TERPENS: CARACTERÍSTIQUES, ESTRUCTURA, FUNCIÓ, CLASSIFICACIÓ - BIOLOGIA - 2025

Els terpens o isoprenoides són compostos orgànics formats per unitats repetides de molècules d'isoprè, que no són més que hidrocarburs estructurats per 5 àtoms de carboni. És a dir, són polímers d'isoprè de diferents longituds.

Inicialment la paraula "terpè" s'emprava específicament per referir-se a compostos orgànics naturals derivats d'un sola unitat de isoprè, però en l'actualitat els termes "terpè" i "isoprenoide" s'utilitzen indistintament amb molta freqüència per referir-se a substàncies d'una o més unitats de isoprè.

Estructura d'una unitat de isoprè (Font: Edgar181, via Wikimedia Commons)

El terme "terpè" s'origina de la paraula anglesa "turpentine", que deriva dels vocables llatins emprats per descriure la trementina, un compost derivat de la resina de certes espècies de coníferes.

La trementina conté alguns compostos hidrocarbonats que van ser els primers a encunyar-com "terpens", de manera que tradicionalment tots els compostos naturals fets d'unitats d'isoprè i derivats de plantes són denotats com terpens.

Aquestes molècules són sintetitzades a partir d'acetil coenzim A com a molècula precursora. Inicialment es dóna la condensació de dues d'aquestes molècules, formant acetoacetil-CoA, que després reacciona amb un altre acetil-CoA per formar β-hidroxi-β-metilglutaril-CoA.

La reducció enzimàtica de l'compost anterior en presència d'aigua i dependent de NADPH produeix àcid mevalónico, la fosforilació rendeix la forma difosfat d'àcid mevalónico. Aquest últim compost és descarboxilado i deshidratat per retre isopentenil pirofosfat (IPP), una unitat de isoprè activada.

La isomerització de l'IPP, algunes modificacions químiques successives de la mateixa i la condensació amb altres unitats IPP produeixen els diferents terpens que es coneixen. Les cadenes laterals de la vitamina A, E i K, de l'betacarotè i de l'esqualè són exemples de terpens coneguts.

Característiques dels terpens

- Els terpens són generalment compostos aromàtics volàtils.

- Són molècules hidrocarbonades insaturats (tenen dobles enllaços entre alguns dels seus àtoms de carboni) que es troben en tots els organismes vius, però són particularment abundants en els olis essencials de molts vegetals.

- Aquells terpens que posseeixen àtoms d'oxigen es coneixen com a "terpenoides". Aquests compostos exerceixen diferents funcions en els organismes vius i són sorprenentment diversos.

- No només són produïts per espècies vegetals, sinó que també són abundants en molts animals, on exerceixen funcions igual d'importants.

estructura

Es coneixen més de 30.000 espècies de terpens, o al menys aquest és el nombre aproximat d'aquells que han estat citats en la literatura.

La seva estructura bàsica segueix un principi general que consisteix en residus de 2-metilbutà, sovint coneguts com a unitats de isoprè, que són molècules de compostes per 5 àtoms de carboni; raó per la qual també són coneguts com "isoprenoides".

Usualment els terpens ocorren en la naturalesa com hidrocarburs, alcohols i els seus glucòsids, èters, aldehids, cetones, àcids carboxílics i èsters.

Depenent de l'nombre de residus de 2-metilbutà es distingeixen els:

- Hemiterpenos (C5)

- Monoterpens (C10)

- sesquiterpenos (C15)

- diterpens (C20)

- Sesterpenos (C25)

- triterpens (C30)

- tetraterpenos (C40)

- politerpens (C5) n, amb més de 8 unitats

La porció isopropil de cada unitat d'isoprè es coneix com "cap" i la porció etil es coneix com "cua". En els mono-, sesqui-, di- i sesterpenos, les unitats de isoprè s'uneixen entre si en una seqüència cap-cua, però els tri- i els tetraterpenos tenen una connexió cua-cua al centre.

