TERPĒNI: RAKSTUROJUMS, STRUKTŪRA, FUNKCIJA, KLASIFIKĀCIJA - BIOLOĢIJA - 2025

Izveidotie terpēni vai izoprenoīdu savienojumi ir organiskas atkārtojošās izoprēna molekulu vienības, kuras ir tikai ogļūdeņraži, kas strukturēti ar 5 oglekļa atomiem. Tas ir, tie ir dažāda garuma izoprēna polimēri.

Sākotnēji vārds "terpēns" tika īpaši izmantots, lai apzīmētu dabiskos organiskos savienojumus, kas iegūti no vienas izoprēna vienības, bet šodien termini "terpēns" un "izoprenoīds" tiek lietoti aizvietojami ar biežumu, lai apzīmētu vielas no vienas vai vairākām izoprēna vienības.

Izoprēna vienības struktūra (Avots: Edgar181, izmantojot Wikimedia Commons)

Termins "terpene" cēlies no angļu valodas vārda "terpentine", kas cēlies no latīņu valodas vārdiem, ko lieto terpentīna aprakstam - savienojumam, kas iegūts no noteiktu skujkoku sugu sveķiem.

Terpentīns satur dažus ogļūdeņražu savienojumus, kas sākotnēji tika veidoti kā "terpēni", tāpēc tradicionāli visi dabiskie savienojumi, kas izgatavoti no izoprēna vienībām un iegūti no augiem, tiek apzīmēti kā terpēni.

Šīs molekulas tiek sintezētas no acetilkoenzīma A kā priekšgājēja molekulas. Sākumā notiek divu šo molekulu kondensācija, veidojot acetoacetil-CoA, kas pēc tam reaģē ar citu acetil-CoA, veidojot β-hidroksi-β-metilglutaril-CoA.

Iepriekšējā savienojuma fermentatīvā reducēšana ūdens klātbūtnē un atkarīga no NADPH rada mevalonskābi, kuras fosforilēšana rada mevalonskābes difosfāta formu. Pēdējais savienojums ir dekarboksilēts un dehidrēts, iegūstot izopentenilpirofosfātu (IPP), kas ir aktivēta izoprēna vienība.

IPP izomerizācija, dažas secīgas to ķīmiskās modifikācijas un kondensācija ar citām IPP vienībām rada atšķirīgos zināmos terpēnus. A, E un K vitamīna, beta-karotīna un skvalēna sānu ķēdes ir zināmu terpēnu piemēri.

Terpēnu raksturojums

- Terpēni parasti ir gaistoši aromātiski savienojumi.

- Tās ir nepiesātinātas ogļūdeņražu molekulas (tām ir divkāršās saites starp dažiem to oglekļa atomiem), kuras ir sastopamas visos dzīvajos organismos, bet tās ir īpaši bagātīgas daudzu dārzeņu ēteriskās eļļās.

- Tos terpēnus, kuros ir skābekļa atomi, sauc par "terpenoīdiem". Šie savienojumi dzīvniekiem veic dažādas funkcijas un ir pārsteidzoši daudzveidīgi.

- Tos ražo ne tikai augu sugas, bet arī daudzos dzīvniekos, kur viņi veic tikpat svarīgas funkcijas.

Uzbūve

Ir zināmas vairāk nekā 30 000 terpēnu sugas vai vismaz tas ir aptuvenais to skaits, kas citēti literatūrā.

Tās pamatstruktūrā ir ievērots vispārīgs princips, kas sastāv no 2-metilbutāna atliekām, kuras bieži sauc par izoprēna vienībām, kuras ir molekulas, kas sastāv no 5 oglekļa atomiem; tāpēc tos sauc arī par “izoprenoīdiem”.

Terpēni dabā parasti rodas kā ogļūdeņraži, spirti un to glikozīdi, ēteri, aldehīdi, ketoni, karbonskābes un esteri.

Atkarībā no 2-metilbutāna atlikumu skaita izšķir šādus:

- Hemiterpēni (C5)

- monoterpēni (C10)

- Sesquiterpenes (C15)

- Diterpēni (C20)

- Sesterpēni (C25)

- Triterpēni (C30)

- tetraterpēni (C40)

- Polyterpenes (C5) n, ar vairāk nekā 8 vienībām

Katras izoprēna vienības izopropila daļa ir pazīstama kā "galva", un etildaļa tiek saukta par "asti". Mono-, sesqui-, di- un sesterpēnās izoprēna vienības ir savstarpēji savienotas galvas-astes secībā, bet tri- un tetraterpēniem ir astes-astes savienojums centrā.

Svarīgi ir arī piebilst, ka terpēniem loģiski ir oglekļa atomu skaits, kas vienmēr ir 5 reizinājums, jo to strukturālos "blokus" veido 5 oglekļa atomu izoprēni.

