Introdução aos Terpenóides

Introdução aos Terpenóides

• Terpenóides, ou terpenos, são compostos cujos primeiros membros foram originários Isolados da terebentina.
• Os terpenóides são cadeias ramificadas construídas a partir da ligação repetitiva de unidades de cinco carbonos baseadas no esqueleto do isopentano, frequentemente referidos como unidades de isopreno.
• As condições químicas podem induzir o isopreno a polimerizar em múltiplos de cinco carbonos, gerando inúmeros esqueletos terpenóides, sendo por isso também chamados isoprenóides.

Classificação e Estrutura

• Os terpenóides são classificados de acordo com o número de unidades de 5 carbonos que contêm.
• As unidades de 5 carbonos (isopreno), unem-se frequentemente "cabeça-com-cauda", mas as uniões "cabeça-com-cabeça" e "cabeça-com-meio" também são comuns.
• As extensas modificações estruturais com rearranjos da ligação carbono-carbono podem complicar a identificação do padrão original de unidades de isopreno.

Hemiterpenos

• Os terpenos de menor tamanho possuem uma única unidade de isopreno e recebem o nome de hemiterpenos.
• O hemiterpeno mais conhecido é o próprio isopreno, um produto volátil libertado pelos tecidos fotossintéticos.
• A enzima isopreno sintase está presente em plastos de folhas em várias espécies de plantas C3.
• A razão metabólica para a produção de isopreno dependente da luz é desconhecida, porém estima-se que as emissões foliares anuais sejam bastante elevadas (5 × 108 toneladas métricas de C).

Monoterpenos

• Os terpenóides que possuem C10, compostos por 2 unidades de isopreno, são chamados monoterpenos.
• Os monoterpenos foram isolados da terebentina e considerados a unidade base para a nomenclatura.
• Os monoterpenos são conhecidos por serem componentes das essências voláteis de flores, especiarias e óleos essenciais de plantas aromáticas.
• Pode corresponder a 5% da matéria seca da planta e usado industrialmente em essências e perfumes.

Sesquiterpenos

• Os terpenóides derivados de três unidades de isopreno, contendo 15 átomos de carbono, são chamados sesquiterpenos.
• Muitos sesquiterpenos são encontrados em óleos essenciais e atuam como fitoalexinas ou "antifeedants", que desencorajam herbívoros oportunistas.
• O ácido abscísico (ABA) é um sesquiterpeno, e seu precursor C15, a xantoxina, é sintetizado por clivagem assimétrica de um carotenóide C40.

Ácido Abscísico (ABA)

• O ácido abscísico intervém em inúmeros processos fisiológicos das plantas, incluindo a dormência das sementes, o fecho estomático em resposta ao stress hídrico e o desenvolvimento de embriões.

diterpenos

• Os diterpenos contêm 20 átomos de carbono , ou quatro unidades C5, no qual incluem o fitol (a cadeia lateral hidrofóbica das clorofilas)
• As giberelinas (hormonas vegetais), fazem parte dos ácidos de resina das coníferas e das leguminosas, fitoalexinas e uma serie de metabolitos importantes farmacologicamente
• Os diterpenos incluem o taxol (agente anti-cancerígeno presente muito baixo de peso seco) e a forescolina (usado para tratar o glaucoma)

Norditerpenoides

• Algumas giberelinas possuem apenas 19 átomos de carbono, sendo considerados norditerpenoides, devido à perda de um carbono por reação de clivagem.

Triterpenos

• São formados pela união cabeça-com-cabeça de duas cadeias de C15, possuindo 30 átomos de carbono, sendo as cadeias constituídas por 3 unidades de isopreno unidas cabeça-com-cauda.
• Esta classe inclui os brassinosteróides, componentes do fitoesterol das membranas, fitoalexinas, toxinas, dissuasores de alimentação, e ceras superficiais, como o ácido oleanólico das uvas.

Tetraterpenos

• Tetraterpenos são Compostos de 40 carbonos, ou oito unidades de isopreno, são pigmentos carotenóides acessórios essências para a fotossíntese.

Biossíntese de Carotenoides

• O pirofosfato de isopentenil (IPP) é sintetizado nos plastos pela via não-mevalonato, através daDOXP sintase (DXS).
• O processo envolve enzimas como a isopentenil pirofosfato sintase (IPI), geranilgeranil pirofosfato sintase (GGPPS), fitoeno sintase (PSY), entre outras.

