ТЕРПЕНИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦІЯ, КЛАСИФІКАЦІЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

У терпіння або ізопреноїдного з'єднання , що утворюється органічні повторювані ланки ізопрену молекул, які є тільки вуглеводнями , структурованих 5 атомів вуглецю. Тобто це ізопренові полімери різної довжини.

Спочатку слово "терпен" вживалося спеціально для позначення природних органічних сполук, що походять з однієї ізопренової одиниці, але сьогодні терміни "терпен" та "ізопреноїд" вживаються взаємозамінно з великою частотою для позначення речовин однієї або декількох ізопренові одиниці.

Структура ізопренової одиниці (Джерело: Edgar181, через Wikimedia Commons)

Термін "терпен" походить від англійського слова "скипидар", яке походить від латинських слів, що використовуються для опису скипидару, сполуки, отриманої зі смоли певних видів хвойних порід.

Скипидар містить деякі вуглеводневі сполуки, які вперше були складені як "терпени", тому традиційно всі природні сполуки, виготовлені з ізопренових одиниць та отриманих з рослин, позначаються терпенами.

Ці молекули синтезуються з ацетильного коферменту А як молекули-попередника. Спочатку відбувається конденсація двох цих молекул, утворюючи ацетоацетил-КоА, який потім вступає в реакцію з іншим ацетил-КоА, утворюючи β-гідрокси-β-метилглутаріл-КоА.

Ензиматичне відновлення попередньої сполуки у присутності води та залежної від НАДФН виробляє мевалонову кислоту, фосфорилювання якої дає дифосфатну форму мевалонової кислоти. Останнє з'єднання декарбоксилюється та дегідратується, отримуючи ізопентенілпірофосфат (ІПП), активований ізопреновий блок.

Ізомеризація IPP, деякі послідовні хімічні модифікації її та конденсація з іншими блоками IPP дають різні терпени, які відомі. Бічні ланцюги вітаміну А, Е і К, бета-каротину та сквалену - приклади відомих терпенів.

Характеристика терпенів

- Терпени - це зазвичай летючі ароматичні сполуки.

- Вони є ненасиченими молекулами вуглеводнів (вони мають подвійні зв’язки між деякими їх атомами вуглецю), які є у всіх живих організмах, але вони особливо багато в ефірних оліях багатьох овочів.

- Ті терпени, які мають атоми кисню, відомі як "терпеноїди". Ці сполуки виконують різні функції в живих організмах і напрочуд різноманітні.

- Вони не тільки виробляються видами рослин, але й рясніють у багатьох тварин, де вони виконують не менш важливі функції.

Будова

Відомо понад 30 000 видів терпенів, або, принаймні, це приблизна кількість тих, що цитуються в літературі.

Його основна структура відповідає загальному принципу, який складається з 2-метилбутанових залишків, часто відомих як ізопренові одиниці, що представляють собою молекули з 5 атомів вуглецю; саме тому вони також відомі як "ізопреноїди".

Терпіни зазвичай зустрічаються в природі як вуглеводні, спирти та їх глікозиди, ефіри, альдегіди, кетони, карбонові кислоти та складні ефіри.

Залежно від кількості залишків 2-метилбутану розрізняють:

- Гемітерпен (C5)

- Монотерпени (C10)

- сесквітерпени (C15)

- Дітерпени (C20)

- сестерпени (C25)

- Тритерпени (C30)

- Тетратерпен (C40)

- Політерпени (С5) n, що мають більше 8 одиниць

Ізопропілова частина кожної ізопренової одиниці відома як "головка", а етилова частина - "хвіст". У моно-, сескві-, ді- та сестерпенах ізопренові блоки з'єднані між собою у послідовності голова-хвіст, але три- та тетратерпени мають у центрі хвіст-хвіст.

Важливо також зазначити, що терпіни логічно мають кількість атомів вуглецю, яка завжди кратна 5, оскільки їх структурні «блоки» складаються з ізопренів з 5 атомами вуглецю.

