Terpener

Terpener - Terpenoider. En kjemisk heterogen gruppe stoffer bygget opp av 5-karbongruppen isopren (isopentan). Isopren lages via mevalonsyre biosynteseveien. Denne starter med acetyl-koenzym A som kommer fra karbohydrat- og fettmetabolismen. Mellomtrinn i denne synteseveien er geranylpyrofosfat som girmonoterpener (C10), farnesylpyrofosfat som gir sesquiterpener (C15) (l. sesqui - en og en halv) f.eks. plantehormonet abscisinsyre og triterpener (C30) f.eks. steroider. Geranylgeranylpyrofosfat gir diterpener (C20) f.eks. gibberelliner, fytol, og karotenoider.

Mange terpener er flyktige og skilles ut fra plantene. Isopren kan også skilles ut. Disse bidrar til mengden flyktig organisk karbon (VOC) i atmosfæren som har betydning for dannelse av bakkenær ozon i troposfæren.

Polyterpener finnes i lateks (kolloidal melkesaft) hos noen plantetyper. Kautsjuk i gummi er satt sammen av isopren i cis-konformasjon og tappes fra gummitreet Hevea brasiliensis. Guttaperka er satt sammen av isopren i trans-konformasjon. Utfelling, sentrifugering og tørking av lateksen gir rågummi. Etter vulkanisering etter Goodyears prosess dannes det naturgummi. Gutta er et polyterpen bestående av ca. 100 isoprenenheter produsert av lateksen fra Palaquium gutta. En blanding av gutta og harpiks kalles guttaperka. En blanding av gutta og triterpenalkoholer kalles chicle og brukes som tyggegummi. Se isoprenoider.

Biosyntese terpener

Terpener ble først isolert fra terpentin. Terpener er bygget opp av monomeren og femkarbonforbindelsen isopren (C5-hemiterpen) og kalles isoprenoider, klassifisert etter antall isoprenenheter. Isopren er flyktig og skilles ut fra planter, og er en viktig kilde for dannelse av ozon i tropsfæren.

Monoterpener(C10), sesquiterpener (C15), diterpener (C20) og polyterpener ([C5]n)

Den tyske kjemikeren Otto Wallach (nobelprisen i kjemi i 1930) gjorde systematiske studier av terpenoider og kom fram til at de måtte være laget ved sammenkobling hode til hale med enheter av isopren (isopren regelen). Seinere utviklet Leopold Ruzicka (nobelprisen i kjemi i 1939) et generelt system for ringdannelse og rearrangering av karbonskjeletter. Ruzicka hadde opprinnelig arbeidet med stoffer som ga moskuslukt brukt i parfyme (civeton, muscon), men utvidet arbeidet til andre ringdannelser, elektrofile reaksjoner og redoksreaksjoner. Eteriske oljer fra planter inneholder en blanding av monoterpener og sesquiterpener.  Alle terpener i planter settes sammen av 5-karbonenheter fra isopentenylpyrofosfat (IPP) og dimetylallyl pyrofosfat (DMAPP). 5-karbonenhetene blir ofte kalt isopren. IPP finnes i kjerteltrikomer, sekretoriske celler og i kjertelepidermis på kronblad. Mange av terpenene virker som antibeitestoffer i harpiks. I tillegg har de funksjoner som plantehormoner (gibberelliner, abscisinsyre, brassinosteroider), pigmenter (karotenoider), membrankomponenter (steroler). Planter kan skille ut isopren som kan gi en blågrå dis.

Biosyntese av terpenoider

Det er to biosynteseveier fram til femkarbonforbindelsen isopentenyl difosfat (IPP), enten via acetyl-CoA eller intermediater i glykolysen.

1) Acetat- Mevalonsyrebiosynteseveien finnes i cytosol og endoplastmatisk retikulum. Glukose omdannes via triosefosfat til acetyl-CoA som er utgangsmateriale. I denne biosynteseveien lages mevalonsyre (mevalonat) fra 3 molekyler med acetyl-CoA, og deretter blir mevalonsyre pyrrofosforylert, dekarboksylert og dehydrert og gir isopentenyldifosfat >(IPP). Først lages acetoacetyl-CoA fra 2 molekyler acetyl-CoA katalysert av acetylCoA acetyltransferase. Acetoacetyl-CoA reagerer med ytterligere ett molekyl acetyl-CoA og danner β-hydroksy-β-metyl-glutaryl CoA (HMG-CoA) katalysert av HMG-CoA syntase. HMG-CoA reduseres deretter til mevalonsyre med NADPH som elektrondonor katalysert av HMG-CoA reduktase. Det er dette enzymet som hemmes av statiner som bruker som kolesterolsenkende medisin.  Deretter følger to fosforyleringer med ATP (mvalonsyre kinase og fosfomvalonat kinase) som gir mevalonsyre-5-pyrofosfat (MVA-PP). MVA-PP dekarboksyleres ved hjelp av ATP (disfosfomevalonat dekarboksylase) og danner isopentenyl-pyrofosfat (IPP). IPP isomerase danner ved isomerisering dimetylallyl-pyrofosfat (DMAPP). IPP og DMAPP er de to femkarbonforbindelsene som danner grunnlaget for syntese av isoprenforbindelser (isoprenoider).

