TERPENY: CHARAKTERYSTYKA, BUDOWA, FUNKCJA, KLASYFIKACJA - BIOLOGIA - 2026

Powstałe terpeny lub związki izoprenoidowe są organicznymi powtarzającymi się jednostkami cząsteczek izoprenu, które są tylko węglowodorami o strukturze 5 atomów węgla. Oznacza to, że są to polimery izoprenowe o różnych długościach.

Początkowo słowo „terpen” było używane w szczególności w odniesieniu do naturalnych związków organicznych pochodzących z jednej jednostki izoprenu, ale obecnie terminy „terpen” i „izoprenoid” są używane zamiennie z dużą częstotliwością w odniesieniu do substancji jednego lub więcej jednostki izoprenowe.

Struktura jednostki izoprenowej (źródło: Edgar181, za Wikimedia Commons)

Termin „terpene” wywodzi się od angielskiego słowa „terpentyna”, które pochodzi od łacińskich słów używanych do opisania terpentyny, związku otrzymywanego z żywicy niektórych gatunków drzew iglastych.

Terpentyna zawiera pewne związki węglowodorowe, które po raz pierwszy powstały jako „terpeny”, więc tradycyjnie wszystkie naturalne związki wytwarzane z jednostek izoprenu i pochodzące z roślin są określane jako terpeny.

Te cząsteczki są syntetyzowane z acetylokoenzymu A jako cząsteczki prekursora. Początkowo zachodzi kondensacja dwóch z tych cząsteczek, tworząc acetoacetylo-CoA, który następnie reaguje z innym acetylo-CoA, tworząc β-hydroksy-β-metyloglutarylo-CoA.

Enzymatyczna redukcja poprzedniego związku w obecności wody i zależna od NADPH prowadzi do powstania kwasu mewalonowego, którego fosforylacja prowadzi do difosforanowej postaci kwasu mewalonowego. Ten ostatni związek poddaje się dekarboksylacji i odwadnianiu, uzyskując pirofosforan izopentenylu (IPP), aktywowaną jednostkę izoprenu.

Izomeryzacja IPP, niektóre kolejne jego chemiczne modyfikacje i kondensacja z innymi jednostkami IPP dają różne znane terpeny. Przykładami znanych terpenów są łańcuchy boczne witaminy A, E i K, beta-karotenu i skwalenu.

Charakterystyka terpenów

- Terpeny to na ogół lotne związki aromatyczne.

- Są to nienasycone cząsteczki węglowodorów (mają podwójne wiązania między niektórymi atomami węgla), które występują we wszystkich żywych organizmach, ale są szczególnie bogate w olejki eteryczne wielu warzyw.

- Te terpeny, które zawierają atomy tlenu, są znane jako „terpenoidy”. Związki te pełnią różne funkcje w organizmach żywych i są zaskakująco różnorodne.

- Wytwarzane są nie tylko przez gatunki roślin, ale są też bogate w wiele zwierząt, gdzie pełnią równie ważne funkcje.

Struktura

Znanych jest ponad 30 000 gatunków terpenów, a przynajmniej taka jest przybliżona liczba cytowanych w literaturze.

Jego podstawowa struktura opiera się na ogólnej zasadzie składającej się z reszt 2-metylobutanu, często znanych jako jednostki izoprenu, które są cząsteczkami zbudowanymi z 5 atomów węgla; dlatego nazywane są również „izoprenoidami”.

Terpeny występują zwykle w przyrodzie jako węglowodory, alkohole i ich glikozydy, etery, aldehydy, ketony, kwasy karboksylowe i estry.

W zależności od liczby reszt 2-metylobutanu rozróżnia się:

- Hemiterpeny (C5)

- Monoterpeny (C10)

- Seskwiterpeny (C15)

- Diterpeny (C20)

- Sesterpeny (C25)

- Triterpeny (C30)

- Tetraterpeny (C40)

- Politerpeny (C5) n, z więcej niż 8 jednostkami

Część izopropylowa każdej jednostki izoprenu jest znana jako „głowa”, a część etylowa jest znana jako „ogon”. W mono-, seskwi-, di- i sesterpenach, jednostki izoprenowe są połączone ze sobą w sekwencji głowa-ogon, ale tri- i tetraterpeny mają połączenie ogon-ogon w środku.

Należy również zauważyć, że logicznie terpeny mają liczbę atomów węgla, która jest zawsze wielokrotnością 5, ponieważ ich strukturalne „bloki” składają się z izoprenów zawierających 5 atomów węgla.

