Terpenoidy (izoprenoidy)

Dr Danuta Solecka

Zakład Ekofizjologii Molekularnej Roślin

Terpenami nazywane są naturalne węglowodory, pochodzenia głównie

roślinnego, o ogólnym wzorze (C5H8)n. Formalnie są one oligomerami

izoprenu, w których reszty izoprenowe połączone są ze sobą w sposób

ogon-głowa.

Terpeny zawierające dodatkowe grupy funkcyjne, np. -OH, -CHO, =CO, -

COOH, -O-O- i inne nazywane są terpenoidami.

Terpenoidy są bardzo rozpowszechnione w przyrodzie. Ich fragmenty

wchodzą w skład tak ważnych, biologicznie czynnych związków jak

tokoferole, ubichinony, antybiotyki, alkaloidy czy chlorofile.

Do początku XXI w. opisano 40 000 związków zaliczanych do

terpenoidów. Wchodzą w skład olejków eterycznych wydzielanych do

atmosfery. Drzewa i krzewy iglaste wydzielają około miliarda ton

terpenoidów rocznie.

Najbardziej rozpowszechnionymi w przyrodzie monoterpenami są R-(+)-

limonen i α-pinen. Na skalę przemysłową, R(+)-limonen produkowany jest

w ilości około 73 000 ton rocznie, metodą ekstrakcji ze skórek owoców

cytrusowych. Z kolei α-pinen otrzymywany jest głównie z terpentyny,

będącej produktem ubocznym po przerobie pulpy celulozowej drzew

iglastych.

W zależności od stopnia polimeryzacji n w (C5H8)n terpeny

dzielą się na:

- hemiterpeny n = 1; C5H8

- monoterpeny n = 2; C10H16

- seskwiterpeny n = 3; C15H24;

- diterpeny n = 4; C20H32;

- sesterterpeny n = 5; C25H40;

- triterpeny n = 6; C30H48;

- tetraterpeny n = 8; C40H64;

- politerpeny n > 8;

Monoterpeny

• liczna grupa lotnych związków terpenoidowych występująca głównie w

olejkach lotnych o zasadniczym wzorze sumarycznym C10H16 , których

cząsteczka powstaje z połączenia 2 jednostek C5 - aktywnego izoprenu:

monoterpeny acykliczne

monoterpeny monocykliczne

monoterpeny dicykliczne

monoterpeny tricykliczne

• związki ciekłe lub stałe o silnym zapachu

• dobrze rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych tłuszczowych, są

nierozpuszczalne w wodzie

• są lotne z parą wodną, dlatego wchodzą w skład olejków eterycznych u roślin

Monoterpeny niecykliczne zawierają 3 podwójne wiązania. Ich przykładem jest,

znajdujący się w igłach świerku mircen. Jego izomer – ocymen występuje m.in.w

bazylii i w lawendzie. Czerwone glony wytwarzają duże ilości chloromircenu.

Najbardziej znane pośród nich nich to izomery cytronelolu, składniki olejku

różanego i pelargoniowego. Oba izomery mają silny różany zapach. Izomer

(3R)(+) występuje w wydzielinie gruczołów aligatora.

Cytronelole i ich estry wykorzystywane są w przemyśle kosmetycznym; zapach

estrów w znacznym stopniu zależy od reszty acylowej. Typowym przedstawicielem

terpenów monocyklicznych jest limonen. Oba jego izomery chiralne występują w

naturze. Najpospolitszym przedstawicielem tej grupy związków jest mentol. Znane

są 4 jego stereoizomery. W olejku mięty polnej znajduje się 85% mentolu i 3%

neomentolu. Mentol ma właściwości fizjologiczne wykorzystywane w terapii. Działa

np. przeciwwymiotnie, znieczula błonę śluzową żołądka, ułatwia trawienie, drażni

zakończenia nerwów zimna.

Tujeny, (+) i (-), są składnikami m.in. olejków cyprysowego, eukaliptusowego i

jałowcowego. W olejku piołunowym występuje (-)-tujol, wolny i jego estry. Znane

są sabinen i sabinol; spotykane są także pochodne ketonowe.

Borneol, zwany kamforą borneo, ma zapach kamfory; występuje w ponad 100

roślinach jako wolny alkohol lub jego estry. Borneole służą jako dodatki

zapachowe do soli kąpielowych, mydeł i preparatów aromatyzujących.

