Terpenos

Terpenos

Esses compostos constituem uma grande classe do metabolismo secundário e consistem em moléculas de hidrocarbonetos que são insolúveis em água, e podem ser armazenados em estruturas especializadas ou não. São compostos por unidades de isopreno (C5) e podem ser classificados em diferentes subgrupos com base no número dessas unidades que eles contêm, incluindo monoterpenos (C10- 2 moléculas de isopreno), sesquiterpenos (C15- 3 moléculas de isopreno), diterpenos (C20- 4 moléculas de isopreno), sesterterpenos (C25), triterpenos (C30- 6 moléculas de isopreno) e terpenos superiores (> C30), tais como carotenóides e látex. Sua síntese se dá pela via de biossíntese de isoprenóides, a partir de acetil-CoA ou de seus intermediários glicolíticos (TAIZ et al., 2017; apêndices 4 – online). Cerca de 55.000 terpenóides já foram isolados, podendo estes apresentar funções tanto no metabolismo primário como secundário (SOUSA; SOUSA, 2017).

No metabolismo, eles funcionam como constituintes da membrana, pigmentos fotossintéticos, substâncias de crescimento e hormônios vegetais. Além disso, eles agem como transportadores de glucosil em reações de glicosilação e estão envolvidos na regulação do crescimento celular (THOLL, 2006; HELDT & PIECHULLA, 2011). São os principais constituintes dos óleos essenciais aromatizantes e de atividade antimicrobiana (GUIMARÃES et. al. 2019).

Os terpenos vegetais (também conhecidos por terpenóides) possuem importância comercial, por exemplo, como as substâncias aromáticas para alimentos, bebidas e cosméticos, como vitaminas (A, D, e E), inseticidas naturais, solventes (Por exemplo, terebintina). Os terpenos podem ser classificados tendo em vista a quantidade de carbonos presentes na molécula conforme tabela abaixo (Tabela 1).

Tabela 1. Classificação dos isoprenóides em plantas superiores. Fonte: Heldt & Piechulla, 2011.



Precursor

Class

Exemple

Funtion

C5: Dimethylallyl-PP

Hemiterpene

Isoprene

Protection of the photosynthetic apparatus against heat

Isopentenyl-PP

 

Side Chain of cytokinin

Growth regulator

C10: Geranyl-PP

Monoterpene

Pinene

Defense substance attractant

C15: Farnesyl-PP

Sesquieterpene

Capsidiol

Phytoalexin

C20: Geranylgeranyl-PP

Diterpene

Giberallin

Phorbol

Casbane

Plant hormone

Defense substance

Phytoalexin

C30: Farnesyl-PP

Triterpene

Cholesterol

Sitosterol

Membrane constituents

C40: 2 Geranylgeranyl-PP

n Geranylgeranyl-PP


n Farnesyl-PP

Tetraterpene

Polyprenois

Carotenoids

Prenyated proteins


Prenylation of plastoquinone, ubiquinone, chlorophyll, cyt a


Dolichols

Rubber

Photosythesis pigments

Regulation of cell growth



Membrane solubility of photosynthesis pigments and electron transport carriers 



Glucosyl carrier



1.1 Biossíntese dos terpenos

Os terpenos são formados pela fusão de unidades isoprênicas de cinco carbonos (5C) e apresentam grande diversidade estrutural, sendo bastante distribuídos no reino vegetal, subdivididos e classificados de acordo com a quantidade de unidades C5 (TAIZ, ZEIGER, 2009; BORGES, 2013; TAIZ et al., 2017), apresentando um esqueleto ramificado de isopentano. São biossintetizados pelas vias de mevalonato (MVA) ou 2-C-metil-D-eritritol-4-fosfato (MEP) ou desoxixilulose 5-fosfato (DXP). A base estrutural da maioria dos terpenóides de ordem superior são os precursores centrais geranil pirofosfato (GPP; C10), farnesil pirofosfato (FPP; C15) e geranilgeranilpirofosfato (GGPP; C20). A enzima terpeno sintase converte esses intermediários em terpenos (KHAN et. al., 2019).

