TERPENER: EGENSKABER, STRUKTUR, FUNKTION, KLASSIFICERING - BIOLOGI - 2025

De dannede terpener eller isoprenoidforbindelser er organiske gentagende enheder af isoprenmolekyler, som kun er carbonhydrider strukturerede 5 carbonatomer. Det vil sige, at de er isoprenpolymerer i forskellige længder.

Oprindeligt blev ordet "terpen" brugt specifikt til at henvise til naturlige organiske forbindelser, der stammer fra en enkelt isoprenenhed, men i dag bruges udtrykkene "terpene" og "isoprenoid" ombytteligt med meget hyppighed for at henvise til stoffer af en eller flere isoprenenheder.

Struktur af en isopren enhed (Kilde: Edgar181, via Wikimedia Commons)

Udtrykket "terpene" stammer fra det engelske ord "terpentin", der stammer fra de latinske ord, der bruges til at beskrive terpentin, en forbindelse afledt fra harpiksen til visse arter af nåletræer.

Terpentin indeholder nogle carbonhydridforbindelser, der først blev opfundet som "terpener", så traditionelt betegnes alle naturlige forbindelser fremstillet af isoprenenheder og stammer fra planter som terpener.

Disse molekyler syntetiseres fra acetylcoenzym A som et forstadiemolekyle. Oprindeligt forekommer kondensationen af ​​to af disse molekyler og danner acetoacetyl-CoA, der derefter reagerer med en anden acetyl-CoA til dannelse af p-hydroxy-p-methylglutaryl-CoA.

Den enzymatiske reduktion af den foregående forbindelse i nærvær af vand og afhængig af NADPH producerer mevalonsyre, hvis phosphorylering giver diphosfatformen af ​​mevalonsyre. Den sidstnævnte forbindelse dekarboxyleres og dehydratiseres for at give isopentenylpyrophosphat (IPP), en aktiveret isoprenenhed.

Isomeriseringen af ​​IPP, nogle på hinanden følgende kemiske modifikationer af den og kondensationen med andre IPP-enheder producerer de forskellige kendte terpener. Sidekæderne af vitamin A, E og K, betakaroten og squalen er eksempler på kendte terpener.

Karakteristika ved terpener

- Terpener er generelt flygtige aromatiske forbindelser.

- De er umættede carbonhydridmolekyler (de har dobbeltbindinger mellem nogle af deres carbonatomer), som findes i alle levende organismer, men de er især rigelige i de essentielle olier fra mange grøntsager.

- De terpener, der har oxygenatomer, er kendt som "terpenoider". Disse forbindelser udfører forskellige funktioner i levende organismer og er overraskende forskellige.

- De produceres ikke kun af plantearter, men de er også rigelige i mange dyr, hvor de udfører lige så vigtige funktioner.

Struktur

Mere end 30.000 arter af terpener er kendt, eller det er i det mindste det omtrentlige antal af dem, der er citeret i litteraturen.

Dets grundlæggende struktur følger et generelt princip, der består af 2-methylbutanrester, ofte kendt som isoprenenheder, som er molekyler med 5 carbonatomer; Derfor er de også kendt som "isoprenoider".

Terpener forekommer normalt i naturen som kulbrinter, alkoholer og deres glycosider, ethere, aldehyder, ketoner, carboxylsyrer og estere.

Afhængigt af antallet af 2-methylbutan-rester, skelnes følgende:

- Hemiterpenes (C5)

- Monoterpener (C10)

- Sesquiterpenes (C15)

- Diterpenes (C20)

- Sesterpenes (C25)

- Triterpenes (C30)

- Tetraterpenes (C40)

- Polyterpener (C5) n, med mere end 8 enheder

Isopropyldelen af ​​hver isoprenenhed er kendt som "hovedet", og ethyldelen er kendt som "halen". I mono-, sesqui-, di- og sesterpenerne er isoprenenhederne forbundet i en hovedhale-sekvens, men tri- og tetraterpenerne har en hale-haleforbindelse i midten.

Det er også vigtigt at bemærke, at terpener logisk set har et antal carbonatomer, der altid er et multiplum af 5, da deres strukturelle "blokke" består af isoprener med 5 carbonatomer.