Kamfora była znana już w starożytności, do Europy sprowadzili ją Arabowie. Występuje w

postaci 2 stereoizomerów oraz racematu. Najczęściej spotykana jest prawoskrętna, zwana

naturalną, pospolitą lub japońską. Pozyskuje się ją na drodze destylacji z parą wodną

rozdrobnionego drewna drzewa kamforowego (cynamonowiec kamforowy lub kamforowiec

lekarski – Cinnamonum camphora).

Kamfora ma charakterystyczny, silny zapach, drażni skórę i działa miejscowo znieczulająco.

Jest hydrofobowa, łatwo sublimuje, z uwagi na zwarty kształt cząsteczki. Stąd powiedzenie:

zniknął jak kamfora.

Kamfora była podawana jako lek nasercowy. Obecnie jej roztwór w oleju (olejek kamforowy)

lub w alkoholu (spirytus kamforowy) stosowany jest do zewnętrznego odkażania, drażnienia

(reakcja immunologiczna) czy zapobieganie odleżynom.

Jest składnikiem preparatów „na katar” – udrażniających drogi oddechowe i „na reumatyzm” –

zmniejszającym bóle reumatyczne.

W większych ilościach działa toksycznie. Może powodować drgawki, dezorientację,

drażliwość i nadpobudliwość nerwową. W ekstremalnych przypadkach typowe stosowanie

kamfory może doprowadzić do hepatoksyczności. Dawki śmiertelne dla dorosłych mieszczą

się w granicach 50-500 mg/kg (doustnie). Ogólnie, ok. 2 gramy powodują silne zatrucie, a 4

gramy są dawką śmiertelną.

W połowie XX w. kamfora miała duże znaczenie jako plastyfikator. Po zmieszaniu kamfory

(do 25%) z kolodium (nitrocelulozą o małej zawartości N) otrzymano celuloid – pierwsze

tworzywo „sztuczne”. Do tego celu stosowano głównie uzyskiwaną z pinenu kamforę

syntetyczną. Celuloid jest przeźroczysty i z tego powodu został nazwany szkłem

organicznym. Był stosowany do wytwarzania zabawek, szyb organicznych i taśm filmowych

(taśmy celuloidowe). W latach 60. XX w. produkcja celuloidu została wstrzymana, ze względu

na jego wyjątkową łatwopalność.

Olejki eteryczne

(VOCs - Volatile organic compounds )

Znanych jest grubo ponad 1000 roślin wydzielających, lotne (tw. 150 ÷ 300o), zwykle przyjemnie

pachnące kompozycje zapachowe. Substancje te nazywane olejkami eterycznymi wydzielane są

zwykle przez określone części roślin, takie jak kwiaty, owoce, liście, łodygi, drewno, korę lub

korzenie. Olejki swoje nazwy zawdzięczają zwykle roślinie, z której pochodzą, np.

anyżowy, cedrowy, cynamonowy, cytrynowy, eukaliptusowy,

goździkowy, jałowcowy, jaśminowy, kamforowy, kminkowy,

koprowy, lawendowy, miętowy, pomarańczowy, różany,

rumiankowy, świerkowy, tymiankowy, waniliowy

• stanowią mieszaniny substancji lotnych o różnym charakterze chemicznym

• oprócz terpenów i terpenoidów w ich skład wchodzą także estry (octan linalilu), alkohole

(benzylowy, fenyloetylowy), aldehydy (cynamowy, benzoesowy), ketony (iron), fenole

(tymol), etery (anetol, eugenol), węglowodory, substancje siarkowe, azotowe

• w skład jednego olejku może wchodzić kilkadziesiąt a nawet kilkaset substancji chemicznych

• silny i na ogół przyjemny zapach

• zespół cech:

- płynna konsystencja

- lipofilność

- lotność

- czynność optyczna

- zapach

- technologia otrzymywania (destylacja z parą wodną)

Olejki eteryczne izoluje się z materiału roślinnego czterema sposobami:

- Destylacja z parą wodną - Ekstrakcja

- Tłoczenie na zimno - Wywanianie (enfluerage)

Destylacja z parą wodną – jest najczęściej spotykaną techniką, którą wykorzystuje się przy uzyskiwaniu

większości olejków eterycznych. Materiał roślinny po zlaniu wodą poddaje się destylacji w aparaturze z

zamkniętym obiegiem wody. Po pewnym czasie w specjalnie wydzielonej części aparatury (gdzie kondensuje

para wodna i składniki olejku) zbiera się olejek, który zlewa się znad warstwy towarzyszącej mu wody.