Politerpenos

• Os politerpenos contêm mais de oito unidades de isopreno.
• Incluem quinonas preniladas, poliprenóis de cadeia longa (como o dolicol) e polímeros como a borracha (massa acima de 106 Da), encontrada frequentemente no látex.

Meroterpenos

• São produtos derivados parcialmente de terpenóides.

Proteínas Ligadas a Terpenóides

• Algumas proteínas são modificadas com cadeias laterais de terpenóides (15 a 20 carbonos) que ajudam a ancorar as proteínas na membrana.
• As citocininas e fenilpropanóides contêm cadeias laterais isoprenóides de 5C.
• Alguns alcalóides anticancro (vincristina e vimblastina) contêm fragmentos de terpenóides nas estruturas.

Síntese do IPP (Difosfato de Isopentenil)

• Apesar de sua diversidade, os terpenóides compartilham uma origem biossintética comum, dividida em quatro etapas:
  • Síntese do IPP.
  • Adições repetidas de IPP.
  • Síntese de difosfatos de prenilo alílicos.
  • Modificações enzimáticas secundárias nos esqueletos.

Vias de Síntese do IPP

• Existem duas vias principais:
  • Via Plastidial: Utiliza gliceraldeído-3P/piruvato.
  • Via Citosólica: Utiliza acetato/mevalonato.

Enzima Chave na Via do Mevalonato

• A hidroximetil-glutaril-CoA redutase, regula a biossíntese do IPP.
• A condensação ocorre em dois passos de três moléculas de acetil-CoA catalisadas pela tiolase e pela hidroximetil-glutaril-CoA-sintase.
• O produto resultante é reduzido pela HMG-CoA redutase em duas reações acopladas para formar o ácido mevalónico, que gera o IPP.

Regulação da Hidroximetil-glutaril-CoA Redutase em Plantas

• A hidroximetil-glutaril-CoA redutase, nas plantas, é regulada:
  • Por fosforilação/desfosforilação via cinases.
  • Alostericamente.
  • Pela degradação proteolítica.
  • Vários mecanismos específicos e um modelo elucidam sua participação seletiva na biossíntese de terpenóides.

Compartimentalização da Síntese de IPP

• A síntese de IPP ocorre nos plastos (via gliceraldeído-3P/piruvato) e no citosol e retículo endoplasmático (via acetato/mevalonato).
• Um modelo para a topologia da HMG-CoA redutase membranar (HMGR) sugere que a proteína possui uma sequência altamente variável no terminal-N, uma âncora à membrana, uma sequência de ligação variável, e o domínio catalítico no terminal-C.
• A maquinaria bacteriana é mantida na produção do intermediário chave da biossíntese de terpenoides.

Síntese de Terpenóides (Adição Repetitiva de Unidades C5)

• As preniltransferases realizam a adição repetitiva de unidades em C5, biossintetizando as subclasses principais de terpenoides a partir do IPP e do difosfato de dimetilalilo.
• A adição "head-to-tail" sequencial de unidades com C5 resulta em monoterpenos (C10), sesquiterpenos (C15) e diterpenos (C20), a partir de geranil-difosfato (GPP), farnesil-difosfato (FPP) e geranil-geranil-difosfato (GGPP).
• Triterpenos (C30) e tetraterpenos (C40) são formados a partir da união de duas unidades de C15 e C20, respetivamente, unidas cabeça-com-cabeça.

Localização Subcelular da Biossíntese

• A localização subcelular do metabolismo dos terpenóides possui as seguintes características:
• Os sesquiterpenos, os triterpenos, e os politerpenos ocorrem no citosol e o retículo endoplasmático.
• Os monoterpenos, diterpenos, tetraterpenos, e certas quinonas preniladas ocorrem nos plastos.
• As mitocôndrias sintetizam as ubiquinonas preniladas.

Compartimentalização e Especialização

• A biossíntese de terpenóides e é compartimentada.
• As plantas produzem maior quantidade de terpenóides, o que se reflete na organização complexa do processo.
• Estruturas especializadas estão associadas à produção, acumulação, emissão ou secreção de terpenóides, como tricomas glandulares, cavidades secretoras nas folhas e glândulas nas pétalas de flores.
• Canais de resina nas coníferas e pinheiros acumulam resina defensiva (terebentina e ácidos de resina diterpenóides).
• Existe exceções, e é o caso dos laticíferos.