Essas substâncias são formadas estruturalmente por unidades de isoprenos unidas em cadeias poliméricas lineares e cíclicas, podendo apresentar funções oxigenadas (álcoois, éteres, aldeídos, cetonas, lactonas e etc.). Os isoprenos por sua vez são alquenos de 5 carbonos. Uma das características fundamentais desses compostos é a presença de grande variabilidade estrutural decorrentes da existência de saturações por ligações duplas, que conferem diminuição da energia de ligação. Dessa forma, são capazes de sofrer polimerização, oxidação, dimerização e ciclização (GARCÍA & CARRIL, 2009; VICKERY et. al., 2016).

 A rota biossintética se inicia por condensação de moléculas de acetilcoenzima A (AcCo-A), originando acetoacetil-CoA na qual se condensa com outra molécula de AcCoA, originando 3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA. Este composto se reduz para converter-se em ácido mevalônico (3,5-dihidroxi-3-metilvaleriânico) e posteriormente por fosforilação e descarboxilação, em isopentenil pirofosfato (IPP), no qual, por isomerização dá lugar a dimetilalil-pirofosfato (DAMPP), composto altamente reativo (Figuras 2 e 3) (TAIZ & ZEIGER, 2017; PYNE et. al., 2019).

Figura 1. Biossíntese de isoprenos a partir da via do ácido mevalônico (Esquerda) e via do MEP (Direita). Fonte: HUANG & OSBOURN, 2019.

O geranil pirofosfato (GPP) forma a espinha dorsal da maioria dos monoterpenóides (C10), como o geraniol e o linalol; terpenóides cíclicos com a cânfora e eucaliptol e os monoterpenos como limoneno e pineno. Os sesquiterpenos (C15) são derivados de farnesil pirofosfato (FPP), que é formado pela condensação do isopentenil pirofosfato (IPP) e unidades de dimetilalil pirofosfato (DMAPP). A adição de outra unidade IPP ao FPP dá origem ao geranilgeranilpirofosfato (GGPP) e, a partir da condensação de de duas moléculas de GGPP forma-se o fitoeno, precursor do carotenóides, como licopeno e β-caroteno (KHAN et. al., 2019). As principais enzimas envolvidas nesse processo são as prenil transferases (PTs), fitoeno sintase (PYS).

1.2  Funções de alguns terpenos no crescimento e no desenvolvimento

Certos terpenos têm funções bem caracterizadas no crescimento e desenvolvimento vegetal, como exemplo, podem ser citadas as giberelinas que são diterpenos, e os brassinosteróides que são outra classe de hormônios vegetais com função reguladora do crescimento, que originam-se dos triterpenos. Os esteróis são derivados de triterpenos, componentes essenciais das membranas celulares, os quais estabilizam mediante interação com fosfolipídios. Os carotenóides de cores vermelha, amarela e laranja são tetraterpenos que agem como pigmentos acessórios na fotossíntese e protegem os tecidos fotossintéticos contra a fotoxidação. O hormônio ácido abscísico, sintetizado pela degradação de um precursor de carotenóide, é um terpeno C15 (TAIZ et al., 2017).

Álcoois politerpênicos de cadeias longas, conhecidos como dolicóis, funcionam como transportadores de açúcares na parede celular e na síntese de glicoproteínas. As cadeias laterais derivadas de terpenos, tais como a cadeia lateral de fitol da clorofila, auxiliam na ancoragem de certas moléculas nas membranas (TAIZ et al., 2017). No entanto, os terpenos, na grande maioria, são metabólitos secundários presumivelmente relacionados com a defesa vegetal (GOBBO-NETO; LOPES, 2007; LUDWIG- MULLER, 2015).

