TERPENELE: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, FUNCȚIE, CLASIFICARE - BIOLOGIE - 2025

Cei terpene sau compuși izoprenoidici formate sunt unități repetitive organice de molecule de izopren, care sunt numai hidrocarburi structurate 5 atomi de carbon. Adică sunt polimeri de izopren de lungimi diferite.

Inițial, cuvântul "terpene" a fost folosit special pentru a se referi la compuși organici naturali derivați dintr-o singură unitate de izopren, dar astăzi termenii "terpen" și "izoprenoid" sunt folosiți interschimbabil cu multă frecvență pentru a se referi la substanțe ale unuia sau mai multor unități de izopren.

Structura unei unități de izopren (Sursa: Edgar181, prin Wikimedia Commons)

Termenul "terpene" provine din cuvântul englezesc "turpentine", care derivă din cuvintele latine utilizate pentru a descrie turpentină, un compus derivat din rășina anumitor specii de conifere.

Turpentina conține niște compuși hidrocarburi care au fost prima dată inventați ca „terpeni”, astfel că în mod tradițional, toți compușii naturali obținuți din unități de izopren și derivați din plante sunt denumiți terpeni.

Aceste molecule sunt sintetizate din acetil-coenzima A ca o moleculă precursoare. Inițial, are loc condensarea a două dintre aceste molecule, formând acetoacetil-CoA, care reacționează apoi cu un alt acetil-CoA pentru a forma β-hidroxi-β-metilglutaril-CoA.

Reducerea enzimatică a compusului anterior în prezența apei și dependentă de NADPH produce acid mevalonic, a cărui fosforilare produce forma difosfat de acid mevalonic. Acest din urmă compus este decarboxilat și deshidratat pentru a produce izofentenil pirofosfat (IPP), o unitate de izopren activat.

Izomerizarea IPP, unele modificări chimice succesive ale aceluiași și condensarea cu alte unități IPP produc diferite terpenele care sunt cunoscute. Lanțurile laterale de vitamina A, E și K, de beta-caroten și de squalen sunt exemple de terpeni cunoscuți.

Caracteristicile terpenelor

- Terpenele sunt în general compuși aromatici volatili.

- Sunt molecule nesaturate de hidrocarburi (au legături duble între unii dintre atomii lor de carbon) care se găsesc în toate organismele vii, dar sunt deosebit de abundente în uleiurile esențiale ale multor legume.

- Acei terpeni care au atomi de oxigen sunt cunoscuți ca „terpenoizi”. Acești compuși îndeplinesc funcții diferite în organismele vii și sunt surprinzător de diverse.

- Nu numai că sunt produse de specii de plante, dar sunt și abundente la multe animale, unde îndeplinesc funcții la fel de importante.

Structura

Sunt cunoscute peste 30.000 de specii de terpeni, sau cel puțin acesta este numărul aproximativ al celor care au fost citate în literatura de specialitate.

Structura sa de bază urmărește un principiu general format din reziduuri de 2-metilbutan, deseori cunoscute sub denumirea de unități de izopren, care sunt molecule formate din 5 atomi de carbon; motiv pentru care sunt cunoscuți și sub denumirea de „izoprenoizi”.

Terpenele apar de obicei în natură sub formă de hidrocarburi, alcooli și glicozide, eteri, aldehide, cetone, acizi carboxilici și esteri.

În funcție de numărul de reziduuri de 2-metilbutan, se disting următoarele:

- Hemiterpenes (C5)

- Monoterpenele (C10)

- Sesquiterpenes (C15)

- Diterpenele (C20)

- Sesterpenes (C25)

- Triterpenele (C30)

- Tetraterpenele (C40)

- Polyterpenes (C5) n, cu mai mult de 8 unități

Porțiunea izopropilică a fiecărei unități de izopren este cunoscută sub numele de „cap” și porțiunea etilică este cunoscută sub numele de „coadă”. În mono-, sesqui-, di- și sesterpene, unitățile de izopren sunt legate între ele într-o secvență de coadă cap, dar tri-și tetraterpenele au o conexiune coadă-coadă în centru.

De asemenea, este important de menționat că terpenele au în mod logic un număr de atomi de carbon care este întotdeauna un multiplu de 5, deoarece „blocurile” lor structurale sunt alcătuite din izoprenele a 5 atomi de carbon.