2) Deoksyxylulosefosfatbiosynteseveien eller metylerythritol (MEP) biosynteseveien som finnes i plastider.

Glyceraldehyd-3-fosfat som kommer fra glukose danner sammen med pyruvat forbindelsen 1-deoksyxylulose-5-fosfat (DOXP) katalysert av DOXP syntase. DOXP omdannes via 2-metyl-D-erythritol-4-fosfat katalysert av DOXP reduktoisomerase til isopentenyldifosfat. IPP og isomere fusjoneres deretter.

Enzymet isopentenyldifosfat isomerase katalyserer isomerisering mellom isopentenylpyrofosfat (IPP) og dimetylallyldifosfat (DMAPP). Limonen syntase kobler sammen IPP og DMAPP og lager geranyldifosfat. Geranyldisofat brukes til å lage (-)-limonen katalysert av plastideenzyymet 4s-limonen syntase. (-)-limonen kan nå enten brukes til å lage (-)-carvon eller (-)-mentol. Limonen-6-hydroksylase lager trans-carveol fra limonen som brukes til å lage carvon. Limonen inngår i sitronolje.  4s-limonen-3-hydroksylase lager trans-isopiperitenol som brukes til å lage mentol bl.a. i trikomer hos peppermynte.

IPP og DMAPP danner geranylpyrofosfat bestående av 10 karbonatomer, og som er utgangspunkt for syntese av monoterpener.

Geranylpyrofosfat reagerer med IPP og danner C15-forbindelsen farnesylpyrofosfat som brukes til å lage sesquiterpener. C15 og polyterpener lages i cytosol i endoplasmatisk retikulum via acetat-mevalonsyreveien.

Farnesylpyrofosfat ireaksjon med IPP lager geranylgeranylpyrofosfat med 20 karbonatomer og utgangspunkt for diterpener.

Farnesylpyrofosfat sammen med geranylgeranyldifosfat gir molekyler med 30 karbonatomer som squalen, triterpener og steroider. To molekyler geranylgeranylpyrofosfat kan brukes til å lage phytoen og tetraterpener med 40 karbonatomer.

Terpenoidene C15, C30 og polyterpener lages i cytosol og ER. Terpenoidene C10, C20 og C40 inkludert prenylerte kinoner lages i plastider. Prenyltransferase som lager kolesterol har sekvenslikhet hos bakterier, planter og dyr.

Monoterpener

Monoterpener er C10-forbindelser som gir lukt og aroma fra krydder, urter og blomster. Monoterpener lages i kjerteltrikomer og i sekretoriske hulrom i blad, samt i kjertelepidermis på kronblad. α- og β-pinen er vanlige monoterpener i gran og furu og finnes i harpikskanaler. Lanalool tiltrekker insekter. 1,8-cineol og kamfer virker som antibeitestoff. Mentol lages i sekretoriske celler i kjertelhår i peppermynte og bindes til en kuldereseptor i mennesker. Limonen finnes i sitron.  Pyrethriner fra Chrysanthemum og Tanacetum er monoterpenestere som dreper insekter og virker som insekticid. Pyrethriner er irregulære monoterpener uten hode-til hale binding av monoterpenestere.

Nepetalakton fra kattemynte (Nepeta cataria) er et monoterpenlakton og insektferomon, og som navnet sier kan tiltrekke katter.

Sesquiterpener

C15-sequiterpener inngår i essensielle oljer sammen med monoterpener, fytoaleksiner og antibeitestoffer. Den kinesiske medisinplanten Qinghaosu (Artemisia annua) inneholder artemisinin som er et antimalariamiddel. Sesquiterpenlaktoner virker som bitterstoffer. Gossypol fra bomull og capsidiol, et fytoaleksin, er sesquiterpener. Picrotoksiner kan finnes igjen i honning. Costunolid finnes i kjertelhår i korgplantefamilien (Asteraceae) bl.a. i laurbærblad. Dendrobin i Dendrobium.

Diterpener

C20-diterpener omfatter fytol, gibberellin, harpiks fra bartrær, og fytoaleksiner. Forbolestere er diterpener som inneholder oksygen og finnes hos arter i vortemelkfamilien (Euphorbiaceae). Forbolestere virker som kokarsinogener.  Grayanotoksin fra lyngplantefamilien (Ericaceae). Enmein fra leppeblomstfamilien (Lamiaceae). Ginkgolider finnes i Ginkgo biloba. Forskolin hemmer enzymet adenylat syklase og finnes i Coleus forskohlii. Fusicoccin er et diterpenoid fra visnesoppen Fusicoccum amygdali som angriper fersken- og mandeltre, og som aktiverer H+-ATPase. Fusicoccin gjør at lukkecellene har fullt turgor slik at bladene tørker ut. Trachyloban er et diterpen fra solsikke (Helianthus). Lerkespore (Delphinium) inneholder giftige polysykliske diterpener som aconitin. Mange diterpenalkaloider er giftige. Tyrihjelm (Aconitum) i soleiefamilien  inneholder aconitin. Erythrophleum inneholder giftige diterpenalkaloider.

