry, vol. 19, n. 18, 2012, pp. 2901-2917, DOI:10.2174/092986712800672102. URL consultato il 24 marzo 2021.
  34. ^ C.-L. Liu, J.-M. Wang e C.-Y. Chu, In vivo protective effect of protocatechuic acid on tert-butyl hydroperoxide-induced rat hepatotoxicity, in Food and Chemical Toxicology, vol. 40, n. 5, 2002, pp. 635-41, DOI:10.1016/s0278-6915(02)00002-9, PMID 11955669.
  35. ^ H. Babich, A. Sedletcaia e B. Kenigsberg, In vitro cytotoxicity of protocatechuic acid to cultured human cells from oral tissue: involvement in oxidative stress, in Pharmacology & Toxicology, vol. 91, n. 5, November 2002, pp. 245-253, DOI:10.1034/j.1600-0773.2002.910505.x, PMID 12570031.
  36. ^ Y. Nakamura, K. Torikai e Y. Ohto, A simple phenolic antioxidant protocatechuic acid enhances tumor promotion and oxidative stress in female ICR mouse skin: dose- and timing-dependent enhancement and involvement of bioactivation by tyrosinase, in Carcinogenesis, vol. 21, n. 10, October 2000, pp. 1899-1907, DOI:10.1093/carcin/21.10.1899, PMID 11023549.
  37. ^ S. Guan, D. Ge e T. Q. Liu, Protocatechuic acid promotes cell proliferation and reduces basal apoptosis in cultured neural stem cells, in Toxicology in Vitro, vol. 23, n. 2, March 2009, pp. 201-208, DOI:10.1016/j.tiv.2008.11.008, PMID 19095056.
  38. ^ J. Anter, M. Romero Jiménez e Z. Fernández Bedmar, Antigenotoxicity, cytotoxicity, and apoptosis induction by apigenin, bisabolol, and protocatechuic acid, in Journal of Medicinal Food, vol. 14, n. 3, March 2011, pp. 276-283.
  39. ^ S. T. S. Hassan, E. Švajdlenka e K. Berchová-Bímová, Hibiscus sabdariffa L. and its bioactive constituents exhibit antiviral activity against HSV-2 and anti-enzymatic properties against urease by an ESI–MS based assay, in Molecules, vol. 22, n. 5, April 2017, p. 722.
  40. ^ S. T. S. Hassan e E. Švajdlenka, Biological evaluation and molecular docking of protocatechuic acid from Hibiscus sabdariffa L. as a potent urease inhibitor by an ESI–MS based method, in Molecules, vol. 22, n. 10, October 2017, p. 1696.

Voci correlate

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