Funcţie

Ca compuși activi

- Terpenele sunt substanțele responsabile de miros, gust și unele activități farmacologice specifice ale anumitor conifere și fructe citrice, coriandru și lavandă, eucalipt, lămâie, crini, ardei și unele flori , frunze și rădăcini dintr-o mare varietate de plante.

- Aceste substanțe sunt utilizate de plante pentru a alunga insecte sau prădători și, de asemenea, pentru a atrage polenizatorii și dispersorii semințelor lor, deoarece sunt adesea compuși volatili care emit arome specifice (cele mai puțin volatile tind să ofere arome amare sau toxice).

- De asemenea, sunt compuși utili din punctul de vedere al semnalizării și reglării creșterii plantelor.

În industrie și biomedicină

- Terpenele sunt utilizate pentru prepararea și producerea parfumurilor, pentru care se folosesc compuși naturali, cum ar fi mentolul, fructele citrice și multe mirodenii.

- De asemenea, sunt utile pentru fabricarea sistemelor de aromaterapie de origine naturală, care au fost utilizate în mod tradițional pentru a îmbunătăți starea de spirit a indivizilor și, în plus, au un efect respingător împotriva unor insecte.

- Medicinal, terpenele derivate din uleiul de eucalipt, de exemplu, au proprietăți stimulatoare pentru secreția de mucus, motiv pentru care sunt utilizate frecvent în formularea substanțelor expectorante.

Structura diferitelor forme de metol (Sursa: H Padleckas, prin Wikimedia Commons)

- Multe terpenele au, de asemenea, proprietăți diuretice și ajută la ameliorarea spasmelor gastrointestinale.

- De asemenea, sunt încorporate în loțiuni și creme pentru a reduce durerea și urticaria, precum și pentru a reduce infecțiile microbiene, în special microorganismele rezistente la antibiotice, cum ar fi drojdia și ciupercile.

- Terpenele consumate în infuzii de plante medicinale pot ajuta la eliminarea flatulenței și indigestiei. Mai mult, aceste substanțe sunt incluse și în multe produse de pesticide.

Clasificare

Terpenele sunt clasificate, în funcție de numărul de unități de izopren care le compun, așa cum s-a menționat anterior: hemiterpene (C5); monoterpenele (C10); sesquiterpenes (C15); diterpenele (C20); sesterpeni (C25); triterpenele (C30); tetraterpenele (C40); politerpent (N5), cu mai mult de 8 unități.

Hemiterpenes

Sunt cunoscute aproximativ 50 de tipuri de hemiterpene, care sunt terpenele formate dintr-o singură unitate de izopren. 3-metil-2-buten-1-ol (prenol) este bine cunoscut și se găsește în uleiul extras din florile arborelui Cananga odorata și hamei (Humulus lupulus).

monoterpene

Monoterpenele sunt terpenele formate din 2 unități de izopren. Există altele aciclice și ciclice și, în total, există aproximativ 1.500 de specii chimice documentate.

Structura chimică a limonenului, a unui monoterpene (Sursa: Leyo, prin Wikimedia Commons)

Majoritatea monoterpenelor aciclice sunt derivate din 2,6-dimetiloctan și au unitățile lor de izopren atașate „cap la coadă”. Unii dintre acești compuși îmbogățesc țesuturile florale ale geraniilor (Pelargonium sp.) Și sunt în ceară care acoperă penajul unor păsări.

Monoterpenele monociclice sunt cele care au o porțiune ciclică în structura lor și cele mai frecvente sunt cele care au inele ciclopropane, ciclobutane și ciclohexan. Există, de asemenea, monoterpenele biciclice, care au două inele.

sesquiterpene

Sesquiterpenele sunt terpenele formate din 3 unități de izopren, deci au 15 atomi de carbon.

Există Farnesenii (care sunt responsabili de aromele topping-ului merelor, perelor și altor fructe), germacranienii și elemenii, humulanii, eudesmansii și furanoeudenii, eremofilanii, furanoeremofilanii și valeranii, cardinansul, drimanii, guainanos și cicloguainanos, printre multe altele.

diterpenes

Diterpenii au 4 unități de izopren (C20) și sunt, de asemenea, un grup destul de variat de terpeni, care includ fitani, ciclofitani, labdani, pimarani și izopimarani, beyerani, atizani, giberelani, cembrani, etc.

