טרפנים: מאפיינים, מבנה, פונקציה, סיווג - ביולוגיה

טרפנים או תרכובות isoprenoid נוצרו הן מיחידות חוזרות אורגניות של מולקולות isoprene, שהן רק פחמימנים מובנים 5 אטום פחמן. כלומר, הם פולימרים איזופרניים באורכים שונים.

בתחילה נעשה שימוש במילה "טרפן" במיוחד כדי להתייחס לתרכובות אורגניות טבעיות שמקורן ביחידת איזופרן יחידה, אולם כיום משתמשים במושגים "טרפן" ו"איזופרנואיד "זה בזה, בתדירות רבה, כדי להתייחס לחומרים של אחד או יותר יחידות איזופרן.

מבנה של יחידת איזופרן (מקור: Edgar181, באמצעות ויקימדיה Commons)

המונח "טרפין" מקורו במילה האנגלית "טרפנטין", שמקורו במילים הלטיניות המשמשות לתיאור טרפנטין, תרכובת הנגזרת משרף מינים מסוימים של עצי מחט.

טרפנטין מכיל כמה תרכובות פחמימניות שהוטבעו לראשונה כ"טרפנים ", ולכן באופן מסורתי כל התרכובות הטבעיות המיוצרות מיחידות איזופרניות ומקורן בצמחים נקראות טרפנים.

מולקולות אלה מסונתזות מ אצטיל קואנזים A כמולקולת מבשר. בתחילה מתרחש עיבוי של שתיים ממולקולות אלה ויוצר acetoacetyl-CoA, המגיב אז עם אצטיל-CoA אחר ליצירת β-hydroxy-β-methylglutaryl-CoA.

ההפחתה האנזימטית של התרכובת הקודמת בנוכחות מים ותלויה ב- NADPH מייצרת חומצה מבלונית, שהזרחן שלה מניב את הצורה הדיפוספטית של חומצה מבלונית. התרכובת האחרונה מנוגדת decboxboxylated ומיובשת כדי לייצר isopentenyl pyrophosphate (IPP), יחידת איזופרן מופעלת.

האיזומרזציה של ה- IPP, כמה שינויים כימיים ברציפות זהה והתעבות עם יחידות IPP אחרות מייצרות את טרפנים שונים הידועים. השרשראות הצדדיות של ויטמין A, E ו- K, של בטא-קרוטן ושל סקוואלין הן דוגמאות לטרפנים ידועים.

מאפייני טרפנים

טרפנים הם תרכובות ארומטיות נדיפות בדרך כלל.

- מדובר במולקולות פחמימניות בלתי רוויות (יש להן קשרים כפולים בין חלק מאטומי הפחמן שלהן) שנמצאות בכל האורגניזמים החיים, אך הן בשפע במיוחד בשמנים אתריים של ירקות רבים.

- טרפנים בעלי אטומי חמצן ידועים כ"טרפנואידים ". תרכובות אלה מבצעות פונקציות שונות באורגניזמים חיים והן מגוונות באופן מפתיע.

- הם לא מיוצרים רק על ידי מינים מהצומח, אלא הם נפוצים גם אצל בעלי חיים רבים, שם הם מבצעים תפקידים חשובים לא פחות.

מִבְנֶה

ידועים יותר מ- 30,000 מינים של טרפנים, או לפחות זה המספר המשוער של אלו שהובאו בספרות.

המבנה הבסיסי שלו עוקב אחר עיקרון כללי המורכב משאריות 2-מתילבוטן, המכונות לעתים קרובות יחידות איזופרניות, שהן מולקולות של 5 אטומי פחמן; וזו הסיבה שהם מכונים גם "איזופרנואידים".

טרפנים מופיעים בדרך כלל בטבע כמו פחמימנים, אלכוהולים והגליקוזידים שלהם, אתרים, אלדהידים, קטונים, חומצות קרבוקסיליות ואסטרים.

בהתאם למספר שאריות 2-מתילבוטן, נבדלים הדברים הבאים:

- Hemiterpenes (C5)

- מונוטרפנים (C10)

- Sesquiterpenes (C15)

- Diterpenes (C20)

- Sesterpenes (C25)

- Triterpenes (C30)

- Tetraterpenes (C40)

- פוליאסטרפנים (C5) n, עם יותר מ- 8 יחידות

החלק האיזופרופיל של כל יחידת איזופרן מכונה "הראש" וחלק האתיל ידוע כ"זנב ". ביחידות מונו, ססקווי, די וססטרפנים, יחידות האיזופרן מקושרות זו לזו ברצף זנב ראש, אך לטרי-טטראטפן יש קשר זנב-זנב במרכז.

כמו כן, חשוב לציין כי בטרפנים יש באופן הגיוני מספר אטומי פחמן שהם תמיד מכפיל של 5, שכן ה"בלוקים "המבניים שלהם מורכבים מאיזופרן של 5 אטומי פחמן.

