TERPENEN: KENMERKEN, STRUCTUUR, FUNCTIE, CLASSIFICATIE - BIOLOGIE - 2025

De gevormde terpenen of isoprenoïde verbindingen zijn organische zich herhalende eenheden van isopreenmoleculen, die alleen koolwaterstoffen zijn met 5 koolstofatomen. Dat wil zeggen, het zijn isopreenpolymeren van verschillende lengtes.

Aanvankelijk werd het woord 'terpeen' specifiek gebruikt om te verwijzen naar natuurlijke organische verbindingen die zijn afgeleid van een enkele isopreeneenheid, maar tegenwoordig worden de termen 'terpeen' en 'isoprenoïde' vaak door elkaar gebruikt om te verwijzen naar stoffen van een of meer isopreen units.

Structuur van een isopreeneenheid (Bron: Edgar181, via Wikimedia Commons)

De term "terpeen" is afkomstig van het Engelse woord "terpentijn", dat is afgeleid van de Latijnse woorden die worden gebruikt om terpentijn te beschrijven, een verbinding die is afgeleid van de hars van bepaalde soorten coniferen.

Terpentijn bevat enkele koolwaterstofverbindingen die voor het eerst werden bedacht als "terpenen", dus traditioneel worden alle natuurlijke verbindingen gemaakt van isopreeneenheden en afgeleid van planten aangeduid als terpenen.

Deze moleculen worden gesynthetiseerd uit acetylco-enzym A als precursormolecuul. Aanvankelijk vindt de condensatie van twee van deze moleculen plaats, waarbij acetoacetyl-CoA wordt gevormd, dat vervolgens reageert met een ander acetyl-CoA om β-hydroxy-β-methylglutaryl-CoA te vormen.

De enzymatische reductie van de vorige verbinding in aanwezigheid van water en afhankelijk van NADPH produceert mevalonzuur, waarvan de fosforylering de difosfaatvorm van mevalonzuur oplevert. De laatste verbinding wordt gedecarboxyleerd en gedehydrateerd om isopentenylpyrofosfaat (IPP) te geven, een geactiveerde isopreeneenheid.

De isomerisatie van de IPP, enkele opeenvolgende chemische modificaties ervan en de condensatie met andere IPP-eenheden produceren de verschillende terpenen die bekend zijn. De zijketens van vitamine A, E en K, van bètacaroteen en squaleen zijn voorbeelden van bekende terpenen.

Kenmerken van terpenen

- Terpenen zijn over het algemeen vluchtige aromatische verbindingen.

- Het zijn onverzadigde koolwaterstofmoleculen (ze hebben dubbele bindingen tussen sommige van hun koolstofatomen) die in alle levende organismen voorkomen, maar ze komen vooral voor in de etherische oliën van veel groenten.

- Die terpenen met zuurstofatomen staan ​​bekend als "terpenoïden". Deze verbindingen vervullen verschillende functies in levende organismen en zijn verrassend divers.

- Ze worden niet alleen geproduceerd door plantensoorten, maar zijn ook overvloedig aanwezig bij veel dieren, waar ze even belangrijke functies vervullen.

Structuur

Er zijn meer dan 30.000 soorten terpenen bekend, althans dat is het geschatte aantal dat in de literatuur wordt genoemd.

De basisstructuur volgt een algemeen principe dat bestaat uit 2-methylbutaanresiduen, vaak bekend als isopreeneenheden, moleculen die zijn opgebouwd uit 5 koolstofatomen; daarom staan ​​ze ook bekend als "isoprenoïden".

Terpenen komen meestal in de natuur voor als koolwaterstoffen, alcoholen en hun glycosiden, ethers, aldehyden, ketonen, carbonzuren en esters.

Afhankelijk van het aantal 2-methylbutaanresiduen worden de volgende onderscheiden:

- Hemiterpenen (C5)

- Monoterpenen (C10)

- Sesquiterpenen (C15)

- Diterpenen (C20)

- Sesterpenen (C25)

- Triterpenen (C30)

- Tetraterpenen (C40)

- Polyterpenen (C5) n, met meer dan 8 eenheden

Het isopropylgedeelte van elke isopreeneenheid staat bekend als de "kop" en het ethylgedeelte staat bekend als de "staart". In de mono-, sesqui-, di- en sesterpenen zijn de isopreeneenheden met elkaar verbonden in een kop-staartsequentie, maar de tri- en tetraterpenen hebben een staart-staartverbinding in het midden.

Het is ook belangrijk op te merken dat terpenen logischerwijs een aantal koolstofatomen hebben dat altijd een veelvoud is van 5, aangezien hun structurele "blokken" worden gevormd door isoprenen van 5 koolstofatomen.

