Un terpène
Un terpène est un métabolite secondaire membre d'une famille d'hydrocarbures insaturés rencontrés principalement dans les essences naturelles et les latex des végétaux. Les terpènes et les terpénoïdes peuvent être considérés comme des dérivés de l'isoprène C5H8. On distingue plusieurs classes : hémiterpène, monoterpène, diterpène, triterpène, tétraterpène, sesquiterpène et polyterpène.
Diverses structures de terpènes :
Formes structurelles des terpènes volatils avec des hémiterpènes, des monoterpènes et des sesquiterpènes.
Généralités
Les terpènes et les isoprénoïdes constituent une classe vaste et diversifiée de composés organiques dérivés de l'isoprène (ou 2-méthylbuta-1,3-diène), un hydrocarbure à 5 atomes de carbone. Traditionnellement, ils étaient considérés comme des dérivés du 2-méthyl-butadiène, mieux connu sous le nom d'isoprène. Cette "règle de l'isoprène" nous a permis de les classer et de les étudier, mais en réalité, les terpènes ne sont pas dérivés de l'isoprène puisqu'il n'a jamais été trouvé comme produit naturel. Le véritable précurseur des terpènes est l'acide mévalonique, dérivé de l'acétyl-coenzyme A. Le nom vient du fait que les premiers membres de cette classe étaient dérivés de la térébenthine. Lorsque les terpènes sont modifiés chimiquement, par exemple par oxydation ou réorganisation du squelette hydrocarboné, ils sont souvent appelés terpénoïdes (tels que la vitamine A ou le rétinol, qui contient un atome d'oxygène).
Les terpènes sont le constituant principal des huiles essentielles de certaines plantes et de certaines fleurs, telles que le citron et l'orange, ou encore l'eucalyptol.
Appliqué aux coraux, un terpène est un hydrocarbure terpénique des huiles essentielles volatile, ayant une forte odeur, synthétisé par les coraux mous pour éloigner les prédateurs.
Le caoutchouc est un polyterpène, composé de sous-unités répétitives d'isoprène. L'ajout de soufre au caoutchouc par Charles Goodyear a donné lieu à du caoutchouc vulcanisé, ce qui conduit à une souplesse de divers degrés en fonction du rapport de mélange.
Polymères
Les terpènes sont issus de la polymérisation enzymatique de deux unités ou plus d'isoprène, assemblées et modifiées de nombreuses manières différentes. La plupart des terpènes ont des structures multicycliques, qui diffèrent les unes des autres non seulement par leurs groupes fonctionnels mais également par leur squelette carboné basique. Les monomères sont généralement désignés sous le nom d'unités d'isoprène car la décomposition thermique de nombreux terpènes donne ce produit; et parce que dans des conditions chimiques appropriées, l'isoprène peut être amené à polymériser par multiples de 5 atomes de carbone, générant de nombreux squelettes de terpènes. C'est pourquoi les terpènes sont liés à l'isoprène, bien que l'on sache depuis plus de 100 ans que l'isoprène n'est pas le précurseur biologique de cette famille de métabolites.
Ces lipides sont présents dans toutes sortes d'êtres vivants et sont synthétisés par les plantes, où ils jouent un rôle important dans de nombreuses interactions biotiques. Chez les plantes, les terpènes remplissent de nombreuses fonctions principales : certains pigments caroténoïdes sont des terpènes, ils font également partie de la chlorophylle et des hormones gibbérelline et acide abscissique. Les terpènes jouent également un rôle dans l'augmentation de la liaison de certaines protéines aux membranes cellulaires, connue sous le nom d'isoprénylation. Les stéroïdes et les stérols sont produits à partir de terpènes précurseurs.
La résine contient des terpènes :
De nombreux terpènes sont extraits de la résine des conifères. Dans l'image, vous pouvez voir l'écorce ouverte d'un pin.
