ТЕРПЕНЫ: ХАРАКТЕРИСТИКА, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, КЛАССИФИКАЦИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

Образовавшиеся терпены или изопреноидные соединения представляют собой повторяющиеся органические звенья молекул изопрена, которые представляют собой только углеводороды со структурой из 5 атомов углерода. То есть это изопреновые полимеры разной длины.

Первоначально слово «терпен» использовалось специально для обозначения природных органических соединений, полученных из одного изопренового звена, но сегодня термины «терпен» и «изопреноид» используются взаимозаменяемо с большой частотой для обозначения веществ одного или нескольких изопреновые звенья.

Структура единицы изопрена (Источник: Edgar181, через Wikimedia Commons)

Термин «терпен» происходит от английского слова «терпентин», которое происходит от латинских слов, используемых для описания скипидара, соединения, полученного из смолы определенных видов хвойных деревьев.

Скипидар содержит некоторые углеводородные соединения, которые впервые были придуманы как «терпены», поэтому традиционно все природные соединения, состоящие из звеньев изопрена и полученные из растений, обозначаются как терпены.

Эти молекулы синтезируются из ацетилкофермента А в качестве молекулы-предшественника. Сначала происходит конденсация двух из этих молекул с образованием ацетоацетил-КоА, который затем реагирует с другим ацетил-КоА с образованием β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА.

Ферментативное восстановление предыдущего соединения в присутствии воды и в зависимости от НАДФН приводит к образованию мевалоновой кислоты, фосфорилирование которой дает дифосфатную форму мевалоновой кислоты. Последнее соединение декарбоксилируется и дегидратируется с получением изопентенилпирофосфата (IPP), активированного изопренового звена.

Изомеризация IPP, некоторые последовательные химические модификации того же самого и конденсация с другими звеньями IPP производят различные известные терпены. Боковые цепи витаминов А, Е и К, бета-каротина и сквалена являются примерами известных терпенов.

Характеристики терпенов

- Терпены обычно представляют собой летучие ароматические соединения.

- Это молекулы ненасыщенных углеводородов (у них есть двойные связи между некоторыми атомами углерода), которые встречаются во всех живых организмах, но их особенно много в эфирных маслах многих овощей.

- Те терпены, которые имеют атомы кислорода, известны как «терпеноиды». Эти соединения выполняют разные функции в живых организмах и удивительно разнообразны.

- Их производят не только виды растений, но и многие животные, где они выполняют не менее важные функции.

Структура

Известно более 30 000 видов терпенов, или, по крайней мере, это приблизительное число тех, которые цитировались в литературе.

Его основная структура следует общему принципу, состоящему из 2-метилбутановых остатков, часто известных как изопреновые звенья, которые представляют собой молекулы из 5 атомов углерода; именно поэтому они также известны как «изопреноиды».

Терпены обычно встречаются в природе в виде углеводородов, спиртов и их гликозидов, простых эфиров, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот и сложных эфиров.

В зависимости от количества остатков 2-метилбутана различают:

- Гемитерпены (C5)

- Монотерпены (C10)

- Сесквитерпены (C15)

- Дитерпены (C20)

- Сестерпены (C25)

- Тритерпены (C30)

- Тетратерпены (C40)

- Политерпены (C5) n, более 8 единиц

Изопропиловая часть каждого изопренового звена известна как «голова», а этильная часть известна как «хвост». В моно-, сескви-, ди- и сестерпенах изопреновые звенья связаны друг с другом в последовательности «голова-конец», но три- и тетратерпены имеют соединение «хвост-хвост» в центре.

Также важно отметить, что терпены логически имеют количество атомов углерода, которое всегда кратно 5, поскольку их структурные «блоки» состоят из изопренов с 5 атомами углерода.

Функция

В качестве активных соединений

- Терпены - это вещества, отвечающие за запах, вкус и некоторые специфические фармакологические свойства некоторых хвойных и цитрусовых фруктов, кориандра и лаванды, эвкалипта, лемонграсса, лилий, перца и некоторых цветов. , листья и корни самых разных растений.

