TERPENI: ZNAČILNOSTI, STRUKTURA, FUNKCIJA, RAZVRSTITEV - BIOLOGIJA - 2024

V terpeni ali izoprenoid spojine, nastale so organske ponavljajočih se enot izoprena molekul, ki so samo ogljikovodiki strukturirane 5 atomov ogljika. Se pravi, da gre za izoprenske polimere različnih dolžin.

V začetku je bila beseda "terpen" posebej uporabljena za označevanje naravnih organskih spojin, ki izhajajo iz ene same enote izoprena, danes pa se izraza "terpen" in "izoprenoid" uporabljata zamenljivo z veliko pogostnostjo za označevanje snovi ene ali več izoprenske enote.

Struktura izoprenske enote (Vir: Edgar181, prek Wikimedia Commons)

Izraz "terpen" izvira iz angleške besede "terpentin", ki izhaja iz latinskih besed, ki se uporabljajo za opisovanje terpentina, spojine, pridobljene iz smole nekaterih vrst iglavcev.

Terpentin vsebuje nekaj ogljikovodikovih spojin, ki so bile najprej skovane kot "terpeni", zato tradicionalno vse naravne spojine, izdelane iz izoprenskih enot in pridobljenih iz rastlin, označujemo kot terpene.

Te molekule so sintetizirane iz acetilnega koencima A kot predhodnica. Sprva pride do kondenzacije dveh teh molekul, kar tvori acetoacetil-CoA, ki nato reagira z drugim acetil-CoA in tvori β-hidroksi-β-metilglutaril-CoA.

Encimsko redukcija prejšnje spojine v prisotnosti vode in odvisna od NADPH povzroči mevalonsko kislino, katere fosforilacija povzroči difosfatno obliko mevalonske kisline. Slednjo spojino dekarboksiliramo in dehidriramo, da dobimo izopentenil pirofosfat (IPP), aktivirano izoprensko enoto.

Izomerizacija IPP, nekatere zaporedne kemične spremembe istega in kondenzacija z drugimi IPP enotami povzročajo različne terpene, ki so znani. Stranske verige vitamina A, E in K, beta karotena in skvalena so primeri znanih terpenov.

Značilnosti terpenov

- Terpeni so na splošno hlapne aromatične spojine.

- So nenasičene molekule ogljikovodika (imajo dvojne vezi med nekaterimi ogljikovimi atomi), ki jih najdemo v vseh živih organizmih, še posebej pa jih je v eteričnih oljih veliko zelenjave.

- Tisti terpeni, ki imajo kisikove atome, so znani kot "terpenoidi". Te spojine opravljajo različne funkcije v živih organizmih in so presenetljivo raznolike.

- Ne proizvajajo jih samo rastlinske vrste, temveč jih je v izobilju tudi veliko živali, kjer opravljajo enako pomembne funkcije.

Struktura

Znanih je več kot 30.000 vrst terpenov ali vsaj to je približno število tistih, ki so bile citirane v literaturi.

Njegova osnovna struktura sledi splošnemu načelu, ki ga sestavljajo ostanki 2-metilbutana, pogosto znani kot izoprenske enote, ki so molekule s 5 atomi ogljika; zato so znani tudi kot "izoprenoidi".

Terpeni se običajno v naravi pojavljajo kot ogljikovodiki, alkoholi in njihovi glikozidi, etri, aldehidi, ketoni, karboksilne kisline in estri.

Glede na število ostankov 2-metilbutana razlikujemo naslednje:

- Hemiterpeni (C5)

- monoterpeni (C10)

- seskiterpeni (C15)

- diterpeni (C20)

- Sesterpeni (C25)

- Triterpeni (C30)

- tetraterpeni (C40)

- Polyterpenes (C5) n, z več kot 8 enotami

Izopropilni del vsake izoprenske enote je znan kot "glava", etilni del pa "rep". V mono-, seskvi-, di- in sesterpeni so izoprenske enote med seboj povezane v zaporedju glave-repa, tri- in tetraterpeni pa imajo v sredini povezavo med repom in repom.

Pomembno je tudi omeniti, da imajo terpeni logično število ogljikovih atomov, ki so vedno večkratni od 5, saj so njihovi strukturni "bloki" sestavljeni iz izoprenov s 5 atomi ogljika.