Les terpènes végétaux sont largement utilisés pour leurs qualités aromatiques. Ils jouent un rôle important dans la médecine traditionnelle et les plantes médicinales, et leurs effets antibactériens et autres utilisations pharmaceutiques sont à l'étude. Ils sont présents, par exemple, dans les essences d'eucalyptus, les arômes de girofle et de gingembre. Également dans le citral, le menthol, le camphre et les cannabinoïdes.
Classification
Les terpènes sont des hydrocarbures qui peuvent être perçus comme une combinaison de nombreuses unités d'isoprène, généralement une tête en queue de poisson, mais des combinaisons tête-à-tête peuvent également intervenir et certains composés sont formés par des articulations de la tête au centre. Les terpénoïdes peuvent être considérés comme des terpènes modifiés dans lesquels des groupes méthyle ont été réarrangés ou supprimés ou auxquels des atomes d'oxygène ont été ajoutés. Certains auteurs utilisent le terme terpène pour désigner les terpénoïdes.
La classification des terpènes en fonction de leur structure chimique est similaire à celle des terpènes, qui sont classés en fonction du nombre d'unités isoprènes présentes et dans le cas des triterpènes, si cyclés. Ils sont classés dans :
- Hémiterpènes : les plus petits terpènes, avec une seule unité d'isoprène. Ils ont 5 atomes de carbone. L'hémiterpène le plus connu est l'isoprène lui-même, un produit volatil issu des tissus photosynthétiquement actifs.
- Monoterpènes : 10 atomes de carbone, avec un dimère de deux molécules d'isoprène C5H8 et ont pour formule de base (C5Hx)2.
- Sesquiterpènes : 15 atomes de carbone (un monoterpène et demi).
- Diterpènes : 20 atomes de carbone.
- Sesterterpénoïdes : 25 atomes de carbone.
- Triterpènes : 30 atomes de carbone. Ils sont généralement générés par la jonction tête-tête de deux chaînes de 15 atomes de carbone, chacune formée par des unités isoprène jointes tête-queue.
- Tétraterpènes : 40 carbones (8 unités d'isoprène). Les tétraterpènes les plus répandus sont les pigments caroténoïdes accessoires qui remplissent des fonctions essentielles dans la photosynthèse.
- Polyterpènes : contiennent plus de 8 unités d'isoprène, comprennent les transporteurs d'électrons qui sont des transporteurs d'électrons quinones pré-isolés tels que la plastoquinone et l'ubiquinone, également des polyrénoles à longue chaîne liés à des réactions de transfert de sucre. (par exemple dolicol), et également à des polymères extrêmement longs tels que le caoutchouc ou le caoutchouc naturel, habituellement présents dans le latex.
- Méroterpènes : c'est ce que l'on appelle les métabolites secondaires des plantes dont les origines ne sont que partiellement dérivées des terpènes. Par exemple, les cytokinines et de nombreux phénylpropanoïdes contiennent des chaînes latérales d'un isoprénoïde à 5 carbones. La substance active de la marijuana est les cannabinoïdes, qui ont une partie moléculaire d'origine polykétide et l'autre sont terpéniques. Certains alcaloïdes, tels que la vincristine et les médicaments anticancéreux de la vinblastine, contiennent des fragments terpéniques dans leurs structures. De plus, certaines protéines modifiées incluent une chaîne latérale de 15 ou 20 atomes de carbone qui est un terpène, qui est le point d'ancrage de la protéine à la membrane.
- Stéroïdes : triterpènes basés sur le système cyclique cyclopentaneperhydrophénanthrène (système cyclique de cyclopentane perhydro-phénanthrène). Certains ne les considèrent pas comme des terpènes.
Biosynthèse
Les terpènes sont formés par des jonctions d'unités biologiques d'isoprène. L'union de deux monomères selon la règle de Wallach sur l'isoprène peut donner le précurseur de géranyle pyrophosphate (GPP). Les terpènes irréguliers, tels que l'acide chrysanthémique des pyréthrines, ne suivent pas cette règle. Le pyrophosphate de géranyle est un précurseur des monoterpènes. L'incorporation d'une autre unité isoprénique conduit à la farnésyl pyrophosphate (FPP), précurseur des sesquiterpènes. Une unité supplémentaire forme le géranylgéranyle pyrophosphate (GGPP), qui est le composé de base pour la formation de diterpènes.
