TERPENY: VLASTNOSTI, STRUKTURA, FUNKCE, KLASIFIKACE - BIOLOGIE - 2025

Vytvořené terpeny nebo isoprenoidní sloučeniny jsou organické opakující se jednotky isoprenových molekul, což jsou pouze uhlovodíky strukturované 5 atomů uhlíku. To znamená, že se jedná o isoprenové polymery různých délek.

Původně se slovo „terpen“ používalo konkrétně k označení přírodních organických sloučenin odvozených od jediné isoprenové jednotky, ale dnes se pojmy „terpen“ a „isoprenoid“ používají zaměnitelně s velkou frekvencí pro označení látek jedné nebo více isoprenové jednotky.

Struktura isoprenové jednotky (Zdroj: Edgar181, přes Wikimedia Commons)

Termín „terpene“ pochází z anglického slova „terpentýn“, které pochází z latinských slov používaných k popisu terpentinu, sloučeniny odvozené od pryskyřice určitých druhů jehličnanů.

Turpentin obsahuje některé uhlovodíkové sloučeniny, které byly nejprve vytvořeny jako „terpeny“, takže všechny přírodní sloučeniny vyrobené z isoprenových jednotek a odvozené z rostlin jsou tradičně označovány jako terpeny.

Tyto molekuly jsou syntetizovány z acetyl koenzymu A jako prekurzorové molekuly. Zpočátku dochází ke kondenzaci těchto dvou molekul za vzniku acetoacetyl-CoA, který pak reaguje s dalším acetyl-CoA za vzniku p-hydroxy-P-methylglutaryl-CoA.

Enzymatická redukce předchozí sloučeniny v přítomnosti vody a v závislosti na NADPH produkuje kyselinu mevalonovou, jejíž fosforylace poskytuje difosfátovou formu kyseliny mevalonové. Tato sloučenina se dekarboxyluje a dehydratuje, čímž se získá isopentenylpyrofosfát (IPP), aktivovaná isoprenová jednotka.

Izomerizace IPP, některé její následné chemické modifikace a kondenzace s jinými jednotkami IPP produkují různé známé terpeny. Boční řetězce vitaminu A, E a K, beta-karotenu a skvalenu jsou příklady známých terpenů.

Charakteristika terpenů

- Terpeny jsou obecně těkavé aromatické sloučeniny.

- Jsou to nenasycené molekuly uhlovodíků (mají dvojné vazby mezi některými svými atomy uhlíku), které se vyskytují ve všech živých organismech, ale vyskytují se zvláště v éterických olejích mnoha zeleniny.

- Terpeny, které mají atomy kyslíku, se nazývají terpenoidy. Tyto sloučeniny plní různé funkce v živých organismech a jsou překvapivě rozmanité.

- Nejen, že jsou produkovány rostlinnými druhy, ale jsou také hojné u mnoha zvířat, kde plní stejně důležité funkce.

Struktura

Je známo více než 30 000 druhů terpenů, nebo alespoň to je přibližný počet těch, které byly uvedeny v literatuře.

Jeho základní struktura se řídí obecným principem, který sestává z 2-methylbutanových zbytků, často známých jako isoprenové jednotky, což jsou molekuly s 5 atomy uhlíku; proto se také nazývají „isoprenoidy“.

Terpeny se obvykle vyskytují v přírodě jako uhlovodíky, alkoholy a jejich glykosidy, ethery, aldehydy, ketony, karboxylové kyseliny a estery.

V závislosti na počtu zbytků 2-methylbutanu se rozlišují:

- Hemiterpenes (C5)

- Monoterpeny (C10)

- Sesquiterpenes (C15)

- Diterpeny (C20)

- Sesterpeny (C25)

- Triterpenes (C30)

- Tetraterpeny (C40)

- Polyterpeny (C5) n, s více než 8 jednotkami

Izopropylová část každé izoprenové jednotky je známá jako „hlava“ a ethylová část je označována jako „ocas“. V mono-, seskvi-, di- a sesterpnech jsou isoprenové jednotky spojeny dohromady v sekvenci hlava-ocas, ale tri- a tetraterpeny mají ve středu spojení ocas-ocas.

Je také důležité si uvědomit, že terpeny logicky mají řadu atomů uhlíku, které jsou vždy násobkem 5, protože jejich strukturální "bloky" jsou tvořeny isopreny s 5 atomy uhlíku.