Triterpener

Triterpener lages fra mevalonsyre via triterpenet squalen fra to molekyler farnesyl pyrofosfat,  og det er kjent mer enn 4000 forskjellige triterpener. Squalen omdannes til 2,3-squalen epoksid og ved ringdannelse lages triterpenene.  Triterpener er forkomponent for steroider. Noen triterpener forekommer fritt, men noen er bundet til sukker som glykosider og virker som såpestoff (saponiner). Det skummer rundt munnen på kua når den beiter. 

Cucurbitaciner er bitre og giftige triterpener som er vanlige i agurkfamilien (Cucurbitaceae).

Eupatrium i korgplantefamilien (Asteraceae) inneholder eupatorin som er et giftig triterpensaponin som gir forgiftninger av husdyr i N-Amerika. Amyrin, friedelin, taraxeran og  oleanolsyre er eksempler på pentasykliske triterpener. 

   Stigmasterol, campesterol og β-sitosterol er vanlige steroler i planter (fytosteroler).

Planter kan lage fytoecdysteroider som er homologe med hormonet ecdyson som deltar i metamorfosen og stimulerer hudskifte hos insekter. Fytoecdyson er isolert fra sisselrot (Polypodium vulgare). Juvabion i planter er en analog til juvenilt hormon i insekter.  Dyr kan ta opp steroler fra planter og bruke dem i sin egen syntese av steroidhormoner.

Saponiner

   Saponiner er glykosider av steroider eller triterpenoider og finnes i omtrent alle plantefamilier, og i større konsentrasjoner er de giftige. Glycyrrhizin som smaker lakris hos lakrisplanten (Glycyrrhiza glabra) er et saponin. Gymnemsyre fra Gymnema sylvestre i svalerotfamilien (Asclepiadaceae). Phytolacca dodecandra i kermesbærfamilien (Phytolaccaceae) inneholder et saponin (lammatoksin) som virker som et molluskicid som dreper snegler, og har blitt brukt til å bekjempe snegl (Shistosoma) som er mellomvert for parasitter som gir bilharzia (shistosomiasis). Steroidsaponiner (C27) fra røtter til Dioscorea, samt fra soyaolje, brukes av den farmasøytiske industrien til å lage steroidhormoner bl.a. hydrokortison, testosteron og steroider i p-piller.

Limonoider

    Limonoider er nortriterpener (tatranortripenoider)  som inneholder oksygen og virker som antibeitestoff. Neem treet (Azadirachta indica) er et eviggrønt tre i slekt med mahogny, som inneholder antiinsektmiddelet azadirachtin, som er et limonoid. jfr. Brihat Samhita. Atharva Veda. Melia azadirachta har frukt med giftig limonoid.

Quassinoider

  Quassinoider er dekanortriterponider som bare finnes hos arter i bittervedfamilien (Simaroubaceae). Både limonoider og quassinoider lages fra mevalonsyre via euphol eller tirucallol. Limonin er et bitterstoff fra appelsiner.

Taxol fra Taxus brevifolia er et terpenoid som er sterkt modifisert og har blitt brukt som middel som hindrer celledeling i behandling av kreft.

Tetraterpener og karotenoider

Pigmenter som finnes i bakterier, sopp, planter og dyr, ofte bundet til protein. Det er kjent mer enn 500 forskjellige karotenoider som er C40-tetraterpener,  hvorav minst 150 fra planter, og gir rød, oransje og rød farge. Karotenoider som inneholder oksygen kalles xanthofyller. Gir farge på eggeplomme, laksefisk (astaxanthin), fuglefjær (flamingo får rosa farge fra ketokarotenoider). Crustacyanin gir farge på hummer og kreps. Annato er et fargestoff fra Bixia orellana.

Polyterpener

Polyterpener er isoprenoider bestående av mer enn 40 karbonatomer og inngår i lateksgummi og prenylerte kinoner bl.a. elektrontransportørene plastokinon og ubikinon. Naturgummi fra Hevea brasiliensis. Guttaperka er et trans-1,4-polyisopren fra arter i frøbuskfamilien (Celastraceae). Chicle er et polyisopren fra sapodilletre (Manilkara sapota) og har blitt brukt til tyggegummi.

   Dolichol er et langkjedet polyterpenalkohol som frakter sukker i cellevegg og i glykoproteinsyntese.

Iridoider/monoterpenalkaloider

Iridoider er monoterpener som også finnes i insekter. Finnes ikke i oljekjertler som vanlige monoterpener. Secologanin med loganin som intermediat. Harpagosid.  Legevendelrot (Valeriana officinalis) inneholder iridoidalkaloider. Actinidin, β-skytanthin, rhexifolin.

Tilbake til hovedside

 

 

Publisert 4. feb. 2011 10:54 - Sist endret 14. mars 2019 16:37