ТЕРПЕНИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИЯ, КЛАСИФИКАЦИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

На терпени или изопреноидни съединенията образувани са органични повтарящи се единици на изопрен молекули, които са само въглеводороди структурирани 5 въглеродни атома. Тоест, те са изопренови полимери с различна дължина.

Първоначално думата "терпен" е била използвана специално за означаване на естествени органични съединения, получени от единична изопренова единица, но днес термините "терпен" и "изопреноид" се използват взаимозаменяемо с много честота за означаване на вещества от една или повече изопренови единици.

Структура на изопренова единица (Източник: Edgar181, чрез Wikimedia Commons)

Терминът "терпен" произлиза от английската дума "терпентин", която произлиза от латинските думи, използвани за описание на терпентин, съединение, получено от смолата на някои видове иглолистни дървета.

Терпентинът съдържа някои въглеводородни съединения, които първо са представени като "терпени", така че традиционно всички естествени съединения, направени от изопренови единици и получени от растения, се означават като терпени.

Тези молекули се синтезират от ацетил коензим А като молекула-предшественик. Първоначално настъпва кондензация на две от тези молекули, образувайки ацетоацетил-КоА, който след това реагира с друг ацетил-КоА, за да образува β-хидрокси-β-метилглутарил-CoA.

Ензимното редуциране на предишното съединение в присъствието на вода и зависи от NADPH произвежда мевалонова киселина, чието фосфорилиране води до дифосфатна форма на мевалонова киселина. Последното съединение се декарбоксилира и дехидратира, за да се получи изопентенил пирофосфат (IPP), активиран изопренов блок.

Изомеризацията на IPP, някои последователни химически модификации на същия и кондензацията с други IPP единици произвеждат различните терпени, които са известни. Страничните вериги на витамин А, Е и К, бета-каротин и сквален са примери за известни терпени.

Характеристики на терпени

- Терпените обикновено са летливи ароматни съединения.

- Те са ненаситени въглеводородни молекули (имат двойни връзки между някои от техните въглеродни атоми), които се намират във всички живи организми, но те са особено изобилни в етеричните масла на много зеленчуци.

- Тези терпени, които имат кислородни атоми, са известни като "терпеноиди". Тези съединения изпълняват различни функции в живите организми и са изненадващо разнообразни.

- Те не се произвеждат само от растителни видове, но и са в изобилие при много животни, където изпълняват еднакво важни функции.

структура

Известни са повече от 30 000 вида терпени, или поне това е приблизителният брой на тези, които са цитирани в литературата.

Основната му структура следва общ принцип, състоящ се от 2-метилбутанови остатъци, често известни като изопренови единици, които са молекули, съставени от 5 въглеродни атома; поради което те са известни и като "изопреноиди".

Терпените обикновено се срещат в природата като въглеводороди, алкохоли и техните гликозиди, етери, алдехиди, кетони, карбоксилни киселини и естери.

В зависимост от броя на 2-метилбутановите остатъци се разграничават следните:

- Хемитерпени (C5)

- Монотерпени (C10)

- сесквитерпени (C15)

- Дитерпени (C20)

- Сестерпени (C25)

- Тритерпени (C30)

- Тетратерпени (C40)

- Политерпени (C5) n, с повече от 8 единици

Изопропиловата част на всяка единица изопрен е известна като "глава", а етиловата част е известна като "опашка". В моно-, сескуи, ди- и сестерпени изопреновите единици са свързани в последователност глава-опашка, но три- и тетратерпените имат връзка в опашката в центъра.

Важно е също така да се отбележи, че терпените логично имат редица въглеродни атоми, които винаги са кратни на 5, тъй като техните структурни „блокове“ са образувани от изопрени с 5 въглеродни атома.

функция

Като активни съединения

- Терпените са вещества, отговорни за миризмата, вкуса и някои от специфичните фармакологични действия на някои иглолистни и цитрусови плодове, кориандър и лавандула, евкалипт, лимонова трева, лилии, черен пипер и някои цветя, листа и корени на голямо разнообразие от растения.

- Тези вещества се използват от растенията за прогонване на насекоми или хищници, а също и за привличане на опрашители и дисперсатори на семената им, тъй като те често са летливи съединения, които излъчват специфични аромати (по-малко летливите са склонни да осигуряват горчив или токсичен аромат).

- Те също са полезни съединения от гледна точка на сигнализиране и регулиране на растежа на растенията.

В промишлеността и биомедицината

- Терпените се използват за приготвяне и производство на парфюми, за които се използват естествени съединения като ментол, цитрусови плодове и много подправки.

- Полезни са и за производството на ароматерапевтични системи с естествен произход, които традиционно се използват за подобряване на настроението на хората и в допълнение имат репелентно действие срещу някои насекоми.

- Лекарствено, терпените, получени от евкалиптово масло, например, имат стимулиращи свойства за секрецията на слуз, поради което те обикновено се използват във формулирането на отхрачващи вещества.

Структура на различните форми на метол (Източник: H Padleckas, чрез Wikimedia Commons)

- Много терпени също имат диуретични свойства и помагат за облекчаване на стомашно-чревни спазми.

- Те също се включват в лосиони и кремове за намаляване на болката и уртикарията, както и за намаляване на микробните инфекции, особено устойчиви на антибиотици микроорганизми, като дрожди и гъбички.

- Терпените, консумирани в инфузии на лечебни растения, могат да помогнат за премахване на метеоризъм и лошо храносмилане. Освен това, тези вещества също са включени в много продукти от пестициди.

класификация

Терпените се класифицират според броя на изопреновите единици, които ги съставят, както е коментирано по-рано: хемитерпени (С5); монотерпени (С10); сесквитерпени (С15); дитерпени (С20); сестерпени (С25); тритерпени (С30); тетратерпени (С40); политерпети (С5) n, с повече от 8 единици.

