TERPÈNES: CARACTÉRISTIQUES, STRUCTURE, FONCTION, CLASSIFICATION - LA BIOLOGIE - 2025

Les terpènes ou composés isoprénoïdes formés sont des unités organiques répétitives de molécules d'isoprène, qui ne sont que des hydrocarbures structurés en 5 atomes de carbone. Autrement dit, ce sont des polymères d'isoprène de différentes longueurs.

Initialement, le mot «terpène» était utilisé spécifiquement pour désigner les composés organiques naturels dérivés d'une seule unité isoprène, mais aujourd'hui, les termes «terpène» et «isoprénoïde» sont utilisés de manière interchangeable avec beaucoup de fréquence pour désigner des substances d'un ou plusieurs unités isoprène.

Structure d'une unité isoprène (Source: Edgar181, via Wikimedia Commons)

Le terme «terpène» provient du mot anglais «térébenthine», qui dérive des mots latins utilisés pour décrire la térébenthine, un composé dérivé de la résine de certaines espèces de conifères.

La térébenthine contient certains composés d'hydrocarbures qui ont été inventés pour la première fois sous le nom de «terpènes», de sorte que, traditionnellement, tous les composés naturels fabriqués à partir d'unités isoprène et dérivés de plantes sont appelés terpènes.

Ces molécules sont synthétisées à partir de l'acétyl coenzyme A en tant que molécule précurseur. Initialement, la condensation de deux de ces molécules se produit, formant l'acétoacétyl-CoA, qui réagit ensuite avec un autre acétyl-CoA pour former le β-hydroxy-β-méthylglutaryl-CoA.

La réduction enzymatique du composé précédent en présence d'eau et dépendant du NADPH produit de l'acide mévalonique, dont la phosphorylation donne la forme diphosphate de l'acide mévalonique. Ce dernier composé est décarboxylé et déshydraté pour donner du pyrophosphate d'isopentényle (IPP), une unité isoprène activée.

L'isomérisation de l'IPP, certaines modifications chimiques successives de celui-ci et la condensation avec d'autres unités IPP produisent les différents terpènes connus. Les chaînes latérales de la vitamine A, E et K, du bêta-carotène et du squalène sont des exemples de terpènes connus.

Caractéristiques des terpènes

- Les terpènes sont généralement des composés aromatiques volatils.

- Ce sont des molécules d'hydrocarbures insaturés (elles ont des doubles liaisons entre certains de leurs atomes de carbone) que l'on retrouve dans tous les organismes vivants, mais elles sont particulièrement abondantes dans les huiles essentielles de nombreux végétaux.

- Les terpènes qui ont des atomes d'oxygène sont appelés "terpénoïdes". Ces composés remplissent différentes fonctions dans les organismes vivants et sont étonnamment divers.

- Ils ne sont pas seulement produits par des espèces végétales, mais ils sont également abondants chez de nombreux animaux, où ils remplissent des fonctions tout aussi importantes.

Structure

Plus de 30 000 espèces de terpènes sont connues, ou du moins c'est le nombre approximatif de celles qui ont été citées dans la littérature.

Sa structure de base suit un principe général qui consiste en des résidus de 2-méthylbutane, souvent appelés unités isoprène, qui sont des molécules de 5 atomes de carbone; c'est pourquoi ils sont également appelés "isoprénoïdes".

Les terpènes sont généralement présents dans la nature sous forme d'hydrocarbures, d'alcools et de leurs glycosides, d'éthers, d'aldéhydes, de cétones, d'acides carboxyliques et d'esters.

En fonction du nombre de résidus de 2-méthylbutane, on distingue:

- Hémiterpènes (C5)

- Monoterpènes (C10)

- Sesquiterpènes (C15)

- Diterpènes (C20)

- Sesterpènes (C25)

- Triterpènes (C30)

- Tétraterpènes (C40)

- Polyterpènes (C5) n, avec plus de 8 unités

La partie isopropyle de chaque unité isoprène est connue sous le nom de "tête" et la partie éthyle est connue sous le nom de "queue". Dans les mono-, sesqui-, di- et sesterpènes, les unités isoprène sont liées ensemble dans une séquence tête-queue, mais les tri- et tétraterpènes ont une connexion queue-queue au centre.

Il est également important de noter que les terpènes ont logiquement un nombre d'atomes de carbone toujours multiple de 5, car leurs «blocs» structuraux sont constitués d'isoprènes de 5 atomes de carbone.