Fungere

Som aktive forbindelser

- Terpener er de stoffer, der er ansvarlige for lugt, smag og nogle af de specifikke farmakologiske aktiviteter for visse nåletræer og citrusfrugter, koriander og lavendel, eukalyptus, citrongræs, liljer, peber og nogle blomster, blade og rødder fra en lang række planter.

- Disse stoffer bruges af planter til at fjerne insekter eller rovdyr og også til at tiltrække pollinatorer og spredere af deres frø, da det ofte er flygtige forbindelser, der udsender specifikke aromaer (de mindre flygtige har en tendens til at give bitre eller toksiske smag).

- De er også nyttige forbindelser med henblik på signalering og regulering af plantevækst.

Inden for industri og biomedicin

- Terpener bruges til fremstilling og produktion af parfumer, til hvilke der anvendes naturlige forbindelser som menthol, citrusfrugter og mange krydderier.

- De er også nyttige til fremstilling af aromaterapisystemer af naturlig oprindelse, som traditionelt er blevet brugt til at forbedre individets stemning og derudover har en frastødende virkning mod nogle insekter.

- Medicinsk set har terpener, der stammer fra eucalyptusolie, for eksempel stimulerende egenskaber til udskillelse af slim, hvorfor de ofte bruges til formulering af slimløsende stoffer.

Struktur af de forskellige former for metol (Kilde: H Padleckas, via Wikimedia Commons)

- Mange terpener har også vanddrivende egenskaber og hjælper med at lindre gastrointestinale spasmer.

- De er også inkorporeret i lotioner og cremer for at reducere smerter og urticaria, samt for at reducere mikrobielle infektioner, især antibiotikaresistente mikroorganismer, såsom gær og svampe.

- Terpenerne, der indtages i infusioner af medicinske planter, kan hjælpe med at eliminere flatulens og fordøjelsesbesvær. Desuden er disse stoffer også inkluderet i mange pesticidprodukter.

Klassifikation

Terpener klassificeres i henhold til antallet af isoprenenheder, der komponerer dem, som tidligere nævnt: hemiterpener (C5); monoterpener (C10); sesquiterpenes (C15); diterpenes (C20); sesterpenes (C25); triterpener (C30); tetraterpenes (C40); polyterpenths (C5) n, med mere end 8 enheder.

Hemiterpenes

Cirka 50 typer hemiterpener kendes, som er terpener, der består af en enkelt isoprenenhed. 3-methyl-2-buten-1-ol (prenol) er velkendt og findes i olien, der er ekstraheret fra blomsterne fra Cananga odorata-træet og humlen (Humulus lupulus).

monoterpener

Monoterpener er terpener, der består af 2 isoprenenheder. Der er acykliske og cykliske, og i alt er der omkring 1.500 dokumenterede kemiske arter.

Kemisk struktur af limonen, en monoterpen (Kilde: Leyo, via Wikimedia Commons)

De fleste acykliske monoterpener er afledt af 2,6-dimethyloctan og har deres isoprenenheder knyttet "hoved til hale". Nogle af disse forbindelser beriger blomstervæv fra geraniums (Pelargonium sp.) Og befinder sig i voksen, der dækker fjerkræet hos nogle fugle.

Monocykliske monoterpener er dem, der har en cyklisk del i deres struktur, og de mest almindelige er dem, der har cyclopropan, cyclobutan og cyclohexan-ringe. Der er også de bicykliske monoterpener, der har to ringe.

sesquiterpener

Sesquiterpenes er terpener, der består af 3 isoprenenheder, så de har 15 carbonatomer.

Der er farneserne (som er ansvarlige for smagene til dækningen af ​​æbler, pærer og andre frugter), Germacranians og Elemans, Humulans, Eudesmans og Furanoeudesmans, Eremofilanes, Furanoeremophilanes og Valerans, Cardinans, Drimans, the guainanos og cicloguainanos blandt mange andre.

diterpener

Diterpenes har 4 isoprenenheder (C20) og er også en ret varieret gruppe af terpener, der inkluderer phytaner, cyclophytaner, labdans, pimarans og isopimarans, beyerans, atisans, giberelans, cembrans, etc.

