Карминовая кислота: от насекомых до биосинтеза и применения.
Carminic acid
Карминовая кислота (C22H20O13) – натуральный красный пигмент из насекомых кошенили. Используется как краситель, известен с 700 г. н.э. Химический состав и свойства.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Карминовая кислота (C22H20O13) — это красный глюкозидальный гидроксиантрапурин, который естественным образом содержится в некоторых чешуекрылых насекомых, таких как кошениль, армянский кошениль и польский кошениль. Насекомые производят эту кислоту в качестве средства защиты от хищников. Алюминиевая соль карминовой кислоты является красящим веществом кармина, представляющего собой пигмент. Коренные жители Перу производили красители из кошенили для текстиля, по крайней мере, с 700 года нашей эры. Химическая структура карминовой кислоты состоит из основного антрахинонового ядра, связанного с глюкозным фрагментом. Карминовая кислота была впервые синтезирована в лаборатории органическими химиками в 1991 году. В 2018 году исследователи генетически модифицировали микроорганизм Aspergillus nidulans для производства карминовой кислоты. Ранее предполагалось, что она содержит α-D-глюкопиранозильный остаток, который впоследствии был уточнен как β-D-глюкопиранозильный аномер.
Carminic acid (C22H20O13) is a red glucosidal hydroxyanthrapurin that occurs naturally in some scale insects, such as the cochineal, Armenian cochineal, and Polish cochineal. The insects produce the acid as a deterrent to predators. An aluminum salt of carminic acid is the coloring agent in carmine, a pigment. Natives of Peru had been producing cochineal dyes for textiles since at least 700 CE. The chemical structure of carminic acid consists of a core anthraquinone structure linked to a glucose sugar unit. Carminic acid was first synthesized in the laboratory by organic chemists in 1991. In 2018, researchers genetically engineered the microbe Aspergillus nidulans to produce carminic acid. It was previously thought that it contains α D glucopyranosyl residue, which was later redetermined to be the β D glucopyranosyl anomer.
Уборка кошениль
Карминовая кислота обычно извлекается из американского вида чешуекрылых насекомых, называемого Dactylopius coccus (или кошениль). Кошениль – это паразитические чешуекрылые насекомые, в изобилии встречающиеся на растениях-хозяевах, кактусах колючей груши, произрастающих в Мексике и Южной Америке. Насекомых выращивают или собирают из диких популяций, главным образом для самок этого вида, лишенных крыльев, которые прикрепляются к кактусу и численно превосходят крылатых самцов в соотношении двести к одному. Традиционно, культивируемые особи выращивались из яиц, отложенных рабочими на листья кактусов, и оставлялись для роста. Там самки кошенили оставались неподвижными около 3 месяцев, после чего их соскребали, собирали и сушили для транспортировки. В работе Эйснера 1980 года отмечается, что красный цвет карминовой кислоты, выделяющейся при раздавливании кошенили, также может служить визуальным предупреждающим сигналом для хищников. Пиралидная моль (Laetilia coccidivora) – один из таких хищников, который питается кошенилью, накапливая карминовую кислоту своей добычи в собственном теле для защиты от хищников. Биосинтез карминовой кислоты можно разделить на три стадии. На стадии инициации участвуют трансферазы, которые присоединяют ацетил (AT) и малонил-КоА (MCAT) к ацильному белку-носителю (АКБ), образуя ацетил-АКБ и малонил-АКБ соответственно. Ацетил-АКБ служит инициатором декарбоксилирующей конденсации с малонил-КоА, катализируемой белком кетоацилсинтазой (КС). Полученный ацетоацетил-АКБ является самым простым поликетидом, образующимся в этом пути, и впоследствии конденсируется еще с шестью единицами малонил-АКБ перед циклизацией.
Carminic acid is commonly harvested from an American species scaled insects called Dactylopius coccus (or cochineals). Cochineals are parasitic scaled insects which are abundantly found on their host plants, the prickly pear cactus native to Mexico and South America. The insects are either cultivated or harvested from wild populations, mainly for the wingless females of the species which attach themselves to the cactus and outnumber the winged males of the species two hundred to one. Classically, cultivated species were grown from eggs placed by workers onto the cactus leaves and left to grow. There the female cochineals would remain immobile for about 3 months until being brushed off, collected, and dried for shipping. In Eisner's 1980 paper, he notes that the red colour of the carminic acid released when the cochineals are crushed could also be a visual aposematic deterrent for predators as well. The pyralid moth (Laetilia coccidivora) is one such predator which feeds on cochineals, sequestering their prey's carminic acid in their own body for defense against predators. The biosynthesis of carminic acid can be divided into three stages. The initiation stage involves transferases that load acetyl (AT) and malonyl CoA (MCAT) to the acyl carrier protein (ACP) forming acetyl and malonyl ACP, respectively. The acetyl ACP acts as a priming unit for the decarboxylative condensation with malonyl CoA catalyzed by a ketoacyl synthase (KS) protein. The resulting acetoacetyl ACP is the simplest polyketide produced by this pathway, and it is subsequently condensed with six more malonyl ACP units before cyclizing.