Tłoczenie na zimno – polega na mechanicznym wyciskaniu olejku z materiału roślinnego – tę technikę

wykorzystuje się głównie do produkcji olejków z owoców cytrusowych.

Ekstrakcja – surowiec poddaje się ekstrakcji rozpuszczalnikiem, w którym rozpuszczają się składniki olejku.

Następnie rozpuszczalnik odparowuje się, pozostawiając mniej lotny od niego olejek. Wadą tej metody jest to, że

gotowy olejek zawiera resztki użytego do ekstrakcji rozpuszczalnika.

Wywanianie (enfluerage) – jest to bardzo pracochłonna technika wykorzystywana do uzyskiwania olejków z

płatków niektórych roślin np. róży. Na płyty szklane pokryte cienko tłuszczem wykłada się płatki kwiatów. Po ok.

12 godzinach zostają one usunięte, a ich miejsce zastępują nowe, świeże. Ta czynność powtarzana jest

kilkukrotnie. Następnie z tłuszczu (zwanego pomadą), poprzez użycie alkoholu, ekstrahuje się substancje

aromatyczne. Później alkohol jest odparowywany.

Właściwości farmakologiczne olejków:

1. Działanie drażniące skórę (rubefacienta, irritantia), które objawia się jej zaczerwienieniem. Nieumiejętnie użyte olejki mogą

wywoływać stany zapalne. Za tego typu działanie odpowiedzialne są takie substancje jak pinen, limonen, kamfora czy

borneol oraz izosiarkocjaniany.

2. Działanie moczopędne (diuretica). Polega ono na drażnieniu kanalików nerkowych przez związki pochodzące z olejków

eterycznych. Takie właściwości posiada dużo olejków, a szczególnie Oleum Juniperi i Oleum Petroselin.

3. Działanie wykrztuśne (expectorans). Większość olejków o tym działaniu można podawać drogą doustną. Wchłaniają się one

wtedy z przewodu pokarmowego i są częściowo wydalane z organizmu przez drogi oddechowe. Drażnią błonę śluzową

oskrzeli, prowadząc do nasilonej sekrecji śluzu i pobudzenia ruchu rzęsek wyścielających drogi oddechowe. Prowadzi to w

końcu do nasilenia odruchu kaszlu. Olejki o tym działaniu można podawać również droga wziewną za pomocą inhalacji.

4. Działanie przeciwzapalne (antiphlogastica), które związane jest z obecnością azulenów w niektórych olejkach.

5. Działanie żółciopędne i żółciotwórcze (cholagoga, choleretica). Takimi właściwościami charakteryzuje się O. Menthae

piperitae i jego główny składnik mentol, oraz takie składniki olejków jak borneol fenchon, pipeny, terpineol.

6. Działanie spazmolityczne (spasmoliticum)w obrębie przewodu pokarmowego. Takie działanie mają surowce olejkowe:

Anthodium Chamomillae, F. Carvi, F. Foeniculi, F. Coriandri, Rhizoma Calami i ich wyizolowane olejki. Są one szczególnie

często stosowane u dzieci i osób starszych.

7. Działanie przeciwrobacze (anthelmintica), którym charakteryzują sie olejki zawierające tujon np: Herba Absinthii. Ze

względu na szeroką gamę nowoczesnych i o wiele bezpieczniejszych leków takie wykorzystanie surowców olejkowych nie

jest obecnie spotykane w praktyce.

8. Działanie antyseptyczne (antiseptica), które wykazują olejki zawierające dużo związków fenolowych np: O. Thymi, O.

Caryophylii.

9. Działanie polegające na zwiększaniu łaknienia np O. Aurantii, O. Cinnamoni. Najczęściej związane jest z obecnością

substancji goryczowych.