Funkce

Jako aktivní sloučeniny

- Terpeny jsou látky, které jsou odpovědné za zápach, chuť a některé specifické farmakologické činnosti některých jehličnanů a citrusových plodů, koriandru a levandule, eukalyptu, citronové trávy, lilie, pepře a některých květin, listy a kořeny různých rostlin.

- Tyto látky používají rostliny k odnosu hmyzu nebo predátorů a také k přilákání opylovačů a dispergátorů jejich semen, protože jsou často těkavými sloučeninami, které emitují specifické aroma (méně těkavé mají tendenci poskytovat hořkou nebo toxickou chuť).

- Jsou také užitečnými sloučeninami z hlediska signalizace a regulace růstu rostlin.

V průmyslu a biomedicíně

- Terpeny se používají k přípravě a výrobě parfémů, pro které se používají přírodní sloučeniny, jako je mentol, citrusové plody a mnoho koření.

- Jsou také užitečné pro výrobu aromaterapeutických systémů přírodního původu, které se tradičně používají ke zlepšení nálady jednotlivců a navíc mají odpuzující účinek proti některému hmyzu.

- Terpeny pocházející z eukalyptového oleje mají z lékařského hlediska například stimulační vlastnosti pro sekreci hlenu, a proto se běžně používají při formulaci expektorantů.

Struktura různých forem metolu (Zdroj: H Padleckas, přes Wikimedia Commons)

- Mnoho terpenů má také diuretické vlastnosti a pomáhá při úlevě od gastrointestinálních křečí.

- Jsou také začleněny do krémů a krémů ke snížení bolesti a kopřivky a ke snížení mikrobiálních infekcí, zejména mikroorganismů rezistentních na antibiotika, jako jsou kvasinky a houby.

- Terpeny konzumované v infuzích léčivých rostlin mohou pomoci odstranit nadýmání a trávení. Tyto látky jsou navíc zahrnuty do mnoha pesticidních produktů.

Klasifikace

Terpeny jsou klasifikovány podle počtu isoprenových jednotek, které je skládají, jak již bylo uvedeno: hemiterpeny (C5); monoterpeny (C10); seskviterpeny (C15); diterpeny (C20); sesterpeny (C25); triterpeny (C30); tetraterpeny (C40); polyterpiny (C5) n, s více než 8 jednotkami.

Hemiterpenes

Je známo asi 50 typů hemiterpenů, což jsou terpeny vyrobené z jediné isoprenové jednotky. 3-methyl-2-buten-l-ol (prenol) je dobře známý a nachází se v oleji extrahovaném z květů stromu Cananga odorata a chmele (Humulus lupulus).

Monoterpeny

Monoterpeny jsou terpeny složené ze 2 isoprenových jednotek. Existují acyklické a cyklické a celkem existuje asi 1500 dokumentovaných chemických druhů.

Chemická struktura limonenu, monoterpenu (Zdroj: Leyo, přes Wikimedia Commons)

Většina acyklických monoterpenů je odvozena od 2,6-dimethyloktanu a jejich isoprenové jednotky jsou připojeny „hlava-k-ocas“. Některé z těchto sloučenin obohacují květinové tkáně pelargónie (Pelargonium sp.) A jsou ve vosku, který pokrývá peří některých ptáků.

Monocyklické monoterpeny jsou ty, které mají cyklickou část ve své struktuře a nejběžnější jsou ty, které mají cyklopropanové, cyklobutanové a cyklohexanové kruhy. Existují také bicyklické monoterpeny, které mají dva kruhy.

Sesquiterpenes

Sesquiterpenes jsou terpeny složené ze 3 isoprenových jednotek, takže mají 15 atomů uhlíku.

Existují Farnesané (kteří jsou zodpovědní za příchutí obalů jablek, hrušek a jiných plodů), Germacranians a Elemans, Humulans, Eudesmans and Furanoeudesmans, Eremofilanes, Furanoeremophilanes and Valerans, Cardinans, Drimans, guainanos a cicloguainanos, mezi mnoha dalšími.

Diterpenes

Diterpeny mají 4 isoprenové jednotky (C20) a jsou také velmi rozmanitou skupinou terpénů, mezi které patří fytan, cyklophytan, labdan, pimaran a isopimaran, beyeran, atisan, giberelan, cembran, atd.

