TERPENE: EIGENSCHAFTEN, STRUKTUR, FUNKTION, KLASSIFIZIERUNG - BIOLOGIE - 2024

Die gebildeten Terpene oder Isoprenoidverbindungen sind organische Wiederholungseinheiten von Isoprenmolekülen, bei denen es sich nur um Kohlenwasserstoffe mit 5 Kohlenstoffatomen handelt. Das heißt, sie sind Isoprenpolymere unterschiedlicher Länge.

Ursprünglich wurde das Wort "Terpen" speziell für natürliche organische Verbindungen verwendet, die von einer einzelnen Isopreneinheit abgeleitet sind. Heute werden die Begriffe "Terpen" und "Isoprenoid" häufig synonym verwendet, um sich auf Substanzen einer oder mehrerer Substanzen zu beziehen Isopreneinheiten.

Struktur einer Isopreneinheit (Quelle: Edgar181, über Wikimedia Commons)

Der Begriff "Terpen" stammt vom englischen Wort "Terpentin" ab, das sich von den lateinischen Wörtern ableitet, die zur Beschreibung von Terpentin verwendet werden, einer Verbindung, die aus dem Harz bestimmter Nadelbaumarten stammt.

Terpentin enthält einige Kohlenwasserstoffverbindungen, die zuerst als "Terpene" geprägt wurden. Daher werden traditionell alle natürlichen Verbindungen, die aus Isopreneinheiten hergestellt und aus Pflanzen gewonnen werden, als Terpene bezeichnet.

Diese Moleküle werden aus Acetyl-Coenzym A als Vorläufermolekül synthetisiert. Zunächst erfolgt die Kondensation von zwei dieser Moleküle unter Bildung von Acetoacetyl-CoA, das dann mit einem anderen Acetyl-CoA unter Bildung von β-Hydroxy-β-methylglutaryl-CoA reagiert.

Die enzymatische Reduktion der vorherigen Verbindung in Gegenwart von Wasser und abhängig von NADPH erzeugt Mevalonsäure, deren Phosphorylierung die Diphosphatform von Mevalonsäure ergibt. Die letztere Verbindung wird decarboxyliert und dehydratisiert, um Isopentenylpyrophosphat (IPP), eine aktivierte Isopreneinheit, zu ergeben.

Die Isomerisierung des IPP, einige aufeinanderfolgende chemische Modifikationen desselben und die Kondensation mit anderen IPP-Einheiten erzeugen die verschiedenen bekannten Terpene. Die Seitenketten von Vitamin A, E und K, Beta-Carotin und Squalen sind Beispiele für bekannte Terpene.

Eigenschaften von Terpenen

- Terpene sind im Allgemeinen flüchtige aromatische Verbindungen.

- Sie sind ungesättigte Kohlenwasserstoffmoleküle (sie haben Doppelbindungen zwischen einigen ihrer Kohlenstoffatome), die in allen lebenden Organismen vorkommen, aber sie kommen besonders häufig in den ätherischen Ölen vieler Gemüsesorten vor.

- Terpene mit Sauerstoffatomen werden als "Terpenoide" bezeichnet. Diese Verbindungen erfüllen in lebenden Organismen unterschiedliche Funktionen und sind überraschend vielfältig.

- Sie werden nicht nur von Pflanzenarten produziert, sondern kommen auch bei vielen Tieren häufig vor, wo sie gleich wichtige Funktionen erfüllen.

Struktur

Es sind mehr als 30.000 Terpenarten bekannt, oder zumindest die ungefähre Anzahl der in der Literatur zitierten.

Seine Grundstruktur folgt einem allgemeinen Prinzip, das aus 2-Methylbutanresten besteht, die oft als Isopreneinheiten bezeichnet werden und Moleküle sind, die aus 5 Kohlenstoffatomen bestehen. Deshalb werden sie auch als "Isoprenoide" bezeichnet.

Terpene kommen in der Natur üblicherweise als Kohlenwasserstoffe, Alkohole und deren Glykoside, Ether, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren und Ester vor.

Abhängig von der Anzahl der 2-Methylbutanreste wird Folgendes unterschieden:

- Hemiterpene (C5)

- Monoterpene (C10)

- Sesquiterpene (C15)

- Diterpene (C20)

- Sesterpene (C25)

- Triterpene (C30)

- Tetraterpene (C40)

- Polyterpene (C5) n mit mehr als 8 Einheiten

Der Isopropylanteil jeder Isopreneinheit ist als "Kopf" und der Ethylanteil als "Schwanz" bekannt. Bei den Mono-, Sesqui-, Di- und Sesterpenen sind die Isopreneinheiten in einer Kopf-Schwanz-Sequenz miteinander verbunden, aber die Tri- und Tetraterpene haben in der Mitte eine Schwanz-Schwanz-Verbindung.

Es ist auch wichtig anzumerken, dass Terpene logischerweise eine Anzahl von Kohlenstoffatomen haben, die immer ein Vielfaches von 5 ist, da ihre strukturellen "Blöcke" aus Isoprenen von 5 Kohlenstoffatomen bestehen.