Funkcija

Kā aktīvi savienojumi

- Terpēni ir vielas, kas atbild par noteiktu skujkoku un citrusaugļu, koriandra un lavandas, eikalipta, citronzāles, liliju, piparu un dažu ziedu smaržu, garšu un dažām īpašām farmakoloģiskām darbībām , visdažādāko augu lapas un saknes.

- Šīs vielas augi izmanto, lai padzītu kukaiņus vai plēsējus, kā arī piesaistītu apputeksnētājus un to sēklu izkliedētājus, jo tie bieži ir gaistoši savienojumi, kas izdala specifiskus aromātus (mazāk gaistošajiem parasti ir rūgta vai toksiska garša).

- Tie ir arī noderīgi savienojumi, signalizējot un regulējot augu augšanu.

Rūpniecībā un biomedicīnā

- Terpēnus izmanto smaržu sagatavošanai un ražošanai, kuriem izmanto dabiskos savienojumus, piemēram, mentolu, citrusaugļus un daudzas garšvielas.

- Tie ir noderīgi arī dabiskas izcelsmes aromterapijas sistēmu ražošanā, kuras tradicionāli izmanto cilvēku garastāvokļa uzlabošanai, turklāt tām ir atbaidoša iedarbība pret dažiem kukaiņiem.

- Medicīniski, piemēram, terpēniem, kas iegūti no eikalipta eļļas, ir stimulējošas īpašības gļotu sekrēcijai, tāpēc tos parasti izmanto, lai pagatavotu atkrēpošanas vielas.

Dažādu metola formu struktūra (Avots: H Padleckas, izmantojot Wikimedia Commons)

- Daudziem terpēniem ir arī diurētiskas īpašības un tie palīdz mazināt kuņģa-zarnu trakta spazmas.

- Tos iekļauj arī losjonos un krēmos, lai mazinātu sāpes un nātreni, kā arī mikrobu infekcijas, īpaši pret antibiotikām izturīgus mikroorganismus, piemēram, raugu un sēnītes.

- Terpēni, ko patērē ārstniecības augu uzlējumos, var palīdzēt novērst vēdera uzpūšanos un gremošanas traucējumus. Turklāt šīs vielas ir iekļautas arī daudzos pesticīdu izstrādājumos.

Klasifikācija

Terpēnus klasificē pēc izoprēna vienību skaita, kas tos veido, kā minēts iepriekš: hemiterpēni (C5); monoterpēni (C10); seskviterpēni (C15); diterpēni (C20); sesterpēni (C25); triterpēni (C30); tetraterpēni (C40); politerpenta (C5) n, ar vairāk nekā 8 vienībām.

Hemiterpēni

Ir zināmi apmēram 50 hemiterpēnu veidi, kas ir terpēni, kas sastāv no vienas izoprēna vienības. 3-metil-2-buten-1-olis (prenols) ir plaši pazīstams un atrodams eļļā, kas iegūta no Cananga odorata koka un apiņu (Humulus lupulus) ziediem.

Monoterpēni

Monoterpēni ir terpēni, kas sastāv no 2 izoprēna vienībām. Ir acikliskas un cikliskas, un kopumā ir apmēram 1500 dokumentētas ķīmiskās sugas.

Monotopēna limonēna ķīmiskā struktūra (Avots: Leyo, izmantojot Wikimedia Commons)

Lielāko daļu aciklisko monoterpēnu iegūst no 2,6-dimetiloktāna, un to izoprēna vienības ir piestiprinātas "no galvas līdz astei". Daži no šiem savienojumiem bagātina ģerāniju (Pelargonium sp.) Ziedu audus un atrodas vaskā, kas aptver dažu putnu apspalvojumu.

Monocikliskie monoterpēni ir tādi, kuru struktūrā ir cikliska daļa, un visbiežāk tie ir tie, kuriem ir ciklopropāna, ciklobutāna un cikloheksāna gredzeni. Ir arī bicikliskie monoterpēni, kuriem ir divi gredzeni.

Sesquiterpenes

Sesquiterpenes ir terpēni, kas sastāv no 3 izoprēna vienībām, tāpēc tiem ir 15 oglekļa atomi.

Ir Farneseans (kas ir atbildīgs par ābolu, bumbieru un citu augļu virskārtas garšu), germakranieši un elemanti, humulāni, eudesmani un furanoeudesmani, eremofilieši, furanoeremophilanes un valerans, kardināni, drimans, the starp daudzām citām - guainanos un cicloguainanos.

Diterpenes

Diterpēniem ir 4 izoprēna vienības (C20), un tie ir arī diezgan daudzveidīga terpēnu grupa, kas ietver fitānus, ciklofitānus, labdanus, pimarānus un izopimārānus, beirānus, atisānus, giberelanus, cembrānus, utt.