Sesterpeny

Skládají se z 5 isoprenových jednotek a mohou být cyklické nebo acyklické. Tyto sloučeniny se vzácně vyskytují u „vyšších“ rostlin a byly hlášeny u některých mořských hub a jiných mořských živočichů.

Triterpenes

Triterpeny, které jsou složeny ze 6 isoprenových jednotek (C30), jsou charakteristickými molekulami některých rostlin, protože jsou součástí brassinosteroidů, fytoalexinů, některých toxinů a určitých ochranných vosků.

Mnoho z nich jsou lineární sloučeniny, z nichž většina je odvozena od skvalenu, se dvěma fazelovými jednotkami spojenými ocasem; Existují také cyklické triterpeny.

Tetraterpeny

Tetraterpeny jsou tvořeny 7 isoprenovými jednotkami, takže mají 35 atomů uhlíku. V této skupině jsou karotenoidy, které jsou v přírodě nejhojnější.

Karotenoidy jsou všechny strukturální varianty nebo deriváty degradace p-karotenu, které mají mezi 11 a 12 konjugovanými dvojnými vazbami. Karotenoidy se nacházejí v listech, stoncích a kořenech vyšších rostlin, což představuje až 0,1% sušiny celé rostliny.

Struktura B-karotenu, tetraterpenu (Zdroj: NEUROtiker / Public Domain, prostřednictvím Wikimedia Commons)

Fungují jako „barevné filtry“ pro fotosyntézu v listech a jsou odpovědné za nažloutlé a načervenalé zabarvení listů některých stromů během podzimu, protože se degradují pomaleji než chlorofyl (zelená).

Ačkoli nemají v rostlinách stejný počet funkcí jako antokyany a flavonoidy, přispívají karotenoidy k zbarvení květů a plodů mnoha druhů zeleniny.

Polyterpeny

Jedná se o isoprenoidy více než 8 isoprenových jednotek. „Přírodní kaučuk“, který se získává koagulací latexu Hevea brasiliensis, je v podstatě tvořen cis-polyisoprenoidy.

Dolicholy se 14-20 isoprenovými jednotkami se nacházejí jako estery kyseliny fosforečné v lipidových membránách nervových buněk a některých endokrinních žláz. Fungují při přenosu oligosacharidů pro syntézu glykolipidů a glykoproteinů.

Příklady terpenů

- Triene

Olej extrahovaný z listů bazalky, bobkového listu a hořké pomeranče je bohatý na acyklické monoterpenoidy známé jako „trien“, mezi nimiž vynikají β-myrcen a konformační izomery β-ocimenu.

Chemická struktura myrcenu, monoterpenu (Zdroj: Jan Herold, Leyo / Public Domain, přes Wikimedia Commons

- Limonene

Limonen, monoterpen přítomný ve slupce citrusových plodů a v listech jeho stromů, jakož i v rostlinách, jako je máta, jalovec, marihuana, rozmarýn a borovice, je průmyslově využíván v léčivech, kosmetologii, biotechnologie a v potravinářském průmyslu.

Má antidepresivní, anxiolytické, antibakteriální a imunostimulační vlastnosti, díky čemuž je velmi atraktivní z mnoha hledisek.

- Karotenoidy

Karotenoidy jsou terpeny, které fungují jako přírodní pigmenty v mnoha rostlinných, houbových a bakteriálních druzích. Jsou nezbytné pro syntézu vitaminu A u zvířat a musí být konzumovány s jídlem, protože lidské tělo a tělo jiných savců je nedokáže syntetizovat.

Reference

1. Bouvier, F., Rahier, A., & Camara, B. (2005). Biogeneze, molekulární regulace a funkce rostlinných isoprenoidů. Pokrok ve výzkumu lipidů, 44 (6), 357-429.
2. Breitmaier, E. (2006). Terpeny: příchutě, vůně, pharmaca, feromony. John Wiley a synové.
3. Holstein, SA, a Hohl, RJ (2004). Isoprenoidy: pozoruhodná rozmanitost formy a funkce. Lipids, 39 (4), 293-309.
4. Kandi, S., Godishala, V., Rao, P., & Ramana, KV (2015). Biomedicínský význam terpenů: vhled. Biomedicine, 3 (1), 8-10.
5. Tetali, SD (2019). Terpeny a isoprenoidy: velké množství sloučenin pro globální použití. Plant, 249 (1), 1-8.