És important notar, a més, que lògicament els terpens posseeixen un nombre d'àtoms de carboni que sempre és múltiple de 5, ja que els seus "blocs" estructurals estan formats per isoprens de 5 àtoms de carboni.

funció

Com compostos actius

- Els terpens són les substàncies responsables de l'olor, el sabor i d'algunes de les activitats farmacològiques específiques de certes coníferes i cítrics, de l'coriandre i l'espígol, de l'eucaliptus, de l'lemongrass, dels lliris, del pebre, i d'algunes flors, fulles i arrels de gran varietat de plantes.

- Aquestes substàncies els serveixen a les plantes per espantar insectes o predadors i també per atreure pol·linitzadors i dispersors de les seves llavors, ja que moltes vegades són compostos volàtils que emeten aromes específics (els menys volàtils tendeixen a proporcionar sabors amargs o tòxics).

- També són compostos útils des del punt de vista de senyalització i regulació de l'creixement de les plantes.

En la indústria i la biomedicina

- Els terpens són empleat per a la preparació i producció de perfums, per a això s'empren compostos naturals com el mentol, els cítrics i moltes espècies.

- També són útils per a la fabricació de sistemes d'aromateràpia d'origen natural, el quals s'han emprat tradicionalment per millorar l'estat d'ànim dels individus i, a més, que tenen un efecte repel·lent contra alguns insectes.

- Medicinalment, els terpens derivats de l'oli d'eucaliptus, per exemple, tenen propietats estimulants per a la secreció de mocs, per la qual cosa s'empren comunament en la formulació de substàncies expectorants.

Estructura de les diferents formes de metol (Font: H Padleckas, via Wikimedia Commons)

- Molts terpens també tenen propietats diürètiques i ajuden en l'alleujament d'espasmes gastrointestinals.

- Són, a més, incorporats a locions i cremes per disminuir el dolor i la urticària, així com per reduir infeccions microbianes, especialment de microorganismes resistents a antibiòtics, com ho són els llevats i els fongs.

- Els terpens consumits en infusions de plantes medicinals poden ajudar a eliminar flatulències i la indigestió. A més, aquestes substàncies també són incloses en molts productes pesticides.

classificació

Els terpens són classificats, d'acord amb el nombre d'unitats d'isoprè que els componen, com es va comentar anteriorment: hemiterpenos (C5); monoterpens (C10); sesquiterpens (C15); diterpens (C20); sesterpenos (C25); triterpens (C30); tetraterpenos (C40); politerpentos (C5) n, amb més de 8 unitats.

Hemiterpenos

Es coneixen prop de 50 tipus de hemiterpenos, que són terpens formats per una sola unitat de isoprè. El 3-metil-2-buten-1-ol (prenol) és molt conegut i es troba en l'oli extret de les flors de l'arbre ilang-ilang i de el llúpol (Humulus lupulus).

monoterpens

Els monoterpens són terpens formats per 2 unitats de isoprè. N'hi ha acíclics i cíclics i, en total, hi ha prop de 1.500 espècies químiques documentades.

Estructura química de l'limonè, 1 monoterpeno (Font: Va llegir, via Wikimedia Commons)

La major part dels monoterpens acíclics deriven de l'2,6-dimetiloctano i tenen les seves unitats de isoprè unides de manera "cap-cua". Alguns d'aquests compostos enriqueixen els teixits florals dels geranis (Pelargonium sp.) I són a la cera que recobreix el plomatge d'algunes aus.

Els monoterpens monocíclics són aquells que tenen una porció cíclica en la seva estructura i els més comuns són el que posseeixen anells de ciclopropà, ciclobutà i ciclohexà. També hi ha els monoterpens bicíclics, que tenen dos anells.

sesquiterpenos

Els sesquiterpens són terpens compostos per 3 unitats d'isoprè, pel que tenen 15 àtoms de carboni.

Existeixen els farnesanos (que són responsables dels sabors de la coberta de les pomes, peres i altres fruites), els germacranos i elemanos, els humulanos, els eudesmanos i furanoeudesmanos, els eremofilanos, furanoeremofilanos i valeranos, els cardinanos, els drimanos, els guainanos i cicloguainanos, entre molts altres.

diterpens

Els diterpens tenen 4 unitats isoprè (C20) i també són un grup de terpens bastant variat, en el qual s'inclouen els fitanos, els ciclofitanos, els labdanos, els pimaranos i isopimaranos, els beyeranos, els atisanos, els giberelanos, els Cembranos, etc.