Enzimas Chave

• A catálise de preniltransferases de eletrões , a partir de eletrões , gera difosfatos de prenilo de reações eletrofílicas de alongamento em C10, C15 e C20 .
• GPP, FPP e GGPP são formados por preniltransferases específicas, e uma nova ligação dupla de uma transferase gera a biossíntese de borracha .
• A enzima limoneno sintase é um modelo para ação de monoterpeno sintases produzindo terpenóides cíclicos.
• Familias de enzimas produzem terpenóides a partir de GPP, FPP, and GGPP.
• Existe vários processos simples catalisadas a partir da limoneno sintetase.

Diversidade e Funções dos Monoterpenos

• As monoterpeno-sintases produzem alfa e beta-pineno, tóxicos para insetos e fungos.
• Outros funções que os monoterpenos tem, incluem atrair polinizadores ou atuarem como dissuasores de alimentação foliar que também atuam na inibição da germinação das sementes.
• Monoterpenos (piretrinas, inseticidas) tem baixa toxicidade, e exibem união cabeça-com-meio das unidades C5 para fabrico de inseticidas comerciais.

Sesquiterpeno Sintases e Produção de Terpenóides

• As sesquiterpeno sintases originam compostos das plantas atuando em diversos compostos que funcionam para a defesa das plantas.
• Um processo que a sertquiterpenos intases atuam : FPP, e também permitem a ligação dupla para diversas estruturas ao contrario dos monoterpenos

Funções e Distribuição Diterpeno-Sintases

• A ciclização é distinta, a transformação do GGPP em diterpenos nas reações enzimáticas, A abietadieno sintase de Abies grandis exemplifica um segundo passo a oxidação produz ácido usado para selar feridas ou até mesmo a fossilação desta resina produzindo âmbar!

Síntese de Triterpenos e Tetraterpenos

• Os triterpenos proeseguem da sintetase esqualaeno sintetisando primeiro duas moléculas de FPP
• A oxidação gera cicloartenol precursor de muitos outros fito esterois e de brassinoesteroides e ou ou outro mecanismo como o percursor do acido na cera superficial de diversos frutos

Brassinosteróides

• São hormonas esteroides polihidro-xiladas e promovem o prolongamento e a divisão celular e uma deficiência destas hormonas resulta em nanismo!
• Em defesa das plantas são regulados os sesquiterpenos e os triterpenos , a produção de compostos de defesa é ativada e sintetizada e a de C30 é reprimida

Passos Na Isaturação

• A polimerização ocorre em diversos passos como a (cicização) de carotenoides gerando geralmente anéis em lados para produzir betacaroteno a partir licopenio

Modificações nos Esqueletos Terpenóides

• Diversas alterações podem ocorrer nos esqueletos da molécula resultando em oxidação e isomerização!
• Os atomos de oxigênio se introduzem através citocromo P450 óxidos e também em modificações que ocorrem nos terpenóides.

Ações Resultantes da Ativação

• A ativação causa sintese de óleos com interesse biológico.
• Diversas reações convertem percursores de oleifinas sesquiterpenoides em alelopáticos e muitos outros.
• Um percursor de oleifinas é a Juvabiona (um composto gerador hormonal nos insetos jovens), junto a sirenina e potentes antidrogas como Artemisia annua

Modificações e resultados de outras moléculas

• Após a introdução de um grupo hidróxilo, a oxidação causa um função carboxílica como no oleanólico.
• Lactonas como os sesquiterpenos servem de desuasores para os insectos.
• Monoterpenoides incluem a nepetalactona (um atrativo para os gatos) e alguns esteroides funcionam para hormonas

Sequências de ativação e características

• As sequências se iniciam quando são convertidas para taxadieno, gerido pelas reações enzimática um cancerígeno.
• Este procedimento se repete de forma a modificar espécies.

Aspectos gerais nos Terpenoídes

• Certas moléculas afetam humanos como nas limonóides
• Alguns animais (insetos possuem a azadiractina)
• Moléculas com componentes biológicos que estimulam mudas (a-ecdisona).

Aspectos diversos

• Uma variedade de componentes que inibem a herbivoria são chamados sapopninas
• Estes componentes são frequentemente tóxicos e são glicoídelos ou possuem resíduos açúcar.

Defesa Natural

• Os terpenos atuam como componentes de defesa nas plantas.
• A Asclepias alimentam-se de herbívoros em geral.
• As Asclepias geram proteção para outros predadores
• Os terpenoides estão no controle (engenharia) e por isso também transgênicos.

Terpenoides hoje na engenharia

• Atualmente, a criação de terpenoides transgênicos de modo seletivos (se sabor desagradável) geram sabor e cor;
• Um terpenoide e a engenharia criam uma ligação metabólica entre legumes e frutos gerados a partir de GGPP com hormonas elásticas/divisivas.