Hemiterpenes

Известни са около 50 вида хемитерпени, които представляват терпени, съставени от единична изопренова единица. 3-метил-2-бутен-1-ол (пренол) е добре известен и се намира в маслото, извлечено от цветята на дървото на Cananga odorata и хмел (Humulus lupulus).

монотерпените

Монотерпени са терпени, съставени от 2 изопренови единици. Има ациклични и циклични и общо има около 1500 документирани химически вида.

Химична структура на лимонен, монотерпен (Източник: Leyo, чрез Wikimedia Commons)

Повечето ациклични монотерпени са получени от 2,6-диметилоктан и техните изопренови единици са прикрепени "главата до опашката". Някои от тези съединения обогатяват флоралните тъкани на здравец (Pelargonium sp.) И се намират във восъка, който покрива оперението на някои птици.

Моноцикличните монотерпени са тези, които имат циклична част в структурата си, а най-често срещаните са тези, които имат циклопропанови, циклобутанови и циклохексанови пръстени. Има и бицикличните монотерпени, които имат два пръстена.

сескитерпени

Сесквитерпените са терпени, съставени от 3 изопренови единици, така че те имат 15 въглеродни атома.

Има фарнезийци (които отговарят за ароматите на топинга от ябълки, круши и други плодове), гермакранците и елеманите, хумуланите, едемманите и фураноедесманите, еремофиланите, фураноремофиланите и валеранците, кардинаните, дърманците, териманците guainanos и cicloguainanos, между много други.

дитерпени

Дитерпените имат 4 изопренови единици (С20) и също са доста разнообразна група от терпени, които включват фитони, циклофитани, лабдани, пимарани и изопимарани, бейерани, атисани, гиберелани, цембрани и др. и т.н.

Sesterpenes

Те са съставени от 5 изопренови единици и могат да бъдат циклични или ациклични. Тези съединения рядко се срещат при "по-високи" растения и се съобщават при някои морски гъби и други морски животни.

тритерпени

Съставени от 6 изопренови единици (C30), тритерпените са характерни молекули на някои растения, тъй като са част от брасиностероиди, фитоалексини, някои токсини и някои защитни восъци.

Много от тях са линейни съединения, повечето от които са получени от сквален, с две фарнезенови единици, свързани с опашка към опашката; Има и циклични тритерпени.

Tetraterpenes

Тетратерпените са изградени от 7 изопренови единици, така че те имат 35 въглеродни атома. В тази група са каротеноидите, които са най-обилни в природата.

Каротеноидите са всички структурни варианти или производни на разграждането на β-каротин, които имат между 11 и 12 конюгирани двойни връзки. Каротеноидите се намират в листата, стъблата и корените на висшите растения, представляващи до 0,1% от сухото тегло на цялото растение.

Структура на В-каротин, тетратерпен (Източник: NEUROtiker / Public domain, via Wikimedia Commons)

Те работят като "цветни филтри" за фотосинтеза в листата и са отговорни за жълтеникавите и червеникави оцветявания на листата на някои дървета през есента, тъй като те се разграждат по-бавно от хлорофила (зеления).

Въпреки че нямат същия брой функции като антоцианините и флавоноидите в растенията, каротеноидите допринасят за оцветяването на цветята и плодовете на много зеленчуци.

политерпени

Това са изопреноидите на повече от 8 изопренови единици. "Естественият каучук", който се получава от коагулацията на латекса на Hevea brasiliensis, по същество е съставен от цис-полиизопреноиди.

Долихолите с 14-20 изопренови единици се намират като естери на фосфорна киселина в липидните мембрани на нервните клетки и някои ендокринни жлези. Те функционират при прехвърлянето на олигозахариди за синтеза на гликолипиди и гликопротеини.

Примери за терпени

- Триена

Маслото, извлечено от листата на босилек, дафинов лист и горчив портокал, е богато на ациклични монотерпеноиди, известни като "триен", сред които се открояват β-мирценът и конформационните изомери на β-оксимен.

Химична структура на мирцен, монотерпен (Източник: Ян Херолд, Лейо / Публична власт, чрез Wikimedia Commons

- Лимонен

Лимонен, монотерпен, присъстващ в кората на цитрусови плодове и в листата на дърветата им, както и в растения като мента, хвойна, марихуана, розмарин и бор, се използва промишлено във фармацевтиката, козметологията и др. биотехнологии и в хранително-вкусовата промишленост.

Има антидепресантни, анксиолитични, антибактериални и имуностимулиращи свойства, което го прави много привлекателен от много гледни точки.

- Каротиноиди

Каротеноидите са терпени, които функционират като естествени пигменти при много растителни, гъбични и бактериални видове. Те са от съществено значение за синтеза на витамин А при животни и трябва да се консумират с храна, тъй като човешкото тяло и това на други бозайници не е в състояние да ги синтезира.

Препратки

1. Bouvier, F., Rahier, A., & Camara, B. (2005). Биогенеза, молекулна регулация и функция на растителните изопреноиди. Напредък в липидните изследвания, 44 (6), 357-429.
2. Брейтмайер, Е. (2006). Терпени: аромати, аромати, фармака, феромони. John Wiley & Sons.
3. Holstein, SA, & Hohl, RJ (2004). Изопреноиди: забележително разнообразие от форма и функция. Липиди, 39 (4), 293-309.
4. Kandi, S., Godishala, V., Rao, P., & Ramana, KV (2015). Биомедицинско значение на терпени: прозрение. Биомедицина, 3 (1), 8-10.
5. Тетали, SD (2019). Терпени и изопреноиди: богатство от съединения за глобална употреба. Растение, 249 (1), 1-8.