Funkcjonować

Jako związki czynne

- Terpeny to substancje odpowiedzialne za zapach, smak i niektóre szczególne działania farmakologiczne niektórych drzew iglastych i owoców cytrusowych, kolendry i lawendy, eukaliptusa, trawy cytrynowej, lilii, pieprzu i niektórych kwiatów , liście i korzenie wielu różnych roślin.

- Substancje te są wykorzystywane przez rośliny do odstraszania owadów lub drapieżników, a także do przyciągania zapylaczy i dyspergatorów ich nasion, ponieważ często są to związki lotne, które wydzielają specyficzne aromaty (te mniej lotne mają tendencję do nadawania gorzkich lub toksycznych posmaków).

- Są również związkami użytecznymi z punktu widzenia sygnalizacji i regulacji wzrostu roślin.

W przemyśle i biomedycynie

- Terpeny są używane do przygotowania i produkcji perfum, do których wykorzystuje się naturalne związki, takie jak mentol, owoce cytrusowe i wiele przypraw.

- Są również przydatne do produkcji systemów aromaterapeutycznych pochodzenia naturalnego, które tradycyjnie były stosowane w celu poprawy samopoczucia ludzi, a ponadto działają odstraszająco na niektóre owady.

- Leczniczo terpeny pochodzące np. Z olejku eukaliptusowego mają właściwości pobudzające wydzielanie śluzu, dlatego są powszechnie stosowane w preparatach wykrztuśnych.

Struktura różnych form metolu (źródło: H Padleckas, za Wikimedia Commons)

- Wiele terpenów ma również właściwości moczopędne i pomaga w łagodzeniu skurczów żołądkowo-jelitowych.

- Są również włączane do balsamów i kremów w celu zmniejszenia bólu i pokrzywki, a także w celu zmniejszenia infekcji bakteryjnych, zwłaszcza mikroorganizmów opornych na antybiotyki, takich jak drożdże i grzyby.

- Terpeny spożywane w naparach z roślin leczniczych mogą pomóc wyeliminować wzdęcia i niestrawność. Ponadto substancje te są również zawarte w wielu produktach pestycydowych.

Klasyfikacja

Terpeny są klasyfikowane według liczby jednostek izoprenowych, z których się składają, jak wspomniano wcześniej: hemiterpeny (C5); monoterpeny (C10); seskwiterpeny (C15); diterpeny (C20); sesterpeny (C25); triterpeny (C30); tetraterpeny (C40); polyterpents (C5) n, z więcej niż 8 jednostkami.

Hemiterpeny

Znanych jest około 50 rodzajów hemiterpenów, które są terpenami zbudowanymi z pojedynczej jednostki izoprenowej. 3-metylo-2-buten-1-ol (prenol) jest dobrze znany i znajduje się w oleju pozyskiwanym z kwiatów drzewa Cananga odorata i chmielu (Humulus lupulus).

Monoterpeny

Monoterpeny to terpeny złożone z 2 jednostek izoprenowych. Istnieją odmiany acykliczne i cykliczne, a łącznie istnieje około 1500 udokumentowanych związków chemicznych.

Struktura chemiczna limonenu, monoterpenu (źródło: Leyo, za Wikimedia Commons)

Większość acyklicznych monoterpenów pochodzi od 2,6-dimetylooktanu i ich jednostki izoprenowe są przyłączone „od głowy do ogona”. Niektóre z tych związków wzbogacają tkankę kwiatową pelargonii (Pelargonium sp.) I znajdują się w wosku pokrywającym upierzenie niektórych ptaków.

Monocykliczne monoterpeny to te, które mają część cykliczną w swojej strukturze, a najczęściej są to te, które mają pierścienie cyklopropanu, cyklobutanu i cykloheksanu. Istnieją również bicykliczne monoterpeny, które mają dwa pierścienie.

Sesquiterpeny

Seskwiterpeny to terpeny składające się z 3 jednostek izoprenowych, więc mają 15 atomów węgla.

Są Farneseans (którzy są odpowiedzialni za smaki jabłek, gruszek i innych owoców), Germacranians i Elemans, Humulans, Eudesman and Furanoeudesman, Eremofilanes, Furanoeremophilanes i Valerans, the Cardinans, the Drimans, the guainanos i cicloguainanos, między innymi.

Diterpeny

Diterpeny mają 4 jednostki izoprenowe (C20) i są również dość zróżnicowaną grupą terpenów, do której należą fitany, cyklofitany, labdany, pimaran i izopimaran, beyerany, atisany, giberelany, cembrany, itp.