Функція

Як активні сполуки

- Терпени - це речовини, що відповідають за запах, смак та деякі специфічні фармакологічні дії деяких хвойних та цитрусових, коріандри та лаванди, евкаліпта, лимонника, лілії, перцю та деяких квітів , листя і коріння найрізноманітніших рослин.

- Ці речовини рослини використовують для відганяння комах або хижаків, а також для залучення запилювачів і диспергаторів їх насіння, оскільки вони часто є летючими сполуками, які виділяють специфічні аромати (менш летючі, як правило, надають гіркий або токсичний аромат).

- Вони також є корисними сполуками з точки зору сигналізації та регулювання росту рослин.

У промисловості та біомедицині

- Терпени використовуються для приготування та виробництва парфумів, для яких використовуються природні сполуки, такі як ментол, цитрусові та багато спецій.

- Вони також корисні для виготовлення ароматерапевтичних систем природного походження, які традиційно використовуються для поліпшення настрою особин і, крім того, мають відштовхувальну дію проти деяких комах.

- Медикаментозно, наприклад, терпени, одержувані з евкаліптової олії, мають стимулюючі властивості для виділення слизу, через що їх зазвичай використовують у складі відхаркувальних речовин.

Структура різних форм метолу (Джерело: H Padleckas, через Wikimedia Commons)

- Багато терпенів також мають сечогінні властивості і допомагають зняти шлунково-кишкові спазми.

- Вони також включаються в лосьйони та креми для зменшення болю та кропив’янки, а також для зменшення мікробних інфекцій, особливо стійких до антибіотиків мікроорганізмів, таких як дріжджі та грибки.

- Терпени, що вживаються в настоях лікарських рослин, можуть допомогти усунути метеоризм і нетравлення. Крім того, ці речовини також містяться у багатьох продуктах пестицидів.

Класифікація

Терпени класифікуються відповідно до кількості ізопренових одиниць, що їх складають, як було зазначено раніше: гемітерпени (С5); монотерпени (С10); сесквітерпени (С15); дитерпени (С20); сестерпени (С25); тритерпени (С30); тетратерпени (С40); політерпети (С5) n, що мають більше 8 одиниць.

Гемітерпени

Відомо близько 50 видів гемітерпенів, що представляють собою терпени, що складаються з єдиної ізопренової одиниці. 3-метил-2-бутен-1-ол (пренол) добре відомий і міститься в олії, що видобувається з квітів дерева кананги одорати та хмелю (Humulus lupulus).

Монотерпени

Монотерпени - терпени, що складаються з 2 ізопренових одиниць. Існують ациклічні та циклічні, і загалом існує близько 1500 документально підтверджених хімічних видів.

Хімічна структура мономоленого лимонену (Джерело: Leyo, через Wikimedia Commons)

Більшість ациклічних монотерпенів походять з 2,6-диметилоктану та мають свої ізопренові одиниці, приєднані «головою до хвоста». Деякі з цих сполук збагачують квіткові тканини герані (Pelargonium sp.) І знаходяться у воску, що покриває оперення деяких птахів.

Моноциклічні монотерпени - це ті, що мають у своїй структурі циклічну частину, а найбільш поширеними є ті, що мають циклопропанові, циклобутанові та циклогексанові кільця. Існують також біциклічні монотерпени, які мають два кільця.

Сесквітерпени

Сесквітерпени - це терпени, що складаються з 3 ізопренових одиниць, тому вони мають 15 атомів вуглецю.

Є фарнезийці (які відповідають за аромати начинки яблук, груш та інших фруктів), гермакранів і елем, гумулів, едесманів і фураноедсменів, еремофіланів, фураноремофіланів, валеранів, кардинанів, друманців, терманів. guainanos та cicloguainanos, серед багатьох інших.

Дитерпени

Дитерпени мають 4 ізопренові одиниці (С20), а також є досить різноманітною групою терпенів, до складу яких входять фітани, циклофітани, лабдани, пімарани і ізопімарани, бейерани, атизани, гіберелани, цембрани, тощо.