Funkcija

Kot aktivne spojine

- Terpeni so snovi, ki so odgovorne za vonj, okus in nekatere posebne farmakološke aktivnosti nekaterih iglavcev in agrumov, koriandra in sivke, evkaliptusa, limonske trave, lilije, popra in nekaterih cvetov , listi in korenine najrazličnejših rastlin.

- Te snovi rastline uporabljajo za odganjanje žuželk ali plenilcev, pa tudi za privabljanje opraševalcev in razpršilcev njihovih semen, saj so pogosto hlapne spojine, ki oddajajo specifične arome (manj hlapne ponavadi dajejo grenke ali strupene okuse).

- Uporabne spojine so tudi z vidika signalizacije in uravnavanja rasti rastlin.

V industriji in biomedicini

- Terpeni se uporabljajo za pripravo in proizvodnjo parfumov, za katere se uporabljajo naravne spojine, kot so mentol, citrusi in številne začimbe.

- Uporabni so tudi za izdelavo aromaterapevtskih sistemov naravnega izvora, ki se že tradicionalno uporabljajo za izboljšanje razpoloženja posameznikov in poleg tega imajo odbojni učinek proti nekaterim žuželkam.

- Zdravilno gledano imajo na primer terpeni, pridobljeni iz evkaliptusovega olja, spodbudne lastnosti za izločanje sluzi, zato jih običajno uporabljamo pri pripravi izkašljevalnih snovi.

Zgradba različnih oblik metola (Vir: H Padleckas, Wikimedia Commons)

- Številni terpeni imajo tudi diuretične lastnosti in pomagajo pri lajšanju krčev v prebavilih.

- Vgrajeni so tudi v losjone in kreme za zmanjšanje bolečine in urtikarije, pa tudi za zmanjšanje okužb z mikrobioti, zlasti mikroorganizmi, ki so odporni na antibiotike, kot so kvas in glive.

- Terpeni, ki se uživajo v infuzijah zdravilnih rastlin, lahko pomagajo odpraviti nadutost in prebavne motnje. Poleg tega so te snovi vključene tudi v številne izdelke s pesticidi.

Razvrstitev

Terpeni so razvrščeni glede na število izoprenskih enot, ki jih sestavljajo, kot je bilo že prej komentirano: hemiterpeni (C5); monoterpeni (C10); seskviterpeni (C15); diterpeni (C20); sesterpeni (C25); triterpeni (C30); tetraterpeni (C40); polterpent (C5) n, z več kot 8 enotami.

Hemiterpeni

Znanih je približno 50 vrst hemiterpenov, ki so terpeni, sestavljeni iz ene same izoprenske enote. 3-metil-2-buten-1-ol (prenol) je dobro znan in ga najdemo v olju, izvlečenem iz cvetov drevesa in hmelja Cananga odorata (Humulus lupulus).

Monoterpeni

Monoterpeni so terpeni, sestavljeni iz dveh izoprenskih enot. Obstajajo aciklične in ciklične vrste, skupno pa je približno 1500 dokumentiranih kemijskih vrst.

Kemična zgradba monoterpena limonen (Vir: Leyo, prek Wikimedia Commons)

Večina acikličnih monoterpenov izhaja iz 2,6-dimetiloktana in imajo svoje izoprenske enote pritrjene "od glave do repa". Nekatere od teh spojin obogatijo cvetna tkiva geranije (Pelargonium sp.) In se nahajajo v vosku, ki prekriva rejo nekaterih ptic.

Monociklični monoterpeni so tisti, ki imajo v svoji strukturi ciklični delež, najpogostejši pa so tisti, ki imajo ciklopropanske, ciklobutanske in cikloheksanske obroče. Obstajajo tudi biciklični monoterpeni, ki imajo dva obroča.

Seskiterpeni

Sesquiterpeni so terpeni, ki jih sestavljajo 3 izoprenske enote, zato imajo 15 ogljikovih atomov.

Obstajajo Farnesejci (ki so odgovorni za okuse oblog jabolk, hrušk in drugega sadja), Germakrani in Elemani, Humulani, Eudesmani in Furanoeudesmani, Eremofilani, Furanoeremofilani in Valerani, Kardinani, Drmani, guainanos in cicloguainanos, med drugimi.

Diterpeni

Diterpeni imajo 4 izoprenske enote (C20) in so tudi precej raznolika skupina terpenov, ki vključuje fitane, ciklofitane, labdane, pimarane in izopimarane, beyerane, atizane, giberelane, cembrane, itd.