10. Inne, indywidualne dla olejków działania np uspokajające dla Oleum Valerianae lub poronne dla Oleum Sabine.

11. Działanie aromatyzujące (corrigentia), które wykorzystuje się do poprawy smaku i zapachu leków.

Aromaterapia

Aromaterapia jest niekonwencjonalnym sposobem wykorzystania tkwiących w olejkach

eterycznych właściwości leczniczych. Opiera się ona na odmiennych, niż w przypadku

medycyny tradycyjnej, koncepcjach leczenia człowieka. W aromaterapii zakłada się, że pacjent

jest integralną całością, a podawanie olejków ma na celu przywrócenie mu pierwotnej

równowagi i pobudzenie jego naturalnych sił obronnych, co prowadzi do usunięcia dolegliwości.

Metoda ta wykorzystuje pojedyncze olejki lub ich specjalnie dobrane mieszaniny.

Sposoby aplikacji olejków eterycznych w aromatoterapii

Kąpiele aromatyczne – jest to kąpiel w ciepłej wodzie z dodatkiem niewielkich ilości olejków

eterycznych (około 10 kropel olejku na wodę). Kąpiel taka powinna trwać około 15-30 minut.

Niektóre “szkoły” pozwalają na dodanie do takiej kąpieli niewielkich ilości oleju kokosowego,

mleka lub miodu. Po zakończeniu nie należy spłukiwać ciała wodą.

Kompresy aromatyczne – jest to stosowany miejscowo kompres, który przygotowuje się

poprzez nasączenie np. ręcznika wodnym “roztworem” olejku. “Roztwór” taki przygotowuje się

poprzez dodanie i dokładne wymieszanie 5-10 kropel olejku w połowie szklanki ciepłej wody.

Masaże aromatyczne – są to masaże części bądź całego ciała, wykonywane z

wykorzystaniem olejowych roztworów olejków eterycznych. Po masażu należy poczekać w

spokoju kilkanaście minut, co pozwoli na wchłonięcie olejku przez skórę.

Lampy zapachowe – są to podgrzewane naczynia (miski) zawierające wodę, do której dodaje

się 5-10 kropli olejku eterycznego. Ogrzewana woda paruje, a wraz z nią olejek, który

oddziałuje na osoby w pomieszczeniu.

NF-κB

(nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells)

kompleks białkowy działający jako czynnik transkrypcyjny. NF-κB bierze udział w

odpowiedzi komórki na stres, cytokiny, wolne rodniki, ultrafiolet, antygeny.

Zaburzenia w regulacji NF-κB są powiązane z nowotworami, zapaleniami oraz

chorobami autoimmunologicznymi, szokiem septycznym, zakażeniami wirusowymi

oraz niewłaściwym rozwojem układu odpornościowego

Seskwiterpeny

• grupa związków naturalnych obejmująca węglowodory o wzorze

ogólnym C15H24, mogą mieć strukturę łańcuchową, jedno-, dwu-, trój-

lub czterocykliczną

• do seskwiterpenów zalicza się także azuleny i laktony

seskwiterpenowe

• oleiste ciecze lub substancje stałe, trudno lotne lub nielotne, tylko

azuleny są lotne z parą wodną

• rozpuszczają się dobrze w rozpuszczalnikach organicznych

• Do seskwiterpenów należy fitol, który stanowi fragment wielu

biologicznie czynnych substancji, np. chlorofilu, witamin E i K

OHfitol

Związek Występowanie Właściwości

Nepetalakton

Nepeta cataria (Lamiaceae)

bakteriostatyczne

Aukubozyd (aukubina)

Euphrasia sp., Veronica sp., Verbascum sp., Melampyrum sp., Plantago sp.,

Aucuba japonica

bakteriostatyczne, ochronne dla wątroby, p/zapalne, spazmolityczne, antidotum na toksyny Amanita sp.

Katalpozyd

Plantago sp., Verbascum sp.

moczopędne

Harpagozyd

Scrophularia sp., Galeopsis sp., Ajuga sp., Stachys sp.

p/bólowe, p/zapalne

Asperulozyd

Rubia sp., Asperula sp., Galium sp., Vaccinium sp.