Sesterpenes

Tie sastāv no 5 izoprēna vienībām un var būt cikliski vai acikliski. Šie savienojumi reti sastopami "augstākos" augos, un par tiem ziņots dažiem jūras sūkļiem un citiem jūras dzīvniekiem.

Triterpēni

Sastāv no 6 izoprēna vienībām (C30), triterpēni ir raksturīgi dažu augu molekulas, jo tie ir daļa no brassinosteroīdiem, fitoalexīniem, dažiem toksīniem un dažiem aizsargājošiem vaskiem.

Daudzi no tiem ir lineāri savienojumi, no kuriem lielāko daļu iegūst no skvalēna, un ar divām farnezēna vienībām aste ir savienota ar asti; Ir arī cikliski triterpēni.

Tetraterpēni

Tetraterpēnus veido 7 izoprēna vienības, tāpēc tajos ir 35 oglekļa atomi. Šajā grupā ir karotinoīdi, kuriem ir visbagātākais raksturs.

Karotinoīdi ir visi β-karotīna sadalīšanās strukturālie varianti vai atvasinājumi, kuriem ir no 11 līdz 12 konjugētas divkāršās saites. Karotinoīdi ir atrodami augstāku augu lapās, stublājos un saknēs, kas veido līdz 0,1% no visa auga sausā svara.

B-karotīna, tetraterpēna struktūra (Avots: NEUROtiker / Public Domain, via Wikimedia Commons)

Tie darbojas kā "krāsu filtri" lapu sintēzei un ir atbildīgi par dažu koku lapu dzeltenīgu un sarkanīgu krāsojumu rudens laikā, jo tie sadalās lēnāk nekā hlorofils (zaļš).

Lai arī tiem nav tikpat daudz funkciju kā antocianīniem un flavonoīdiem augos, karotinoīdi veicina daudzu dārzeņu ziedu un augļu krāsošanu.

Politerpēni

Tie ir izoprenoīdi vairāk nekā 8 izoprēna vienībās. "Dabisko kaučuku", ko iegūst no Hevea brasiliensis lateksa koagulācijas, galvenokārt veido cis-poliizoprenoīdi.

Doliholi ar 14-20 izoprēna vienībām ir atrodami kā fosforskābes esteri nervu šūnu un dažu endokrīno dziedzeru lipīdu membrānās. Tie darbojas oligosaharīdu pārnesē glikolipīdu un glikoproteīnu sintēzei.

Terpēnu piemēri

- Triene

Eļļa, kas ekstrahēta no bazilika, lauru lapu un rūgtā apelsīna lapām, ir bagāta ar acikliskiem monoterpenoīdiem, kas pazīstami kā "triēns", starp kuriem izceļas β-mirēns un β-ocimene konformācijas izomēri.

Mirotēna, monoterpēna ķīmiskā struktūra (Avots: Jans Herolds, Lejo / Public Domain, via Wikimedia Commons

- Limonēns

Limonēns, monoterpēns, kas atrodas citrusaugļu mizās un koku lapās, kā arī tādos augos kā piparmētra, kadiķis, marihuāna, rozmarīns un priede, tiek rūpnieciski izmantots farmācijas, kosmetoloģijas, biotehnoloģijas un pārtikas rūpniecībā.

Tam piemīt antidepresantu, anksiolītiskas, antibakteriālas un imūnstimulējošas īpašības, padarot to no daudziem aspektiem ļoti pievilcīgu.

- karotinoīdi

Karotinoīdi ir terpēni, kas darbojas kā dabiski pigmenti daudzās augu, sēnīšu un baktēriju sugās. Tie ir nepieciešami A vitamīna sintēzei dzīvniekiem, un tie ir jālieto kopā ar pārtiku, jo cilvēka ķermenis un citu zīdītāju ķermenis tos nespēj sintezēt.

Atsauces

1. Bouvier, F., Rahier, A., & Camara, B. (2005). Augu izoprenoīdu bioģenēze, molekulārā regulēšana un darbība. Lipīdu izpētes sasniegumi, 44 (6), 357-429.
2. Breitmaiers, E. (2006). Terpēni: garšas, smaržvielas, farmaceits, feromoni. Džons Vilijs un dēli.
3. Holšteins, SA, un Hohls, RJ (2004). Izoprenoīdi: ievērojama formas un funkcijas daudzveidība. Lipīdi, 39 (4), 293–309.
4. Kandi, S., Godishala, V., Rao, P., & Ramana, KV (2015). Terpēnu biomedicīniskā nozīme: ieskats. Biomedicīna, 3 (1), 8-10.
5. Tetali, SD (2019). Terpēni un izoprenoīdi: bagātīgs savienojumu daudzums globālai lietošanai. Augs, 249 (1), 1-8.