Funktion

Als Wirkstoffe

- Terpene sind die Substanzen, die für den Geruch, den Geschmack und einige der spezifischen pharmakologischen Aktivitäten bestimmter Nadelbäume und Zitrusfrüchte, Koriander und Lavendel, Eukalyptus, Zitronengras, Lilien, Pfeffer und einiger Blumen verantwortlich sind , Blätter und Wurzeln einer Vielzahl von Pflanzen.

- Diese Substanzen werden von Pflanzen verwendet, um Insekten oder Raubtiere zu vertreiben und um Bestäuber und Dispergierer ihrer Samen anzulocken, da es sich häufig um flüchtige Verbindungen handelt, die bestimmte Aromen abgeben (die weniger flüchtigen neigen dazu, bittere oder giftige Aromen zu liefern).

- Sie sind auch nützliche Verbindungen im Hinblick auf die Signalisierung und Regulierung des Pflanzenwachstums.

In der Industrie und in der Biomedizin

- Terpene werden zur Herstellung und Herstellung von Parfums verwendet, für die natürliche Verbindungen wie Menthol, Zitrusfrüchte und viele Gewürze verwendet werden.

- Sie eignen sich auch zur Herstellung von Aromatherapiesystemen natürlichen Ursprungs, die traditionell zur Verbesserung der Stimmung von Personen eingesetzt werden und außerdem eine abstoßende Wirkung gegen einige Insekten haben.

- Medizinisch gesehen haben beispielsweise aus Eukalyptusöl gewonnene Terpene stimulierende Eigenschaften für die Sekretion von Schleim, weshalb sie üblicherweise bei der Formulierung von schleimlösenden Substanzen verwendet werden.

Struktur der verschiedenen Formen der Metol (Quelle: H Padleckas, via Wikimedia Commons)

- Viele Terpene haben auch harntreibende Eigenschaften und helfen bei der Linderung von Magen-Darm-Krämpfen.

- Sie werden auch in Lotionen und Cremes eingearbeitet, um Schmerzen und Urtikaria sowie mikrobielle Infektionen, insbesondere antibiotikaresistente Mikroorganismen wie Hefen und Pilze, zu reduzieren.

- Die in Infusionen von Heilpflanzen konsumierten Terpene können helfen, Blähungen und Verdauungsstörungen zu beseitigen. Darüber hinaus sind diese Substanzen auch in vielen Pestizidprodukten enthalten.

Einstufung

Terpene werden nach der Anzahl der Isopreneinheiten, aus denen sie bestehen, wie zuvor erwähnt klassifiziert: Hemiterpene (C5); Monoterpene (C10); Sesquiterpene (C15); Diterpene (C20); Sesterpene (C25); Triterpene (C30); Tetraterpene (C40); Polyterpentel (C5) n mit mehr als 8 Einheiten.

Hemiterpene

Es sind etwa 50 Arten von Hemiterpenen bekannt, bei denen es sich um Terpene handelt, die aus einer einzelnen Isopreneinheit bestehen. 3-Methyl-2-buten-1-ol (Prenol) ist bekannt und kommt in dem Öl vor, das aus den Blüten des Cananga odorata-Baums und des Hopfens (Humulus lupulus) gewonnen wird.

Monoterpene

Monoterpene sind Terpene, die aus 2 Isopreneinheiten bestehen. Es gibt azyklische und zyklische und insgesamt gibt es etwa 1.500 dokumentierte chemische Spezies.

Chemische Struktur von Limonen, einem Monoterpen (Quelle: Leyo, über Wikimedia Commons)

Die meisten acyclischen Monoterpene stammen von 2,6-Dimethyloctan und haben ihre Isopreneinheiten "von Kopf bis Schwanz" gebunden. Einige dieser Verbindungen bereichern das Blütengewebe von Geranien (Pelargonium sp.) Und befinden sich im Wachs, das das Gefieder einiger Vögel bedeckt.

Monocyclische Monoterpene sind solche mit einem cyclischen Anteil in ihrer Struktur und die häufigsten sind solche mit Cyclopropan-, Cyclobutan- und Cyclohexanringen. Es gibt auch die bicyclischen Monoterpene, die zwei Ringe haben.

Sesquiterpene

Sesquiterpene sind Terpene, die aus 3 Isopreneinheiten bestehen, also 15 Kohlenstoffatome haben.

Es gibt die Farneseaner (die für die Aromen des Belags von Äpfeln, Birnen und anderen Früchten verantwortlich sind), die Germacranians und Elemans, die Humulans, die Eudesmans und Furanoeudesmans, die Eremofilanes, Furanoeremophilanes und Valerans, die Cardinans, die Drimans, die Guainanos und Cicloguainanos, unter vielen anderen.

