TERPÉNY: VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, FUNKCIA, KLASIFIKÁCIA - BIOLÓGIE - 2026

Vytvorené terpény alebo izoprenoidné zlúčeniny sú organické opakujúce sa jednotky izoprénových molekúl, ktoré sú iba 5 atómami uhlíka štruktúrované z uhľovodíkov. To znamená, že ide o izoprénové polyméry rôznych dĺžok.

Slovo „terpén“ sa pôvodne používalo konkrétne na označenie prírodných organických zlúčenín odvodených od jedinej izoprénovej jednotky, ale dnes sa pojmy „terpén“ a „izoprenoid“ používajú zameniteľne s veľkou frekvenciou na označenie látok jednej alebo viacerých izoprénové jednotky.

Štruktúra izoprénovej jednotky (Zdroj: Edgar181, prostredníctvom Wikimedia Commons)

Termín "terpén" pochádza z anglického slova "terpentín", ktoré pochádza z latinských slov používaných na opis terpentínu, zlúčeniny odvodenej od živice určitých druhov ihličnanov.

Terpentín obsahuje niektoré uhľovodíkové zlúčeniny, ktoré boli pôvodne razené ako „terpény“, takže všetky prírodné zlúčeniny vyrobené z izoprénových jednotiek a pochádzajúce z rastlín sa tradične označujú ako terpény.

Tieto molekuly sú syntetizované z acetyl koenzýmu A ako prekurzorovej molekuly. Spočiatku dochádza ku kondenzácii dvoch z týchto molekúl za vzniku acetoacetyl-CoA, ktorý potom reaguje s ďalším acetyl-CoA za vzniku p-hydroxy-P-metylglutaryl-CoA.

Enzymatická redukcia predchádzajúcej zlúčeniny v prítomnosti vody a v závislosti od NADPH produkuje kyselinu mevalonovú, ktorej fosforylácia vedie k difosfátovej forme kyseliny mevalonovej. Posledná uvedená zlúčenina sa dekarboxylovala a dehydratovala, čím sa získal izopentenylpyrofosfát (IPP), aktivovaná izoprénová jednotka.

Izomerizácia IPP, niektoré jeho následné chemické modifikácie a kondenzácia s inými jednotkami IPP produkujú rôzne známe terpény. Bočné reťazce vitamínu A, E a K, beta-karoténu a skvalénu sú príklady známych terpénov.

Vlastnosti terpénov

- Terpény sú vo všeobecnosti prchavé aromatické zlúčeniny.

- Sú to nenasýtené uhľovodíkové molekuly (majú dvojité väzby medzi niektorými z atómov uhlíka), ktoré sa vyskytujú vo všetkých živých organizmoch, ale vyskytujú sa najmä v éterických olejoch mnohých zeleniny.

- Terpény, ktoré majú atómy kyslíka, sa nazývajú „terpenoidy“. Tieto zlúčeniny plnia rôzne funkcie v živých organizmoch a sú prekvapivo rozmanité.

- Neprodukujú sa iba rastlinnými druhmi, ale vyskytujú sa aj u mnohých zvierat, kde vykonávajú rovnako dôležité funkcie.

štruktúra

Je známych viac ako 30 000 druhov terpénov, alebo aspoň to je približný počet tých, ktoré boli uvedené v literatúre.

Jeho základná štruktúra sa riadi všeobecným princípom pozostávajúcim z 2-metylbutánových zvyškov, často známych ako izoprénové jednotky, čo sú molekuly tvorené 5 atómami uhlíka; preto sú známe aj ako „izoprenoidy“.

Terpény sa zvyčajne vyskytujú v prírode ako uhľovodíky, alkoholy a ich glykozidy, étery, aldehydy, ketóny, karboxylové kyseliny a estery.

V závislosti od počtu zvyškov 2-metylbutánu sa rozlišujú:

- Hemiterpény (C5)

- Monoterpény (C10)

- Sesquiterpenes (C15)

- Diterpény (C20)

- Sesterpény (C25)

- Triterpény (C30)

- Tetraterpény (C40)

- Polyterpény (C5) n, s viac ako 8 jednotkami

Izopropylová časť každej izoprénovej jednotky je známa ako „hlava“ a etylová časť je známa ako „chvost“. V mono-, seskvi-, di- a sesterpénoch sú izoprénové jednotky navzájom spojené v poradí hlava-chvost, ale tri- a tetraterpény majú v strede spojenie chvost-chvost.