Sesterpenes

Sunt compuse din 5 unități de izopren și pot fi ciclice sau aciclice. Acești compuși apar rar la plante „superioare” și au fost raportate la unele bureți marini și alte animale marine.

triterpeni

Compuse din 6 unități de izopren (C30), triterpenele sunt molecule caracteristice ale unor plante, întrucât fac parte din braținosteroizi, fitoalexine, unele toxine și anumite ceară protectoare.

Mulți dintre aceștia sunt compuși liniari, cei mai mulți fiind derivați din squalen, cu două unități de farnesen legate între coadă și coadă; Există, de asemenea, triterpenele ciclice.

Tetraterpenes

Tetraterpenele sunt formate din 7 unități de izopren, deci au 35 de atomi de carbon. În acest grup fac parte carotenoizii, care sunt cei mai abundenți din natură.

Carotenoizii sunt toate variantele structurale sau derivați ai degradării β-carotenului care au între 11 și 12 legături duble conjugate. Carotenoizii se găsesc în frunzele, tulpinile și rădăcinile plantelor superioare, reprezentând până la 0,1% din greutatea uscată a unei plante întregi.

Structura B-carotenului, un tetraterpene (Sursa: NEUROtiker / Domeniul public, prin Wikimedia Commons)

Ele funcționează ca „filtre de culoare” pentru fotosinteza frunzelor și sunt responsabile pentru colorațiile gălbui și roșiatice ale frunzelor unor copaci în timpul toamnei, deoarece acestea se degradează mai lent decât clorofila (verde).

Deși nu au același număr de funcții ca antocianele și flavonoidele din plante, carotenoizii contribuie la colorarea florilor și fructelor multor legume.

politerpenele

Acestea sunt izoprenoidele a mai mult de 8 unități de izopren. „Cauciucul natural”, care este obținut din coagularea latexului Hevea brasiliensis, este constituit în esență din cis-polisoprenoizi.

Dolicholii cu 14-20 de unități de izopren se găsesc ca esteri ai acidului fosforic în membranele lipidice ale celulelor nervoase și ale unor glande endocrine. Ele funcționează în transferul oligozaharidelor pentru sinteza glicolipidelor și glicoproteinelor.

Exemple de terpeni

- Triene

Uleiul extras din frunzele de busuioc, frunze de dafin și portocaliu amar este bogat în monoterpenoizi aciclici cunoscuți sub numele de "trienă", printre care β-mircena și izomerii conformaționali ai β-ocimene.

Structura chimică a mirinei, un monoterpene (Sursa: Jan Herold, Leyo / Domeniu public, prin Wikimedia Commons

- Limonen

Limonenul, un monoterpene prezent în coaja fructelor citrice și în frunzele copacilor săi, precum și în plante precum mentă, ienupăr, marijuana, rozmarin și pin, este exploatat industrial în farmaceutică, cosmetologie, biotehnologie și în industria alimentară.

Are proprietăți antidepresive, anxiolitice, antibacteriene și imunostimulatoare, ceea ce îl face foarte atractiv din mai multe puncte de vedere.

- Carotenoizi

Carotenoizii sunt terpeni care funcționează ca pigmenți naturali în multe specii vegetale, fungice și bacteriene. Sunt esențiale pentru sinteza vitaminei A la animale și trebuie consumate cu alimente, deoarece organismul uman și cel al altor mamifere nu sunt în măsură să le sintetizeze.

Referințe

1. Bouvier, F., Rahier, A., & Camara, B. (2005). Biogeneza, reglarea moleculară și funcția izoprenoizilor din plante. Progrese în cercetarea lipidelor, 44 (6), 357-429.
2. Breitmaier, E. (2006). Terpenele: arome, parfumuri, farmaci, feromoni. John Wiley & Sons.
3. Holstein, SA, & Hohl, RJ (2004). Izoprenoizi: diversitate remarcabilă de formă și funcție. Lipide, 39 (4), 293-309.
4. Kandi, S., Godishala, V., Rao, P., & Ramana, KV (2015). Semnificația biomedicală a terpenelor: o perspectivă. Biomedicină, 3 (1), 8-10.
5. Tetali, SD (2019). Terpenele și izoprenoizii: o multitudine de compuși pentru uz global. Plantă, 249 (1), 1-8.