Le squalène, précurseur des triterpènes et des stéroïdes, est formé par la dimérisation (dimère) de deux unités de FPP, tandis que le phytofluo, composé de base des caroténoïdes, est obtenu de manière homologue par la dimérisation du GGPP. Les polyterpènes sont formés de jonctions isopréniques multiples et répétitives et ne présentent généralement pas de cyclisations.
Les unités isoprènes peuvent être biosynthétisées de deux manières :
- Par les intermédiaires de la voie de l'acide mévalonique (MVA).
- Parmi les composés dérivés de la voie du 2-C-méthyl-D-érythritol, le 4-phosphate, également appelé voie du 5-phosphono-1-désoxy-D-xylulose (DXP). À l'origine, on pensait que les précurseurs biosynthétiques de tous les terpènes provenaient de la voie MVA. Jusqu'à récemment, il a été découvert que divers terpènes de plantes et de bactéries sont produits par la voie DXP.
Fonctions
Le terpène donne de la couleur aux organes de la plante et participe à la synthèse des vitamines A, K et E. Par exemple, il provoque la pigmentation orange de la carotte.
La formation de terpènes chez les plantes, les animaux et les microorganismes se fait par des enzymes très similaires, mais il existe des différences importantes dans les processus. Lors du partitionnement, les plantes produisent une variété beaucoup plus grande que celle produite par les animaux ou les microbes, et cette différence se reflète dans l'organisation complexe de la biosynthèse des terpènes des plantes au niveau tissulaire, cellulaire, subcellulaire et génétique. La biosynthèse des terpènes est compartimentée, de même que la formation de son précurseur IPP. La production de grandes quantités de terpènes ainsi que leur accumulation, émission ou sécrétion ultérieure sont presque toujours associées à la présence de structures anatomiquement hautement spécialisées. Par exemple, les trichomes glandulaires et les cavités sécrétoires des feuilles, ainsi que l'épiderme glandulaire des pétales, génèrent et stockent ou émettent des terpènes qui sont des huiles essentielles essentielles à la pollinisation des insectes. Les conduits et les ampoules de résines de conifères produisent et accumulent une résine défensive composée de térébenthine ("térébenthine" ou "oléfines monoterpéniques") et de colophane (acides résineux diterpéniques). Les cires de surface triterpéniques sont formées et excrétées par un épiderme spécialisé, et les laticifères produisent certains triterpènes et polyterpènes tels que le caoutchouc. Ces structures spécialisées séquestrent les métabolites secondaires des processus métaboliques sensibles et empêchent ainsi l'autotoxicité. De nombreuses structures de ce type ne sont pas photosynthétiques et dépendent donc des cellules adjacentes pour fournir le carbone et l'énergie nécessaires à la biosynthèse des terpènes.
Certains terpènes considérés comme des nutriments : rétinaldéhyde, rétinol, carotènes, tocophérols, quinones et ubiquinones. Le terme vitamine A est utilisé pour le rétinol et les carotènes; vitamine E pour les tocophérols et vitamine K pour les quinones. La vitamine A participe au cycle visuel, ce qui permet l'adaptation des bâtons rétiniens à la noirceur; entretien épithélial; réponse immunitaire; le goût Audience et croissance.
Selon divers rapports, les terpènes sécrétés par le cannabis moduleraient les effets des cannabinoïdes sur le corps, créant ainsi une synergie qui en améliorerait les propriétés.
En rapport avec "terpène"
Le diterpène est un terpène composé de quatre groupes isoprène et a un point d'ébullition plus élevé.
Un hémiterpène est le terpène le plus simple et moins d'une centaine de composés sont connus.
Le monoterpène (C10H16) est un terpène comme un dimère d'isoprène. Il peut être divisé en composés acycliques, monocycliques, bicycliques et tricycliques.
Un sesquiterpène est un terpène de formule C15H24 constitué de trois unités isoprènes C5H8.