Je tiež dôležité si uvedomiť, že terpény majú logicky niekoľko atómov uhlíka, ktoré sú vždy násobkom 5, pretože ich štruktúrne „bloky“ sú tvorené izoprénmi s 5 atómami uhlíka.

funkcie

Ako účinné látky

- Terpény sú látky zodpovedné za vôňu, chuť a niektoré špecifické farmakologické činnosti určitých ihličnanov a citrusových plodov, koriandra a levandule, eukalyptu, citrónovej trávy, ľalií, korenia a niektorých kvetov. , listy a korene rôznych rastlín.

- Tieto látky sa používajú v rastlinách na vyháňanie hmyzu alebo predátorov a tiež na priťahovanie opeľovačov a dispergátorov ich semien, pretože sú často prchavými zlúčeninami, ktoré emitujú špecifické arómy (menej prchavé majú tendenciu poskytovať horkú alebo toxickú príchuť).

- Sú tiež užitočnými zlúčeninami z hľadiska signalizácie a regulácie rastu rastlín.

V priemysle a biomedicíne

- Terpény sa používajú na prípravu a výrobu parfumov, pre ktoré sa používajú prírodné zlúčeniny, ako je mentol, citrusové plody a veľa korenia.

- Sú užitočné aj na výrobu aromaterapeutických systémov prírodného pôvodu, ktoré sa tradične používajú na zlepšenie nálady jednotlivcov a ktoré navyše odpudzujú niektoré druhy hmyzu.

- Terpény pochádzajúce z eukalyptového oleja majú napríklad liečivé účinky na sekréciu hlienu, a preto sa bežne používajú pri formulácii expektorancií.

Štruktúra rôznych foriem metolu (Zdroj: H. Padleckas, Wikimedia Commons)

- Mnoho terpénov má tiež diuretické vlastnosti a pomáha pri úľave od gastrointestinálnych kŕčov.

- Sú tiež súčasťou krémov a krémov na zmiernenie bolesti a žihľavky, ako aj na zníženie mikrobiálnych infekcií, najmä mikroorganizmov rezistentných na antibiotiká, ako sú kvasinky a huby.

- Terpény konzumované v infúziách liečivých rastlín môžu pomôcť eliminovať plynatosť a trávenie. Tieto látky sú navyše súčasťou mnohých pesticídnych výrobkov.

klasifikácia

Terpény sa klasifikujú podľa počtu izoprénových jednotiek, ktoré ich tvoria, ako už bolo uvedené: hemiterpény (C5); monoterpény (C10); seskviterpény (C15); diterpény (C20); sesterpény (C25); triterpény (C30); tetraterpény (C40); polyterpiny (C5) n, s viac ako 8 jednotkami.

Hemiterpenes

Je známych asi 50 typov hemiterpénov, čo sú terpény vyrobené z jedinej izoprénovej jednotky. 3-metyl-2-butén-1-ol (prenol) je dobre známy a nachádza sa v oleji extrahovanom z kvetov stromu Cananga odorata a chmeľu (Humulus lupulus).

monoterpén

Monoterpény sú terpény zložené z 2 izoprénových jednotiek. Existujú acyklické a cyklické a celkovo existuje asi 1500 dokumentovaných chemických druhov.

Chemická štruktúra limonénu, monoterpénu (Zdroj: Leyo, cez Wikimedia Commons)

Väčšina acyklických monoterpénov je odvodená od 2,6-dimetyloktánu a ich izoprénové jednotky sú pripojené "hlava-chvost". Niektoré z týchto zlúčenín obohacujú kvetinové tkanivá muškáty (Pelargonium sp.) A nachádzajú sa vo vosku, ktorý pokrýva perie niektorých vtákov.

Monocyklické monoterpény sú tie, ktoré majú cyklickú časť vo svojej štruktúre a najbežnejšie sú tie, ktoré majú cyklopropánové, cyklobutánové a cyklohexánové kruhy. Existujú tiež bicyklické monoterpény, ktoré majú dva kruhy.

seskviterpeny

Sesquiterpény sú terpény zložené z 3 izoprénových jednotiek, takže majú 15 atómov uhlíka.

Existujú Faerské ostrovy (ktoré sú zodpovedné za príchuť obalov jabĺk, hrušiek a iného ovocia), Germacranians a Elemans, Humulans, Eudesmans and Furanoeudesmans, Eremofilanes, Furanoeremophilanes a Valerans, Cardinans, Drimans, guainanos a cicloguainanos, medzi inými.

diterpény

Diterpény majú 4 izoprénové jednotky (C20) a sú tiež veľmi rôznorodou skupinou terpénov, medzi ktoré patria fytány, cyklofytány, labdany, pimarany a izopimarany, beyerany, atisany, giberelány, cembrány, atď.