Werbenalina

Verbena officinalis, rodzina Cornaceae

antybiotyczne, p/zapalne

Loganina

Strychnos nux vomica, Menyanthes trifoliata

p/zapalne

Loliolid

Arnica montana, Plantago sp., Digitalis purpurea, Lolium perenne

cytotoksyczne

Plumerycyna

Plumeria sp.

p/bakteryjne, p/grzybicze

Kwas genipowy

Genipa sp.

p/bakteryjne, p/grzybicze

Oleoeuropeina

Olea europaea

hipotensyjne, zmniejszające stęż. cholesterolu

Ipekozyd

Uragoga ipecacuanha

wykrztuśne

Gencjanina

Gentiana sp.

p/psychotyczne, uspokajające, p/zapalne

Walepotriany: waltrat,

acetowaltrat, dihydrowaltrat

Valeriana officinalis

uspokajające działanie ośrodkowe

Układ steranu

• Budowa

• trzy pierścienie cykloheksanu

• jeden pierścień cyklopentanu

• Składnik

• cholesterolu

• hormonów sterydowych

• kwasów żółciowych

• Występuje jako pochodne

• alkoholowe

• hydroksyketony

Cholesterol – sterol występujący w organizmach zwierzęcych i roślinnych

Sitosterol – sterol występujący w organizmach roślinnych

Saponiny Saponiny obniżają napięcie powierzchniowe pomiędzy heterogennymi układami, mają właściwości

hemolityczne oraz łączą się z cholesterolem. Obniżenie napięcia powierzchniowego w roztworach

wodnych przejawia się efektem pienienia (sapo – mydło), dlatego organy roślinne bogate w saponiny

stosowano jako namiastkę mydła, do prania.

W części cukrowej wszystkich saponin występują: glukoza, galaktoza, ramnoza, ksyloza, fukoza,

arabinoza, rzadziej kwas galakturonowy i glukuronowy.

Łańcuch cukrowy może być prosty bądź rozgałęziony, mogą też występować dwa lub trzy oddzielne

łańcuchy cukrowe (mono-, bi i tridesmozydy).

Mają działanie lecznicze: moczopędne, wykrztuśne, wzmagają wydzielanie śluzu, wzmagają procesy

wchłaniania składników pokarmowych z jelit do krwi, przeciwzapalnie, przeciwbakteryjne,

pierwotniakobójcze, przeciwgrzybicze i przeciwwirusowe, pobudzają wydzielanie soku żołądkowego, żółci i

soku jelitowego. Mogą wpływać na poziom cholesterolu. Ułatwiają trawienie tłuszczów.

Saponiny powodują hemolizę czerwonych krwinek. Wnikają w warstwę lipidową błony komórkowej,

ściągają cholesterol do warstwy zewnętrznej błony, co powoduje wniknięcie następnych cząsteczek

saponin. Następuje wybrzuszenie i dalej rozerwanie błon komórkowych erytrocytów. Właściwość ta jest

wykorzystywana do określania siły działania saponin poprzez indeks hemolityczny - największe

rozcieńczenie roztworu saponin, jakie powoduje jeszcze hemolizę krwinek czerwonych.

Sapogeniny steroidowe są używane jako adjuwanty przy produkcji szczepionek i jako surowiec do

produkcji hormonów sterydowych.

Jedną z najważniejszych z punktu widzenia farmaceutycznego sapogenin

steroidowych jest diosgenina. Zawiera podwójne wiązanie między C-5 oraz C-6 i

jest bardzo dogodnym półproduktem do syntezy kortykosteroidów i hormonów

płciowych poprzez degradację łańcucha bocznego w celu otrzymania związków C-

21 (ryc. 3). Występuje ona w rodzinie Dioscoreaceae, a także w niektórych

gatunkach rodzin Solanaceae, Fabaceae (np. u Trigonella foenum-graecum) w

połączeniu z różnymi cukrami w postaci saponin dioscyny oraz gracyliny.

Otrzymywanie progesteronu z diosgeniny przeprowadza się na drodze

transformacji mikrobiologicznej. Dalsza przemiana progesteronu w

hydroksyprogesteron od lat 50-tych XX wieku zachodzi pod wpływem enzymów

Rhizopus arrhizus (wydajność 80-90%).

Postępy Fitoterapii 1/2006, s. 36-40

Glikozydy nasercowe Glikozydy steroidowe wzmacniające akcję serca.