Functie

Als actieve verbindingen

- Terpenen zijn de stoffen die verantwoordelijk zijn voor de geur, smaak en enkele van de specifieke farmacologische activiteiten van bepaalde coniferen en citrusvruchten, koriander en lavendel, eucalyptus, citroengras, lelies, peper en sommige bloemen , bladeren en wortels van een grote verscheidenheid aan planten.

- Deze stoffen worden door planten gebruikt om insecten of roofdieren te verdrijven en ook om bestuivers en verspreiders van hun zaden aan te trekken, aangezien het vaak vluchtige stoffen zijn die specifieke aroma's afgeven (de minder vluchtige hebben de neiging bittere of giftige smaken te geven).

- Ze zijn ook nuttige verbindingen vanuit het oogpunt van signalering en regulering van plantengroei.

In de industrie en de biogeneeskunde

- Terpenen worden gebruikt voor de bereiding en productie van parfums, waarvoor natuurlijke verbindingen zoals menthol, citrusvruchten en veel kruiden worden gebruikt.

- Ze zijn ook nuttig voor de vervaardiging van aromatherapiesystemen van natuurlijke oorsprong, die traditioneel worden gebruikt om de gemoedstoestand van individuen te verbeteren en bovendien een afstotend effect hebben tegen sommige insecten.

- Medicinaal gezien hebben terpenen afgeleid van bijvoorbeeld eucalyptusolie stimulerende eigenschappen voor de afscheiding van slijm, daarom worden ze vaak gebruikt bij de formulering van slijmoplossende stoffen.

Structuur van de verschillende vormen van metol (Bron: H Padleckas, via Wikimedia Commons)

- Veel terpenen hebben ook diuretische eigenschappen en helpen bij het verlichten van gastro-intestinale spasmen.

- Ze worden ook verwerkt in lotions en crèmes om pijn en urticaria te verminderen en om microbiële infecties te verminderen, met name antibiotica-resistente micro-organismen, zoals gisten en schimmels.

- De terpenen die worden geconsumeerd in infusies van medicinale planten kunnen winderigheid en indigestie helpen elimineren. Bovendien zitten deze stoffen ook in veel bestrijdingsmiddelen.

Classificatie

Terpenen worden, zoals eerder vermeld, geclassificeerd volgens het aantal isopreeneenheden waaruit ze bestaan: hemiterpenen (C5); monoterpenen (C10); sesquiterpenen (C15); diterpenen (C20); sesterpenen (C25); triterpenen (C30); tetraterpenen (C40); polyterpenths (C5) n, met meer dan 8 eenheden.

Hemiterpenen

Er zijn ongeveer 50 soorten hemiterpenen bekend, dit zijn terpenen die uit een enkele isopreeneenheid bestaan. 3-methyl-2-buten-1-ol (prenol) is goed bekend en wordt aangetroffen in de olie die wordt gewonnen uit de bloemen van de Cananga odorata-boom en hop (Humulus lupulus).

Monoterpenen

Monoterpenen zijn terpenen die bestaan ​​uit 2 isopreeneenheden. Er zijn acyclische en cyclische soorten en in totaal zijn er ongeveer 1.500 gedocumenteerde chemische soorten.

Chemische structuur van limoneen, een monoterpeen (Bron: Leyo, via Wikimedia Commons)

De meeste acyclische monoterpenen zijn afgeleid van 2,6-dimethyloctaan en hun isopreeneenheden zijn "kop aan staart" bevestigd. Sommige van deze verbindingen verrijken het bloemenweefsel van geraniums (Pelargonium sp.) En zitten in de was die het verenkleed van sommige vogels bedekt.

Monocyclische monoterpenen zijn die met een cyclisch deel in hun structuur en de meest voorkomende zijn die met cyclopropaan-, cyclobutaan- en cyclohexaanringen. Er zijn ook de bicyclische monoterpenen, die twee ringen hebben.

Sesquiterpenen

Sesquiterpenen zijn terpenen die zijn opgebouwd uit 3 isopreeneenheden, dus ze hebben 15 koolstofatomen.

Er zijn de Farneseans (die verantwoordelijk zijn voor de aroma's van de omhulling van appels, peren en ander fruit), de Germacranians en Elemans, de Humulans, de Eudesmans en Furanoeudesmans, de Eremofilanes, Furanoeremophilanes and Valerans, de Cardinans, the Drimans, the guainanos en cicloguainanos, onder vele anderen.

Diterpenen

Diterpenen hebben 4 isopreeneenheden (C20) en vormen ook een behoorlijk gevarieerde groep terpenen, waaronder fytanen, cyclofytanen, labdans, pimarans en isopimarans, beyerans, atisans, giberelans, cembrans, enzovoort.