Fonction

En tant que composés actifs

- Les terpènes sont les substances responsables de l'odeur, du goût et de certaines des activités pharmacologiques spécifiques de certains conifères et agrumes, la coriandre et la lavande, l'eucalyptus, la citronnelle, les lys, le poivre et certaines fleurs, feuilles et racines d'une grande variété de plantes.

- Ces substances sont utilisées par les plantes pour chasser les insectes ou les prédateurs et aussi pour attirer les pollinisateurs et les disperseurs de leurs graines, car ce sont souvent des composés volatils qui émettent des arômes spécifiques (les moins volatils ont tendance à donner des saveurs amères ou toxiques).

- Ce sont également des composés utiles du point de vue de la signalisation et de la régulation de la croissance des plantes.

Dans l'industrie et la biomédecine

- Les terpènes sont utilisés pour la préparation et la production de parfums, pour lesquels des composés naturels tels que le menthol, les agrumes et de nombreuses épices sont utilisés.

- Ils sont également utiles pour la fabrication de systèmes d'aromathérapie d'origine naturelle, qui ont traditionnellement été utilisés pour améliorer l'humeur des individus et, en plus, ont un effet répulsif contre certains insectes.

- En médecine, les terpènes dérivés de l'huile d'eucalyptus, par exemple, ont des propriétés stimulantes pour la sécrétion de mucus, c'est pourquoi ils sont couramment utilisés dans la formulation de substances expectorantes.

Structure des différentes formes de métol (Source: H Padleckas, via Wikimedia Commons)

- De nombreux terpènes ont également des propriétés diurétiques et aident à soulager les spasmes gastro-intestinaux.

- Ils sont également incorporés dans des lotions et des crèmes pour réduire la douleur et l'urticaire, ainsi que pour réduire les infections microbiennes, en particulier les micro-organismes résistants aux antibiotiques, tels que les levures et les champignons.

- Les terpènes consommés dans les infusions de plantes médicinales peuvent aider à éliminer les flatulences et l'indigestion. En outre, ces substances sont également incluses dans de nombreux produits pesticides.

Classification

Les terpènes sont classés en fonction du nombre d'unités isoprène qui les composent, comme indiqué précédemment: hémiterpènes (C5); monoterpènes (C10); sesquiterpènes (C15); les diterpènes (C20); sesterpènes (C25); triterpènes (C30); tétraterpènes (C40); polyterpenta (C5) n, avec plus de 8 unités

Hémiterpènes

On connaît environ 50 types d'hémiterpènes, qui sont des terpènes constitués d'une seule unité isoprène. Le 3-méthyl-2-butén-1-ol (prénol) est bien connu et se trouve dans l'huile extraite des fleurs de l'arbre Cananga odorata et du houblon (Humulus lupulus).

Monoterpènes

Les monoterpènes sont des terpènes composés de 2 unités isoprène. Il existe des espèces acycliques et cycliques et, au total, il existe environ 1 500 espèces chimiques documentées.

Structure chimique du limonène, un monoterpène (Source: Leyo, via Wikimedia Commons)

La plupart des monoterpènes acycliques sont dérivés du 2,6-diméthyloctane et ont leurs unités isoprène attachées «tête-bêche». Certains de ces composés enrichissent les tissus floraux des géraniums (Pelargonium sp.) Et se trouvent dans la cire qui recouvre le plumage de certains oiseaux.

Les monoterpènes monocycliques sont ceux qui ont une partie cyclique dans leur structure et les plus courants sont ceux qui ont des cycles cyclopropane, cyclobutane et cyclohexane. Il existe également les monoterpènes bicycliques, qui ont deux cycles.

Sesquiterpènes

Les sesquiterpènes sont des terpènes composés de 3 unités isoprène, ils ont donc 15 atomes de carbone.

Il y a les Farnésiens (qui sont responsables des saveurs de la garniture des pommes, poires et autres fruits), les Germacraniens et les Élémans, les Humuliens, les Eudesmans et Furanoeudesmans, les Eremofilanes, les Furanoeremophilanes et les Valerans, les Cardinans, les Drimans, les guainanos et cicloguainanos, entre autres.

Diterpènes

Les diterpènes ont 4 unités isoprène (C20) et constituent également un groupe assez varié de terpènes, qui comprend les phytanes, les cyclophytanes, les labdans, les pimarans et les isopimaranes, les beyerans, les atisans, les giberelans, les cembrans, etc.