Kumulują się w mięśniu sercowym; niektóre z nich są bardzo toksyczne. Znalazły

zastosowanie w lecznictwie, ale używano je również do zatruwania strzał, białej broni czy do

skrytobójstwa. Do najbardziej znanych glikozydów nasercowych należą glikozydy wytwarzane

przez naparstnice (Digitalis spp.) i cebulę morską (urginia morska, Scilla maritima=Urginea

maritima). Podobne glikozydy wyodrębniono także z miłka wiosennego, strofantusa i z

konwalii majowej. Są one rzadko stosowane w lecznictwie.

W terapii stosuje się zarówno oczyszczone pojedyncze glikozydy nasercowe, ich naturalne

lub komponowane mieszaniny, a także preparaty półsyntetyczne. Podwyższają one

wydolność serca, bez zwiększania ciśnienia krwi.

Poszczególne glikozydy różnią się:

• czasem rozpoczęcia działania (15 min – 6 godz.)

• trwałością (czas półtrwania 1,5 – 9 dni)

• stopniem wchłaniania z układu pokarmowego

• stopniem wiązania z albuminami krwi

Glikozydy bufadienolidowe występują w cebuli morskiej, również w innych roślinach, a

także na skórze niektórych gatunków ropuch. Mają podobnie jak glikozydy naparstnicy

działanie kardiotoniczne, szybciej jednak ulegają rozkładowi, przez co są słabiej kumulowane.

Diterpeny

• związki grupy izoprenoidowej o zasadniczym wzorze sumarycznym C20H32 ,

odpowiadającym połączeniu czterech pięciowęglowych jednostek aktywnego izoprenu

(difosforan geranylogeranylu, GGPP)

• diterpeny mogą mieć strukturę liniową, jedno-, dwu-, tri- lub tetracykliczną

• diterpeny można podzielić na lipofilne i hydrofilne

• hydrofilne diterpeny mają grupę tlenową i lepiej rozpuszczają się w wodzie

• diterpeny są nielotne z parą wodną

• występują w niektórych żywicach, substancjach goryczowych, należą do nich także związki

o charakterze alkaloidów i witamin

Karotenoidy

• Grupa lipofilowych barwników roślinnych (żółte i pomarańczowe), wywodzących się z jononów, o wzorze sumarycznym = C40H56

• Najważniejsze – karoteny, są prekursorami witaminy A

• Oznaczane jako a-, b- i g- karoten

• W wyniku utleniania karotenów powstaje aldehyd retinowy, będący prekursorem zarówno retinolu jak i kwasu retinowego

• Są doskonałymi inhibitorami wolnych rodników

– rodnik karotenylowy jest bardzo stabilny

• Mają szczególne powinowactwo do rodników nadtlenkowych i liponadtlenkowych

• Przekształcają tlen singletowy w „zwykły” tlen

– w reakcji z tlenem singletowym powstaje wzbudzony (singletowy) karotenoid

– wzbudzony karotenoid oddaje energię w formie ciepła i wraca do stanu podstawowego

1O2 + karotenoid 3O2 + karotenoid*

karotenoid* karotenoid + ciepło

Hormony roślinne i witaminy

1. Auksyny

2. Cytokininy

3. Gibereliny

4. Kwas abscysynowy

5. Etylen

6. Kwas jasmonowy

7. Brassinosteroidy

8. Strigolaktony

1. Witamina A

2. Witamina D

3. Witamina E

4. Witamina K

Brassinosteroidy są hormonami roślinnymi szeroko rozpowszechnionymi

w przyrodzie. Pierwszym wyizolowanym hormonem z tej grupy jest

brassinolid.

Brassinosteroidy są regulatorami wzrostu roślin. Kontrolują wzrost pędu,

wzrost łagiewki pyłkowej, kiełkowanie nasion, różnicowanie i reakcje

komórek na czynniki stresowe.

W sadownictwie mają za zadanie pobudzanie zawiązywanie się owoców i

ograniczenia ich opadania, z równoczesnym podwyższeniem plonów. W

ogrodnictwie powodują wcześniejsze pojawienie się kwiatów i przyrost

liczby i masy cebulek kwiatowych.

Strigolaktony wpływają na kiełkowanie nasion Striga i Orobanche

(Zarazowate) oraz na tworzenie połączeń korzeni z grzybami.