Sesterpenen

Ze zijn samengesteld uit 5 isopreeneenheden en kunnen cyclisch of acyclisch zijn. Deze verbindingen komen zelden voor in "hogere" planten en zijn gerapporteerd in sommige zeesponzen en andere zeedieren.

Triterpenen

Triterpenen, samengesteld uit 6 isopreeneenheden (C30), zijn karakteristieke moleculen van sommige planten, aangezien ze deel uitmaken van brassinosteroïden, fytoalexinen, sommige toxines en bepaalde beschermende wassen.

Veel van deze zijn lineaire verbindingen, waarvan de meeste zijn afgeleid van squaleen, met twee farneseeneenheden die staart aan staart zijn gekoppeld; Er zijn ook cyclische triterpenen.

Tetraterpenen

Tetraterpenen bestaan ​​uit 7 isopreeneenheden, dus ze hebben 35 koolstofatomen. In deze groep zitten carotenoïden, die in de natuur het meest voorkomen.

Carotenoïden zijn allemaal structurele varianten of derivaten van de afbraak van β-caroteen die tussen 11 en 12 geconjugeerde dubbele bindingen hebben. Carotenoïden worden aangetroffen in de bladeren, stengels en wortels van hogere planten, goed voor maximaal 0,1% van het drooggewicht van een hele plant.

Structuur van B-caroteen, een tetraterpeen (Bron: NEUROtiker / publiek domein, via Wikimedia Commons)

Ze werken als "kleurfilters" voor fotosynthese in bladeren en zijn verantwoordelijk voor de gelige en roodachtige verkleuring van de bladeren van sommige bomen in de herfst, aangezien ze langzamer worden afgebroken dan chlorofyl (groen).

Hoewel ze niet hetzelfde aantal functies hebben als anthocyanen en flavonoïden in planten, dragen carotenoïden bij aan de kleur van de bloemen en vruchten van veel groenten.

Polyterpenen

Dit zijn de isoprenoïden van meer dan 8 isopreeneenheden. Het "natuurlijke rubber", dat wordt verkregen uit de coagulatie van de latex van Hevea brasiliensis, bestaat in wezen uit cis-polyisoprenoïden.

Dolichols met 14-20 isopreeneenheden worden als fosforzuuresters aangetroffen in de lipidenmembranen van zenuwcellen en sommige endocriene klieren. Ze werken bij de overdracht van oligosacchariden voor de synthese van glycolipiden en glycoproteïnen.

Voorbeelden van terpenen

- Triene

De olie die wordt gewonnen uit de bladeren van basilicum, laurierblad en bittere sinaasappel is rijk aan acyclische monoterpenoïden die bekend staan ​​als "trieen", waaronder het β-myrceen en de conformationele isomeren van β-ocimeen.

Chemische structuur van myrceen, een monoterpeen (Bron: Jan Herold, Leyo / Public domain, via Wikimedia Commons

- Limoneen

Limoneen, een monoterpeen dat aanwezig is in de schil van citrusvruchten en in de bladeren van hun bomen, maar ook in planten zoals munt, jeneverbes, marihuana, rozemarijn en den, wordt industrieel geëxploiteerd in de farmaceutische industrie, cosmetica, biotechnologie en in de voedingsindustrie.

Het heeft antidepressieve, anxiolytische, antibacteriële en immunostimulerende eigenschappen, waardoor het in vele opzichten zeer aantrekkelijk is.

- Carotenoïden

Carotenoïden zijn terpenen die functioneren als natuurlijke pigmenten in veel planten-, schimmel- en bacteriesoorten. Ze zijn essentieel voor de synthese van vitamine A bij dieren en moeten met voedsel worden geconsumeerd, aangezien het menselijk lichaam en dat van andere zoogdieren ze niet kunnen synthetiseren.

Referenties

1. Bouvier, F., Rahier, A., en Camara, B. (2005). Biogenese, moleculaire regulatie en functie van isoprenoïden van planten. Vooruitgang in lipidenonderzoek, 44 (6), 357-429.
2. Breitmaier, E. (2006). Terpenen: smaken, geuren, pharmaca, feromonen. John Wiley & Sons.
3. Holstein, SA en Hohl, RJ (2004). Isoprenoïden: opmerkelijke diversiteit in vorm en functie. Lipiden, 39 (4), 293-309.
4. Kandi, S., Godishala, V., Rao, P., & Ramana, KV (2015). Biomedische betekenis van terpenen: een inzicht. Biogeneeskunde, 3 (1), 8-10.
5. Tetali, SD (2019). Terpenen en isoprenoïden: een schat aan verbindingen voor wereldwijd gebruik. Plant, 249 (1), 1-8.