Sesterpenos

Estan compostos per 5 unitats de isoprè i poden ser cíclics o acíclics. Aquests compostos tenen lloc rarament en plantes "superiors" i han estat reportats en algunes esponges marines i altres animals de la mar.

triterpens

Compostos per 6 unitats d'isoprè (C30), els triterpens són molècules característiques d'algunes plantes, ja que formen part dels brassinoesteroides, fitoalexines, d'algunes toxines i de certes ceres de protecció.

Molts d'aquests són compostos lineals, la major part dels quals deriven de l'esqualè, amb dues unitats de farnesano unides cua amb cua; també existeixen els triterpens cíclics.

tetraterpenos

Els tetraterpenos estan formats per 7 unitats de isoprè, pel que tenen 35 àtoms de carboni. En aquest grup es troben els carotenoides, que són els més abundants en la naturalesa.

Els carotenoides són tots variants estructurals o derivats de la degradació de l'β-carotè que tenen entre 11 i 12 dobles enllaços conjugats. Els carotenoides es troben a les fulles, les tiges i les arrels de les plantes superiors, representant fins al 0.1% de l'pes sec d'una planta completa.

Estructura de la B-carotè, 1 tetraterpeno (Font: NEUROtiker / Public domain, via Wikimedia Commons)

Funcionen com "filtres de color" per a la fotosíntesi a les fulles, i són els responsables de les coloracions groguenques i vermelloses de les fulles d'alguns arbres durant la tardor, ja que es degraden més lentament que la clorofil·la (verd).

Tot i que no tenen el mateix nombre de funcions que les antocianines i els flavonoides en les plantes, els carotenoides contribueixen a la coloració de les flors i fruits de molts vegetals.

politerpens

Aquests són els isoprenoides de més de 8 unitats de isoprè. La "goma natural", que és obtinguda de la coagulació de el làtex d'Hevea brasiliensis, està formada essencialment de cis- poliisoprenoides.

Els dolicoles amb 14-20 unitats d'isopreno es troben com èsters d'àcid fosfòric en les membranes lipídiques de les cèl·lules nervioses i d'algunes glàndules endocrines. Funcionen en la transferència d'oligosacàrids per a la síntesi de glicolípids i glicoproteïnes.

Exemples de terpens

- Trienos

L'oli extret de les fulles d'alfàbrega, de llorer i de taronja amarga és ric en monoterpenoides acíclics coneguts com "trienos", entre els quals destaquen el β-mirceno i els isòmers conformacionals de l'β-ocimè.

Estructura química de l'mirceno, 1 monoterpeno (Font: Jan Herold, va llegir / Public domain, via Wikimedia Commons

- Limonè

El limonè, 1 monoterpeno present a la closca dels cítrics i en les fulles dels seus arbres, així com en plantes com la menta, el ginebre, la marihuana, el romaní i el pi, és explotat industrialment en la farmacèutica, la cosmetologia, la biotecnologia i en la indústria alimentària.

Té propietats antidepressives, ansiolíticas, antibacterianes i immunoestimulants, per la qual cosa és molt atractiu des de molts punts de vista.

- Carotenoides

Els carotenoides són terpens que funcionen com pigments naturals en moltes espècies vegetals, fúngiques i bacterianes. Són essencials per a la síntesi de la vitamina A en els animals i han de ser consumits amb els aliments, ja que el cos humà i el d'altres mamífers és incapaç de sintetitzar-los.

referències

1. Bouvier, F., Rahier, A., & Camara, B. (2005). Biogenesis, molecular regulation and function of plant isoprenoids. Progress in lipid research, 44 (6), 357-429.
2. Breitmaier, I. (2006). Terpenes: flavors, Fragrances, pharmaca, feromones. John Wiley & Sons.
3. Holstein, SA, & Hohl, RJ (2004). Isoprenoids: Remarkable diversity of form and function. Lipids, 39 (4), 293-309.
4. Kandi, S., Godishala, V., Rao, P., & Ramana, KV (2015). Biomedical significance of terpenes: an insight. Biomedicine, 3 (1), 8-10.
5. Tetali, SD (2019). Terpenes and isoprenoids: a wealth of compounds for global faci servir. Planta, 249 (1), 1-8.