- Эти вещества используются растениями для отпугивания насекомых или хищников, а также для привлечения опылителей и распространителей их семян, поскольку они часто представляют собой летучие соединения, которые излучают специфические ароматы (менее летучие имеют тенденцию давать горький или токсичный вкус).

- Они также являются полезными соединениями с точки зрения передачи сигналов и регулирования роста растений.

В промышленности и биомедицине

- Терпены используются для приготовления и производства духов, для которых используются натуральные соединения, такие как ментол, цитрусовые и многие специи.

- Они также полезны для изготовления систем ароматерапии природного происхождения, которые традиционно использовались для улучшения настроения людей и, кроме того, обладают репеллентным действием против некоторых насекомых.

- С медицинской точки зрения терпены, полученные из масла эвкалипта, например, обладают стимулирующими свойствами для секреции слизи, поэтому они обычно используются в составах отхаркивающих веществ.

Структура различных форм метола (Источник: Х. Падлецкас, через Wikimedia Commons)

- Многие терпены также обладают мочегонными свойствами и помогают снимать желудочно-кишечные спазмы.

- Их также добавляют в лосьоны и кремы для уменьшения боли и крапивницы, а также для уменьшения микробных инфекций, особенно устойчивых к антибиотикам микроорганизмов, таких как дрожжи и грибки.

- Терпены, употребляемые в настоях лекарственных растений, помогают устранить метеоризм и расстройство желудка. Кроме того, эти вещества также входят во многие пестицидные продукты.

классификация

Терпены классифицируются в соответствии с количеством изопреновых звеньев, которые их составляют, как отмечалось ранее: гемитерпены (C5); монотерпены (C10); сесквитерпены (C15); дитерпены (C20); сестерпены (C25); тритерпены (C30); тетратерпены (C40); политерпента (C5) n, с более чем 8 ед.

Гемитерпены

Известно около 50 типов гемитерпенов, которые представляют собой терпены, состоящие из одного изопренового звена. 3-метил-2-бутен-1-ол (пренол) хорошо известен и содержится в масле, извлеченном из цветов дерева Cananga odorata и хмеля (Humulus lupulus).

Монотерпены

Монотерпены - это терпены, состоящие из 2 единиц изопрена. Есть ациклические и циклические, и в общей сложности зарегистрировано около 1500 химических соединений.

Химическая структура лимонена, монотерпена (Источник: Leyo, через Wikimedia Commons)

Большинство ациклических монотерпенов являются производными 2,6-диметилоктана, и их изопреновые звенья прикреплены «голова к хвосту». Некоторые из этих соединений обогащают цветочные ткани герани (Pelargonium sp.) И содержатся в воске, покрывающем оперение некоторых птиц.

Моноциклические монотерпены - это те, которые имеют циклическую часть в своей структуре, и наиболее распространены те, которые имеют циклопропановые, циклобутановые и циклогексановые кольца. Есть также бициклические монотерпены, которые имеют два кольца.

Сесквитерпены

Сесквитерпены - это терпены, состоящие из 3 единиц изопрена, поэтому они имеют 15 атомов углерода.

Есть фарнезийцы (которые ответственны за ароматизаторы яблок, груш и других фруктов), гермакранцы и элеманы, хумуланы, эдесманы и фураноудесманы, эремофиланы, фураноэремофиланы и валеранцы, кардинанцы, дриманы и т. гуайнано и циклогуайнано, среди многих других.

дитерпены

Дитерпены имеют 4 изопреновых звена (C20) и также представляют собой довольно разнообразную группу терпенов, в которую входят фитаны, циклофитаны, лабданы, пимараны и изопимараны, бейераны, атисаны, гибереланы, цембраны, и т.п.