Sesterpeni

Sestavljene so iz 5 izoprenskih enot in so lahko ciklične ali aciklične. Te spojine se redko pojavljajo pri "višjih" rastlinah, o katerih so poročali pri nekaterih morskih spužvah in drugih morskih živalih.

Triterpeni

Triterpeni, sestavljeni iz 6 enot izoprena (C30), so značilne molekule nekaterih rastlin, saj so del brassinosteroidov, fitoaleksinov, nekaterih toksinov in nekaterih zaščitnih voskov.

Mnoge od teh so linearne spojine, večina jih izhaja iz skvalena, z dvema farnesenskima enotama pa sta povezana z repom; Obstajajo tudi ciklični triterpeni.

Tetraterpeni

Tetraterpene sestavlja 7 izoprenskih enot, zato imajo 35 ogljikovih atomov. V tej skupini so karotenoidi, ki jih je v naravi najbolj obilno.

Karotenoidi so vse strukturne variante ali derivati ​​razgradnje β-karotena, ki imajo med 11 in 12 konjugirane dvojne vezi. Karotenoidi se nahajajo v listih, steblih in koreninah višjih rastlin, kar predstavlja do 0,1% suhe teže celotne rastline.

Struktura B-karotena, tetraterpena (Vir: NEUROtiker / Public domain, via Wikimedia Commons)

Delujejo kot "barvni filtri" za fotosintezo na listih in so odgovorni za rumenkasto in rdečkasto obarvanje listov nekaterih dreves v jeseni, saj se razgradijo počasneje kot klorofil (zelen).

Čeprav nimajo enakega števila funkcij kot antocianini in flavonoidi v rastlinah, karotenoidi prispevajo k obarvanju cvetov in plodov številne zelenjave.

Politerpeni

To so izoprenoidi več kot 8 enot izoprena. "Naravni kavčuk", ki ga dobimo pri koagulaciji lateksa Hevea brasiliensis, v bistvu sestavljajo cis-poliizoprenoidi.

Dolihole z 14–20 izoprenskih enot najdemo kot estre fosforne kisline v lipidnih membranah živčnih celic in nekaterih endokrinih žlezah. Delujejo pri prenosu oligosaharidov za sintezo glikolipidov in glikoproteinov.

Primeri terpenov

- Triena

Olje, pridobljeno iz listov bazilike, lovorjevega lista in grenke pomaranče, je bogato z acikličnimi monoterpenoidi, znanimi kot "triene", med katerimi izstopata β-mircen in konformacijski izomeri β-okimena.

Kemična zgradba mirterna, monoterpena (Vir: Jan Herold, Leyo / Javna domena, prek Wikimedia Commons

- Limonen

Limonen, monoterpen, ki je prisoten v lupini agrumov in v listih njihovih dreves, pa tudi v rastlinah, kot so meta, brina, marihuana, rožmarin in bor, se industrijsko izkorišča v farmacevtskih, kozmetoloških in drugih biotehnologije in prehrambene industrije.

Ima antidepresivne, anksiolitične, antibakterijske in imunostimulirajoče lastnosti, zaradi česar je s številnih vidikov zelo privlačen.

- Karotenoidi

Karotenoidi so terpeni, ki delujejo kot naravni pigmenti v mnogih rastlinskih, glivičnih in bakterijskih vrstah. So bistvenega pomena za sintezo vitamina A pri živalih in jih moramo zaužiti s hrano, saj jih človeško telo in drugi sesalci ne morejo sintetizirati.

Reference

1. Bouvier, F., Rahier, A., & Camara, B. (2005). Biogeneza, molekularna regulacija in delovanje rastlinskih izoprenoidov. Napredek na področju raziskovanja lipidov, 44 (6), 357–429.
2. Breitmaier, E. (2006). Terpeni: arome, dišave, farmaca, feromoni. John Wiley & Sons.
3. Holstein, SA, & Hohl, RJ (2004). Izoprenoidi: izjemna raznolikost oblike in delovanja. Lipidi, 39 (4), 293–309.
4. Kandi, S., Godishala, V., Rao, P., & Ramana, KV (2015). Biomedicinski pomen terpenov: vpogled. Biomedicina, 3 (1), 8-10.
5. Tetali, SD (2019). Terpeni in izoprenoidi: bogastvo spojin za globalno uporabo. Rastlina, 249 (1), 1–8.