פוּנקצִיָה

כתרכובות פעילות

טרפנים הם החומרים האחראיים לריח, לטעם ולחלק מהפעילות הפרמקולוגית הספציפית של עצי מחטניים ופירות הדר, כוסברה ולבנדר, אקליפטוס, לימון, חבצלות, פלפל וכמה פרחים. , עלים ושורשים של מגוון רחב של צמחים.

- חומרים אלה משמשים על ידי צמחים כדי להבריח חרקים או טורפים וגם כדי למשוך מאביקים ומפזרים מזרעיהם, מכיוון שלעתים קרובות הם תרכובות נדיפות הפולטות ניחוחות ספציפיים (אלו הפחות נדיפים נוטים לספק טעמים מרירים או רעילים).

- הם גם תרכובות שימושיות מנקודת המבט של איתות ווויסות גידול הצמח.

בתעשייה וביו-רפואה

- טרפנים משמשים להכנה וייצור של בשמים, שעבורם משתמשים בתרכובות טבעיות כמו מנטול, פירות הדר ותבלינים רבים.

הם מועילים גם לייצור מערכות ארומתרפיה ממקור טבעי, אשר שימשו באופן מסורתי לשיפור מצב הרוח של אנשים, ובנוסף, הם בעלי השפעה דוחה כנגד חרקים מסוימים.

- מבחינה רפואית, טרפנים המופקים משמן אקליפטוס, למשל, הם בעלי תכונות מגרה להפרשת ריר, וזו הסיבה שהם משמשים בדרך כלל בניסוח של חומרים הרות.

מבנה צורות המטול השונות (מקור: H Padleckas, באמצעות Wikimedia Commons)

- טרפנים רבים גם בעלי תכונות משתן ועוזרים בהקלה על עוויתות במערכת העיכול.

- הם משולבים גם בקרמים וקרמים להפחתת כאב ואורטיקריה, כמו גם להפחתת זיהומים חיידקים, במיוחד מיקרואורגניזמים עמידים לאנטיביוטיקה, כמו שמרים ופטריות.

הטרפנים הנצרכים בחליטות של צמחי מרפא יכולים לעזור לחסל גזים במערכת העיכול. יתר על כן, חומרים אלה כלולים גם במוצרי הדברה רבים.

מִיוּן

טרפנים מסווגים, על פי מספר יחידות איזופרן המרכיבות אותם, כאמור: המיטרפנים (C5); מונוטרפנים (C10); sesquiterpenes (C15); diterpenes (C20); sesterpenes (C25); טריטרפנים (C30); טטרטרפנים (C40); polyterpenths (C5) n, עם יותר מ 8 יחידות.

המיטרפנים

ידועים כ- 50 סוגים של המיטרפנים, שהם טרפנים המורכבים מיחידת איזופרן יחידה. 3-מתיל-2-בוטן-1-אול (פרנול) ידוע ונמצא בשמן המופק מפרחי עץ כונאתה (Cananga odorata) וכשות (Humulus lupulus).

מונוטרפנים

מונוטרפנים הם טרפנים המורכבים משתי יחידות איזופרניות. ישנם מחזורי מחזוריות ובסך הכל ישנם כ -1,500 מינים כימיים מתועדים.

מבנה כימי של לימונן, מונוטרן (מקור: Leyo, באמצעות ויקימדיה Commons)

מרבית המונוטרפנים האציקליים נגזרים מ- 2,6-דימתילוקטן, ויחידות האיזופרן שלהם מחוברות "ראש לזנב". חלק מהתרכובות הללו מעשירות את הרקמות הפרחוניות של גרניום (פלרגוניום sp.) ונמצאים בשעווה המכסה את פלומה של כמה ציפורים.

מונוטרפנים מונוציקליים הם כאלה שיש להם חלק מחזורי במבנה שלהם והנפוצים ביותר הם כאלה שיש להם טבעות ציקלופופרן, ציקלו-בוטאן ו ציקלוהקסאן. ישנם גם המונוטרפנים האופניים, שיש להם שתי טבעות.

Sesquiterpenes

Sesquiterpenes הם טרפנים המורכבים משלוש יחידות איזופרן, כך שיש להם 15 אטומי פחמן.

ישנם הפרנסנים (שאחראים לטעמים של תפירת תפוחים, אגסים ופירות אחרים), הגרמאקראנים והאלמנים, ההומולנים, האודסמנים והפורנו-אדמנס, הארמופילאנים, פוראנומרמופילנים, ואלרנים, הקרדיננים, הדרמנים, הדרמנים guainanos ו- cicloguainanos, בקרב רבים אחרים.

Diterpenes

לדיטרפנים יש 4 יחידות איזופרניות (C20) והן גם קבוצה די מגוונת של טרפנים, הכוללים פיטאנים, ציקלופיטים, מעבדות, פימארנים ואיזופימארנים, ביארנים, אטיסנים, ג'יברלאנים, סמברנס, וכו '

Sesterpenes

הם מורכבים מחמש יחידות איזופרניות ויכולות להיות מחזוריות או מחזוריות. תרכובות אלה מתרחשות לעיתים רחוקות בצמחים "גבוהים יותר", ודווחו בכמה ספוגים ימיים ובעלי חיים אחרים.