Sesterpeny

Składają się z 5 jednostek izoprenowych i mogą być cykliczne lub acykliczne. Związki te rzadko występują w roślinach „wyższych” i stwierdzono je w niektórych gąbkach morskich i innych zwierzętach morskich.

Triterpeny

Złożone z 6 jednostek izoprenowych (C30) triterpeny są charakterystycznymi cząsteczkami niektórych roślin, ponieważ wchodzą w skład brasinosteroidów, fitoaleksyn, niektórych toksyn i niektórych wosków ochronnych.

Wiele z nich to związki liniowe, z których większość pochodzi ze skwalenu, z dwiema jednostkami farnezynowymi połączonymi ogonem z ogonem; Istnieją również cykliczne triterpeny.

Tetraterpeny

Tetraterpeny składają się z 7 jednostek izoprenowych, więc mają 35 atomów węgla. W tej grupie znajdują się karotenoidy, które występują najliczniej w przyrodzie.

Wszystkie karotenoidy to strukturalne warianty lub pochodne degradacji β-karotenu, które mają od 11 do 12 sprzężonych podwójnych wiązań. Karotenoidy znajdują się w liściach, łodygach i korzeniach roślin wyższych, stanowiąc do 0,1% suchej masy całej rośliny.

Struktura B-karotenu, tetraterpenu (źródło: NEUROtiker / Public domain, za Wikimedia Commons)

Działają jak „filtry barwne” w procesie fotosyntezy w liściach i są odpowiedzialne za żółtawe i czerwonawe zabarwienie liści niektórych drzew jesienią, ponieważ rozkładają się wolniej niż chlorofil (zielony).

Chociaż nie pełnią one takiej samej liczby funkcji jak antocyjany i flawonoidy w roślinach, karotenoidy przyczyniają się do wybarwienia kwiatów i owoców wielu warzyw.

Politerpeny

Są to izoprenoidy z ponad 8 jednostek izoprenowych. „Naturalny kauczuk”, który jest otrzymywany w wyniku koagulacji lateksu Hevea brasiliensis, składa się zasadniczo z cis-poliizoprenoidów.

Dolichole z 14-20 jednostkami izoprenowymi występują jako estry kwasu fosforowego w błonach lipidowych komórek nerwowych i niektórych gruczołach dokrewnych. Działają w transferze oligosacharydów do syntezy glikolipidów i glikoprotein.

Przykłady terpenów

- Triene

Olejek pozyskiwany z liści bazylii, liścia laurowego i gorzkiej pomarańczy jest bogaty w acykliczne monoterpenoidy znane jako „trien”, wśród których wyróżniają się β-mircen i konformacyjne izomery β-okymenu.

Struktura chemiczna mircenu, monoterpenu (źródło: Jan Herold, Leyo / Public domain, za Wikimedia Commons

- Limonene

Limonen, monoterpen występujący w skórkach owoców cytrusowych i liściach ich drzew, a także w roślinach takich jak mięta, jałowiec, marihuana, rozmaryn i sosna, jest wykorzystywany przemysłowo w farmacji, kosmetologii, biotechnologia i przemysł spożywczy.

Ma właściwości przeciwdepresyjne, przeciwlękowe, przeciwbakteryjne i immunostymulujące, dzięki czemu jest bardzo atrakcyjny z wielu punktów widzenia.

- Karotenoidy

Karotenoidy to terpeny, które działają jako naturalne pigmenty u wielu gatunków roślin, grzybów i bakterii. Są niezbędne do syntezy witaminy A u zwierząt i muszą być spożywane z pożywieniem, ponieważ organizm ludzki i inne ssaki nie są w stanie ich syntetyzować.

Bibliografia

1. Bouvier, F., Rahier, A. i Camara, B. (2005). Biogeneza, regulacja molekularna i funkcja izoprenoidów roślin. Progress in lipid research, 44 (6), 357-429.
2. Breitmaier, E. (2006). Terpeny: aromaty, zapachy, pharmaca, feromony. John Wiley & Sons.
3. Holstein, SA i Hohl, RJ (2004). Izoprenoidy: niezwykła różnorodność formy i funkcji. Lipids, 39 (4), 293-309.
4. Kandi, S., Godishala, V., Rao, P. i Ramana, KV (2015). Biomedyczne znaczenie terpenów: wgląd. Biomedycyna, 3 (1), 8–10.
5. Tetali, SD (2019). Terpeny i izoprenoidy: bogactwo związków do użytku na całym świecie. Plant, 249 (1), 1-8.