Сестерпены

Они состоят из 5 единиц изопрена и могут быть циклическими или ациклическими. Эти соединения редко встречаются в «высших» растениях и были обнаружены у некоторых морских губок и других морских животных.

Тритерпены

Тритерпены, состоящие из 6 изопреновых звеньев (C30), являются характерными молекулами некоторых растений, поскольку они входят в состав брассиностероидов, фитоалексинов, некоторых токсинов и определенных защитных восков.

Многие из них являются линейными соединениями, большинство из которых являются производными сквалена, с двумя звеньями фарнезена, связанными хвостом с хвостом; Также существуют циклические тритерпены.

Tetraterpenes

Тетратерпены состоят из 7 звеньев изопрена, поэтому они содержат 35 атомов углерода. В эту группу входят каротиноиды, которые наиболее распространены в природе.

Каротиноиды - это все структурные варианты или производные разложения β-каротина, которые имеют от 11 до 12 сопряженных двойных связей. Каротиноиды содержатся в листьях, стеблях и корнях высших растений, составляя до 0,1% от сухой массы всего растения.

Структура B-каротина, тетратерпена (Источник: NEUROtiker / Public domain, через Wikimedia Commons)

Они работают как «цветные фильтры» для фотосинтеза в листьях и отвечают за желтоватую и красноватую окраску листьев некоторых деревьев осенью, поскольку они разлагаются медленнее, чем хлорофилл (зеленый).

Несмотря на то, что они не выполняют такое же количество функций, как антоцианы и флавоноиды в растениях, каротиноиды способствуют окраске цветов и фруктов многих овощей.

политерпены

Это изопреноиды более 8 изопреновых звеньев. «Натуральный каучук», который получают в результате коагуляции латекса Hevea brasiliensis, в основном состоит из цис-полиизопреноидов.

Долихолы с 14-20 изопреновыми единицами обнаруживаются в виде эфиров фосфорной кислоты в липидных мембранах нервных клеток и некоторых эндокринных желез. Они участвуют в передаче олигосахаридов для синтеза гликолипидов и гликопротеинов.

Примеры терпенов

- Триена

Масло, экстрагированное из листьев базилика, лаврового листа и горького апельсина, богато ациклическими монотерпеноидами, известными как «триен», среди которых выделяются β-мирцен и конформационные изомеры β-оцимена.

Химическая структура мирцена, монотерпена (Источник: Ян Херольд, Leyo / Public domain, через Wikimedia Commons

- Лимонен

Лимонен, монотерпен, содержащийся в кожуре цитрусовых и в листьях их деревьев, а также в таких растениях, как мята, можжевельник, марихуана, розмарин и сосна, промышленно используется в фармацевтике, косметологии и др. биотехнологии и в пищевой промышленности.

Он обладает антидепрессивными, анксиолитическими, антибактериальными и иммуностимулирующими свойствами, что делает его очень привлекательным со многих точек зрения.

- Каротиноиды

Каротиноиды - это терпены, которые действуют как естественные пигменты у многих видов растений, грибов и бактерий. Они необходимы для синтеза витамина А у животных и должны потребляться с пищей, поскольку организм человека и других млекопитающих не может их синтезировать.

Ссылки

1. Бувье, Ф., Рахье, А., и Камара, Б. (2005). Биогенез, молекулярная регуляция и функция изопреноидов растений. Прогресс в исследованиях липидов, 44 (6), 357-429.
2. Брейтмайер, Э. (2006). Терпены: ароматизаторы, ароматизаторы, фарма, феромоны. Джон Вили и сыновья.
3. Holstein, SA, и Hohl, RJ (2004). Изопреноиды: замечательное разнообразие форм и функций. Липиды, 39 (4), 293-309.
4. Канди, С., Годишала, В., Рао, П., и Рамана, К.В. (2015). Биомедицинское значение терпенов: понимание. Биомедицина, 3 (1), 8-10.
5. Тетали, SD (2019). Терпены и изопреноиды: множество соединений для глобального использования. Завод, 249 (1), 1-8.