Triterpenes

מורכבים מ -6 יחידות איזופרניות (C30), הטריטרפנים הם מולקולות אופייניות של צמחים מסוימים, מכיוון שהם חלק מ brassinosteroids, phytoalexins, כמה רעלים שעוות הגנה מסוימות.

רבים מאלה הם תרכובות ליניאריות, שרובן נגזרות מהקוואלין, עם שתי יחידות פרזסן המקושרות בזנב לזנב; ישנם גם טרטרפנים מחזוריים.

טטרטרפנים

טטרטרפנים מורכבים מ -7 יחידות איזופרניות, כך שיש להם 35 אטומי פחמן. בקבוצה זו נמצאים קרוטנואידים שהם הנפוצים ביותר בטבע.

קרוטנואידים הם כולם גרסאות או נגזרות מבניות של השפלה של ß- קרוטן שיש להם בין 11 ל 12 קשרים כפולים מצומדים. קרוטנואידים נמצאים בעלים, גבעולים ושורשים של צמחים גבוהים יותר, ומהווים עד 0.1% ממשקלם היבש של צמח שלם.

מבנה B-carotene, tetraterpene (מקור: NEUROtiker / רשות הרבים, באמצעות Wikimedia Commons)

הם פועלים כ"מסנני צבע "לפוטוסינתזה בעלים, ואחראים לצבעיהם הצהבהבים והאדמדמים של עלי כמה עצים במהלך הסתיו, מכיוון שהם מתמעטים לאט יותר מכלורופיל (ירוק).

אף כי אין להם מספר זהה של פונקציות כמו אנתוציאנינים ופלבנואידים בצמחים, קרוטנואידים תורמים לצביעת הפרחים והפירות של ירקות רבים.

פוליאסטרפנים

אלה איזופרנואידים של יותר מ- 8 יחידות איזופרן. "הגומי הטבעי", המתקבל מקרישה של לטקס של Hevea brasiliensis, מורכב בעיקרו מפיס-פוליסופרנואידים.

דוליצ'ולים עם 14-20 יחידות איזופרן נמצאים כאסטרים של חומצה זרחתית בקרומי השומנים של תאי העצב וכמה בלוטות אנדוקריניות. הם מתפקדים בהעברת אוליגוסכרידים לסינתזה של גליקוליפידים וגליקופרוטאינים.

דוגמאות לטרפנים

- טריין

השמן המופק מעלים של בזיליקום, עלה דפנה ותפוז מריר עשיר במונוטרנואידים מונציקלוניים המכונים "טרין", וביניהם בולטים ה- ß-myrcen והאיזומרים הקונפורמציונליים של ß- אוקימן.

מבנה כימי של מורסן, מונוטרן (מקור: יאן הרולד, Leyo / רשות הרבים, באמצעות ויקימדיה Commons

- לימונין

לימוננה, מונוטרן הנמצאת בקליפת פרי הדר ובעלים של עציו, כמו גם בצמחים כמו נענע, ערער, מריחואנה, רוזמרין ואורן, מנוצלת באופן תעשייתי בתחום התרופות, הקוסמטולוגיה, ביוטכנולוגיה ובתעשיית המזון.

יש לו תכונות נוגדות דיכאון, חרדה, אנטיבקטריאליות ומעוררות חיסון, מה שהופך אותו לאטרקטיבי ביותר מבחינות רבות.

- קרוטנואידים

קרוטנואידים הם טרפנים המתפקדים כפיגמנטים טבעיים במינים רבים של צמחים, פטרייתיים וחיידקים. הם חיוניים לסינתזה של ויטמין A אצל בעלי חיים ויש לצרוך אותם עם מזון, מכיוון שגוף האדם ושל יונקים אחרים אינו מסוגל לסנתז אותם.

הפניות

Bouvier, F., Rahier, A., & Camara, B. (2005). ביוגנזה, ויסות מולקולרי ותפקודם של איזופרנואידים צמחיים. התקדמות במחקר שומנים, 44 (6), 357-429.
Breitmaier, E. (2006). טרפנים: טעמים, ניחוחות, תרופות, פרומונים. ג'ון וויילי ובניו.
Holstein, SA, & Hohl, RJ (2004). איזופרנואידים: מגוון מדהים של צורה ותפקוד. ליפידים, 39 (4), 293-309.
קנדי, ס., גודישאלה, ו., ראו, פ. ורמנה, ק.וו. (2015). משמעות ביו-רפואית של טרפנים: תובנה. ביו-רפואה, 3 (1), 8-10.
טטאלי, SD (2019). טרפנים ואיזופרנואידים: שפע של תרכובות לשימוש עולמי. צמח, 249 (1), 1-8.

טרפנים: מאפיינים, מבנה, פונקציה, סיווג - ביולוגיה - 2025