Sesterpenes

De er sammensat af 5 isoprenenheder og kan være cykliske eller acykliske. Disse forbindelser forekommer sjældent i "højere" planter og er rapporteret i nogle havsvampe og andre havdyr.

triterpener

Sammensat af 6 isopreneenheder (C30) er triterpener karakteristiske molekyler for nogle planter, da de er en del af brassinosteroider, phytoalexiner, nogle toksiner og visse beskyttende voksarter.

Mange af disse er lineære forbindelser, hvoraf de fleste er afledt af squalen, med to farnesenheder knyttet hale til hale; Der er også cykliske triterpener.

tetraterpener

Tetraterpenes består af 7 isoprenenheder, så de har 35 carbonatomer. I denne gruppe er carotenoider, som er de mest rigelige i naturen.

Carotenoider er alle strukturelle varianter eller derivater af nedbrydningen af ​​ß-caroten, der har mellem 11 og 12 konjugerede dobbeltbindinger. Carotenoider findes i blade, stængler og rødder fra højere planter og tegner sig for op til 0,1% af en hel plantes tørvægt.

Struktur af B-karoten, en tetraterpene (Kilde: NEUROtiker / Public domain, via Wikimedia Commons)

De fungerer som "farvefiltre" til fotosyntesen i blade og er ansvarlige for de gullige og rødlige farvninger af bladene på nogle træer i løbet af efteråret, da de nedbrydes langsommere end klorofyl (grøn).

Selvom de ikke har det samme antal funktioner som anthocyaniner og flavonoider i planter, bidrager carotenoider til farve af blomster og frugter af mange grøntsager.

polyterpener

Dette er isoprenoider fra mere end 8 isoprenenheder. Den "naturlige gummi", der opnås ved koagulering af latexen af ​​Hevea brasiliensis, består i det væsentlige af cis-polyisoprenoider.

Dolicholer med 14-20 isoprenenheder findes som phosphorsyreestere i lipidmembranerne i nerveceller og nogle endokrine kirtler. De fungerer i overførslen af ​​oligosaccharider til syntese af glycolipider og glycoproteiner.

Eksempler på terpener

- Triene

Olien, der er ekstraheret fra bladene fra basilikum, laurbærblad og bitter appelsin, er rig på acykliske monoterpenoider, kendt som "trien", blandt hvilke ß-myrcen og de konformationelle isomerer af ß-ocimen skiller sig ud.

Kemisk struktur af myrzen, en monoterpen (Kilde: Jan Herold, Leyo / Public domain, via Wikimedia Commons

- Limonene

Limonene, en monoterpen til stede i skræl af citrusfrugter og i bladene på træerne, såvel som i planter som mynte, einer, marihuana, rosmarin og fyr, udnyttes industrielt inden for farmaceutiske produkter, kosmetik, bioteknologi og i fødevareindustrien.

Det har antidepressiva, angstdæmpende, antibakterielle og immunostimulerende egenskaber, hvilket gør det meget attraktivt fra mange synsvinkler.

- Karotenoider

Carotenoider er terpener, der fungerer som naturlige pigmenter i mange plante-, svampe- og bakteriearter. De er essentielle for syntese af vitamin A i dyr og skal indtages sammen med mad, da menneskekroppen og andre pattedyrs ikke er i stand til at syntetisere dem.

Referencer

1. Bouvier, F., Rahier, A., & Camara, B. (2005). Biogenese, molekylær regulering og funktion af planteisoprenoider. Fremskridt inden for lipidforskning, 44 (6), 357-429.
2. Breitmaier, E. (2006). Terpener: smag, duftstoffer, farmaca, feromoner. John Wiley & sønner.
3. Holstein, SA, & Hohl, RJ (2004). Isoprenoider: bemærkelsesværdig mangfoldighed af form og funktion. Lipider, 39 (4), 293-309.
4. Kandi, S., Godishala, V., Rao, P., & Ramana, KV (2015). Terpenes biomedicinske betydning: en indsigt. Biomedicin, 3 (1), 8-10.
5. Tetali, SD (2019). Terpener og isoprenoider: et væld af forbindelser til global anvendelse. Plante, 249 (1), 1-8.