Сестерпени

Вони складаються з 5 ізопренових одиниць і можуть бути циклічними або ациклічними. Ці сполуки рідко зустрічаються у «вищих» рослин та повідомляються про деяких морських губках та інших морських тварин.

Тритерпени

Тритерпени, що складаються з 6 ізопренових одиниць (C30), є характерними молекулами деяких рослин, оскільки вони входять до складу брасіностероїдів, фітоалексинів, деяких токсинів та певних захисних воску.

Багато з них є лінійними сполуками, більшість з яких походять з сквалену, з двома одиницями фарнезену, пов'язаними хвостом до хвоста; Існують також циклічні тритерпени.

Тетратерпен

Тетратерпени складаються з 7 ізопренових одиниць, тому вони мають 35 атомів вуглецю. У цю групу входять каротиноїди, які є найбільш поширеними в природі.

Каротиноїди - це всі структурні варіанти або похідні деградації β-каротину, які мають між 11 і 12 кон'югованими подвійними зв’язками. Каротиноїди містяться у листках, стеблах та коренях вищих рослин, що становить до 0,1% від сухої маси всієї рослини.

Структура В-каротину, тетратерпена (Джерело: NEUROtiker / Громадське надбання, через Wikimedia Commons)

Вони працюють як «кольорові фільтри» для фотосинтезу на листках і відповідають за жовтувату та червонувату забарвлення листя деяких дерев протягом осені, оскільки вони руйнуються повільніше, ніж хлорофіл (зелений).

Хоча вони не мають такої кількості функцій, як антоціани та флавоноїди у рослин, каротиноїди сприяють забарвленню квітів та плодів багатьох овочів.

Політерпени

Це ізопреноїди більше 8 ізопренових одиниць. "Натуральний каучук", який отримують при згортанні латексу Hevea brasiliensis, по суті складається з цис-поліізопреноїдів.

Доліхоли з 14–20 ізопреновими одиницями виявляються як ефіри фосфорної кислоти в ліпідних мембранах нервових клітин та деяких ендокринних залозах. Вони функціонують у передачі олігосахаридів для синтезу гліколіпідів та глікопротеїнів.

Приклади терпенів

- Трієна

Олія, що видобувається з листя базиліка, лаврового листа і гіркого апельсина, багата ациклічними монотерпеноїдами, відомими як "триєн", серед яких виділяються β-мірцен та конформаційні ізомери β-окімена.

Хімічна структура мірцену, монотерпену (Джерело: Ян Герольд, Лейо / Громадське надбання, через Wikimedia Commons

- Лімонен

Лімонен, монотерпен, присутній у шкірці цитрусових та на листі його дерев, а також у таких рослинах, як м'ята, ялівець, марихуана, розмарин та сосна, промислово експлуатується у фармацевтиці, косметології та ін. біотехнології та в харчовій промисловості.

Він має антидепресантні, анксіолітичні, антибактеріальні та імуностимулюючі властивості, що робить його дуже привабливим з багатьох точок зору.

- каротиноїди

Каротиноїди - це терпени, які функціонують як природні пігменти у багатьох видів рослин, грибів та бактерій. Вони необхідні для синтезу вітаміну А у тварин і повинні вживатися разом із їжею, оскільки організм людини та організм інших ссавців не в змозі їх синтезувати.

Список літератури

1. Bouvier, F., Rahier, A., & Camara, B. (2005). Біогенез, молекулярна регуляція та функціонування рослинних ізопреноїдів. Прогрес у дослідженнях ліпідів, 44 (6), 357-429.
2. Брейтмайер, Е. (2006). Терпени: ароматизатори, ароматизатори, фармака, феромони. Джон Вілі та сини.
3. Holstein, SA, & Hohl, RJ (2004). Ізопреноїди: надзвичайне різноманіття форми та функції. Ліпідів, 39 (4), 293-309.
4. Kandi, S., Godishala, V., Rao, P., & Ramana, KV (2015). Біомедичне значення терпенів: прозріння. Біомедицина, 3 (1), 8-10.
5. Теталі, СД (2019). Терпени та ізопреноїди: безліч сполук для глобального використання. Заводська, 249 (1), 1-8.