Sesterpènes

Ils sont composés de 5 unités isoprène et peuvent être cycliques ou acycliques. Ces composés sont rarement présents dans les plantes «supérieures» et ont été signalés chez certaines éponges marines et autres animaux marins.

Triterpènes

Composés de 6 unités isoprène (C30), les triterpènes sont des molécules caractéristiques de certaines plantes, car ils font partie des brassinostéroïdes, des phytoalexines, de certaines toxines et de certaines cires protectrices.

Beaucoup de ceux-ci sont des composés linéaires, dont la plupart sont dérivés du squalène, avec deux unités farnésène liées de la queue à la queue; Il existe également des triterpènes cycliques.

Tétraterpènes

Les tétraterpènes sont constitués de 7 unités isoprène, ils ont donc 35 atomes de carbone. Dans ce groupe se trouvent les caroténoïdes, qui sont les plus abondants dans la nature.

Les caroténoïdes sont tous des variants structuraux ou dérivés de la dégradation du β-carotène qui ont entre 11 et 12 doubles liaisons conjuguées. Les caroténoïdes se trouvent dans les feuilles, les tiges et les racines des plantes supérieures, représentant jusqu'à 0,1% du poids sec d'une plante entière.

Structure du B-carotène, un tétraterpène (Source: NEUROtiker / Domaine public, via Wikimedia Commons)

Ils fonctionnent comme des "filtres colorés" pour la photosynthèse des feuilles, et sont responsables des colorations jaunâtres et rougeâtres des feuilles de certains arbres pendant l'automne, car ils se dégradent plus lentement que la chlorophylle (verte).

Bien qu'ils n'aient pas le même nombre de fonctions que les anthocyanes et les flavonoïdes des plantes, les caroténoïdes contribuent à la coloration des fleurs et des fruits de nombreux légumes.

Polyterpènes

Ce sont les isoprénoïdes de plus de 8 unités isoprène. Le «caoutchouc naturel», qui est obtenu à partir de la coagulation du latex d'Hevea brasiliensis, est essentiellement composé de cis-polyisoprénoïdes.

Les dolichols avec 14 à 20 unités isoprène se trouvent sous forme d'esters d'acide phosphorique dans les membranes lipidiques des cellules nerveuses et de certaines glandes endocrines. Ils fonctionnent dans le transfert d'oligosaccharides pour la synthèse de glycolipides et de glycoprotéines.

Exemples de terpènes

- Triène

L'huile extraite des feuilles de basilic, de laurier et d'orange amère est riche en monoterpénoïdes acycliques appelés «triène», parmi lesquels se distinguent le β-myrcène et les isomères conformationnels du β-ocimène.

Structure chimique du myrcène, un monoterpène (Source: Jan Herold, Leyo / Domaine public, via Wikimedia Commons

- Limonène

Le limonène, monoterpène présent dans l'écorce des agrumes et dans les feuilles de ses arbres, ainsi que dans des plantes comme la menthe, le genévrier, la marijuana, le romarin et le pin, est exploité industriellement en pharmacie, en cosmétologie, biotechnologie et dans l’industrie alimentaire.

Il possède des propriétés antidépressives, anxiolytiques, antibactériennes et immunostimulantes, ce qui le rend très attractif à de nombreux points de vue.

- Caroténoïdes

Les caroténoïdes sont des terpènes qui fonctionnent comme des pigments naturels dans de nombreuses espèces végétales, fongiques et bactériennes. Ils sont essentiels à la synthèse de la vitamine A chez les animaux et doivent être consommés avec de la nourriture, car le corps humain et celui des autres mammifères est incapable de les synthétiser.

Références

1. Bouvier, F., Rahier, A. et Camara, B. (2005). Biogenèse, régulation moléculaire et fonction des isoprénoïdes végétaux. Progrès de la recherche sur les lipides, 44 (6), 357-429.
2. Breitmaier, E. (2006). Terpènes: arômes, parfums, pharmaca, phéromones. John Wiley et fils.
3. Holstein, SA et Hohl, RJ (2004). Isoprénoïdes: remarquable diversité de formes et de fonctions. Lipides, 39 (4), 293-309.
4. Kandi, S., Godishala, V., Rao, P. et Ramana, KV (2015). Signification biomédicale des terpènes: un aperçu. Biomédecine, 3 (1), 8-10.
5. Tetali, SD (2019). Terpènes et isoprénoïdes: une multitude de composés à usage mondial. Usine, 249 (1), 1-8.