Sesterpenes

Skladajú sa z 5 izoprénových jednotiek a môžu byť cyklické alebo acyklické. Tieto zlúčeniny sa zriedkavo vyskytujú v „vyšších“ rastlinách a boli hlásené u niektorých morských húb a iných morských živočíchov.

triterpény

Triterpény pozostávajúce zo 6 izoprénových jednotiek (C30) sú charakteristickými molekulami niektorých rastlín, pretože sú súčasťou brassinosteroidov, fytoalexínov, niektorých toxínov a určitých ochranných voskov.

Mnohé z nich sú lineárne zlúčeniny, z ktorých väčšina je odvodená od skvalénu, s dvoma farnenovými jednotkami spojenými chvostom; Existujú tiež cyklické triterpény.

tetraterpeny

Tetraterpény sú tvorené 7 izoprénovými jednotkami, takže majú 35 atómov uhlíka. V tejto skupine sú karotenoidy, ktoré sú v prírode najpočetnejšie.

Karotenoidy sú všetky štrukturálne varianty alebo deriváty degradácie p-karoténu, ktoré majú medzi 11 a 12 konjugovaných dvojitých väzieb. Karotenoidy sa nachádzajú v listoch, stonkách a koreňoch vyšších rastlín, čo predstavuje až 0,1% suchej hmotnosti celej rastliny.

Štruktúra B-karoténu, tetraterpénu (Zdroj: NEUROtiker / Public Domain, prostredníctvom Wikimedia Commons)

Fungujú ako "farebné filtre" pre fotosyntézu v listoch a sú zodpovedné za žltkasté a červenkasté sfarbenie listov niektorých stromov počas jesene, pretože sa degradujú pomalšie ako chlorofyl (zelená).

Karotenoidy síce nemajú v rastlinách rovnaký počet funkcií ako antokyány a flavonoidy, ale prispievajú k zafarbeniu kvetov a plodov mnohých druhov zeleniny.

polyterpény

Sú to izoprenoidy z viac ako 8 izoprénových jednotiek. „Prírodný kaučuk“, ktorý sa získava koaguláciou latexu Hevea brasiliensis, sa v podstate skladá z cis-polyizoprenoidov.

Dolicholy so 14-20 izoprénovými jednotkami sa nachádzajú ako estery kyseliny fosforečnej v lipidových membránach nervových buniek a niektorých endokrinných žliaz. Fungujú pri prenose oligosacharidov na syntézu glykolipidov a glykoproteínov.

Príklady terpénov

- Triene

Olej extrahovaný z listov bazalky, bobkového listu a horkej pomaranča je bohatý na acyklické monoterpenoidy známe ako „trién“, medzi ktorými vynikajú β-myrcén a konformačné izoméry β-ociménu.

Chemická štruktúra myrcénu, monoterpénu (Zdroj: Jan Herold, Leyo / Public Domain, prostredníctvom Wikimedia Commons

- Limonén

Limonén, monoterpén prítomný v šupke citrusových plodov a v listoch ich stromov, ako aj v rastlinách, ako je mäta, borievka, marihuana, rozmarín a borovica, sa priemyselne využíva vo farmaceutických výrobkoch, kozmetike, biotechnológie a potravinárstva.

Má antidepresívne, anxiolytické, antibakteriálne a imunostimulačné vlastnosti, vďaka čomu je veľmi atraktívny z mnohých hľadísk.

- Karotenoidy

Karotenoidy sú terpény, ktoré fungujú ako prírodné pigmenty v mnohých rastlinných, hubových a bakteriálnych druhoch. Sú nevyhnutné na syntézu vitamínu A u zvierat a musia sa konzumovať s jedlom, pretože ich ľudské telo a telo iných cicavcov nedokáže syntetizovať.

Referencie

1. Bouvier, F., Rahier, A., & Camara, B. (2005). Biogenéza, molekulárna regulácia a funkcia izoprenoidov rastlín. Pokrok vo výskume lipidov, 44 (6), 357-429.
2. Breitmaier, E. (2006). Terpény: príchute, vône, farmaka, feromóny. John Wiley a synovia.
3. Holstein, SA, a Hohl, RJ (2004). Isoprenoidy: pozoruhodná rozmanitosť formy a funkcie. Lipids, 39 (4), 293-309.
4. Kandi, S., Godishala, V., Rao, P. a Ramana, KV (2015). Biomedicínsky význam terpénov: vhľad. Biomedicine, 3 (1), 8-10.
5. Tetali, SD (2019). Terpény a izoprenoidy: množstvo zlúčenín na globálne použitie. Plant, 249 (1), 1-8.