Diterpene

Diterpene haben 4 Isopreneinheiten (C20) und sind auch eine sehr unterschiedliche Gruppe von Terpenen, zu denen Phytane, Cyclophytane, Labdans, Pimarane und Isopimarane, Beyerane, Atisane, Giberelane, Cembrane, gehören. etc.

Sesterpene

Sie bestehen aus 5 Isopreneinheiten und können cyclisch oder acyclisch sein. Diese Verbindungen kommen selten in "höheren" Pflanzen vor und wurden bei einigen Meeresschwämmen und anderen Meerestieren berichtet.

Triterpene

Triterpene bestehen aus 6 Isopreneinheiten (C30) und sind charakteristische Moleküle einiger Pflanzen, da sie Teil von Brassinosteroiden, Phytoalexinen, einigen Toxinen und bestimmten Schutzwachsen sind.

Viele davon sind lineare Verbindungen, von denen die meisten von Squalen abgeleitet sind, wobei zwei Farneseneinheiten Schwanz an Schwanz verbunden sind; Es gibt auch cyclische Triterpene.

Tetraterpene

Tetraterpene bestehen aus 7 Isopreneinheiten, haben also 35 Kohlenstoffatome. In dieser Gruppe sind Carotinoide, die in der Natur am häufigsten vorkommen.

Carotinoide sind alle Strukturvarianten oder Derivate des Abbaus von β-Carotin, die zwischen 11 und 12 konjugierte Doppelbindungen aufweisen. Carotinoide kommen in Blättern, Stielen und Wurzeln höherer Pflanzen vor und machen bis zu 0,1% des Trockengewichts einer ganzen Pflanze aus.

Struktur von B-Carotin, einem Tetraterpen (Quelle: NEUROtiker / Public Domain, via Wikimedia Commons)

Sie wirken als "Farbfilter" für die Photosynthese in Blättern und sind für die gelbliche und rötliche Färbung der Blätter einiger Bäume im Herbst verantwortlich, da sie langsamer abgebaut werden als Chlorophyll (grün).

Obwohl sie nicht die gleiche Anzahl von Funktionen wie Anthocyane und Flavonoide in Pflanzen haben, tragen Carotinoide zur Färbung der Blüten und Früchte vieler Gemüsesorten bei.

Polyterpene

Dies sind die Isoprenoide von mehr als 8 Isopreneinheiten. Der "Naturkautschuk", der aus der Koagulation des Latex von Hevea brasiliensis gewonnen wird, besteht im wesentlichen aus cis-Polyisoprenoiden.

Dolichole mit 14-20 Isopreneinheiten finden sich als Phosphorsäureester in den Lipidmembranen von Nervenzellen und einigen endokrinen Drüsen. Sie wirken beim Transfer von Oligosacchariden zur Synthese von Glykolipiden und Glykoproteinen.

Beispiele für Terpene

- Triene

Das Öl, das aus den Blättern von Basilikum, Lorbeerblatt und Bitterorange gewonnen wird, ist reich an acyclischen Monoterpenoiden, die als "Trien" bekannt sind, wobei das β-Myrcen und die Konformationsisomere von β-Ocimen hervorstechen.

Chemische Struktur von Myrcen, einem Monoterpen (Quelle: Jan Herold, Leyo / Public Domain, über Wikimedia Commons

- Limonen

Limonen, ein Monoterpen, das in der Schale von Zitrusfrüchten und in den Blättern ihrer Bäume sowie in Pflanzen wie Minze, Wacholder, Marihuana, Rosmarin und Kiefer vorhanden ist, wird industriell in der Pharmazie, Kosmetik, Biotechnologie und in der Lebensmittelindustrie.

Es hat antidepressive, anxiolytische, antibakterielle und immunstimulierende Eigenschaften, was es unter vielen Gesichtspunkten sehr attraktiv macht.

- Carotinoide

Carotinoide sind Terpene, die in vielen Pflanzen-, Pilz- und Bakterienarten als natürliche Pigmente fungieren. Sie sind für die Synthese von Vitamin A bei Tieren essentiell und müssen mit der Nahrung aufgenommen werden, da der menschliche Körper und der anderer Säugetiere sie nicht synthetisieren können.

Verweise

1. F. Bouvier, A. Rahier & B. Camara (2005). Biogenese, molekulare Regulation und Funktion pflanzlicher Isoprenoide. Fortschritte in der Lipidforschung, 44 (6), 357-429.
2. Breitmaier, E. (2006). Terpene: Aromen, Düfte, Pharmaka, Pheromone. John Wiley & Sons.
3. Holstein, SA & Hohl, RJ (2004). Isoprenoide: bemerkenswerte Form- und Funktionsvielfalt. Lipids, 39 (4), 293 & ndash; 309.
4. Kandi, S., Godishala, V., Rao, P. & Ramana, KV (2015). Biomedizinische Bedeutung von Terpenen: ein Einblick. Biomedicine, 3 (1), 8 & ndash; 10.
5. Tetali, SD (2019). Terpene und Isoprenoide: eine Fülle von Verbindungen für den weltweiten Einsatz. Plant, 249 (1), 1-8.