Muitos sesquiterpenos estão presentes em óleos essenciais e atuam como fitoalexinas (antibióticos produzidos pelas plantas em resposta ao ataque de microorganismos) e como agentes repelentes de herbívoros. Os monoterpenos são os componentes das essências voláteis das flores e óleos essenciais. Os óleos essenciais contêm os monoterpenos temporários que são armazenados nos pelos glandulares da epiderme em um espaço modificado da parede celular.  Os diterpenos fazem parte da estrutura das clorofilas, hormônio giberelina, ácidos resinosos de coníferas, fitoalexinas e numerosos metabólitos farmacologicamente importantes, como no caso do taxol, um agente anticancerígeno encontrado em baixas concentrações (0,01% do peso seco), e a forscolina, um composto utilizado para tratar o glaucoma (THOLL, 2006).

Os triterpenos formam os brassinosteróides (hormônios vegetais), os fitoesteróis que compõem as membranas celulares, algumas fitoalexinas e compostos que formam parte das ceras (que cobrem e protegem os frutos, ácido oleanóico das uvas). Por fim, os tetraterpenos dão origem aos carotenóides, compostos muito importantes de nossas dietas, são pigmentos que possuem funções importantes na fotossíntese. Seus principais constituintes são: cromóforo, caroteno, xantofila, licopeno, betacaroteno, luteína, violaxantina, neoxantina, retinol (pimenta, açafrão).

Os carotenóides são pigmentos naturais responsáveis pelas cores laranja, amarelo e vermelho em diversos alimentos, como frutas, vegetais e gema de ovo. Destaca-se por atuar na inibição de doenças onde radicais livres apresentam papel fundamental, como doenças degenerativas e cardiovasculares; o licopeno, caroteno presente em produtos de tomate, por exemplo, previne a oxidação do LDL. Nas indústrias, os carotenóides são utilizados principalmente como corantes (VALDUGA et al., 2009).

1.3 Terpenos na defesa de plantas

Os terpenos são toxinas e inibidores contra muitos insetos e mamíferos herbívoros; assim, eles parecem exercer importantes funções de defesa no reino vegetal (GERSHENZON; CROTEAU, 1992). Por exemplo, os ésteres de monoterpeno, denominados piretróides, encontrados em folhas e flores de espécies de Chrysanthemum, apresentam potente atividade inseticida. Os piretróides naturais e sintéticos são ingredientes populares nos inseticidas comerciais, devido à sua baixa persistência no ambiente e à sua pequena toxicidade para mamíferos.

Muitas espécies possuem misturas de monoterpenos e sesquiterpenos voláteis, chamados de óleos essenciais, os quais conferem aroma característico às suas folhas. Hortelã-pimenta, limão, manjericão, sálvia e o pau-rosa são exemplos de plantas que contêm óleos essenciais.

Os óleos essenciais apresentam reconhecidas propriedades como repelentes de insetos. Eles são frequentemente encontrados em tricomas glandulares que se projetam da epiderme e servem como “advertência” sobre a toxicidade do vegetal, repelindo potenciais herbívoros, mesmo antes que ataquem as plantas. Nos tricomas glandulares, os terpenos são armazenados em um espaço extracelular modificado. Os óleos essenciais podem ser extraídos dos vegetais mediante destilação por arraste a vapor, sendo importantes comercialmente como aromatizantes de alimentos e na indústria de perfumes.

Entre os compostos terpênicos não voláteis e repelentes de herbívoros citam-se os limonoides, um grupo de triterpenos (C30) conhecido por seu sabor amargo nas frutas cítricas. Talvez o mais conhecido e eficaz inibidor do forrageio para insetos herbívoros seja a azadiractina (Figura 6A), um limonoide complexo obtido da amargosa (= “neem”) (Azadirachta indica), uma espécie arbórea nativa na África e na Ásia.

Em doses baixas como 50 ppb, a azadiractina age como inibidor do forrageio para alguns insetos e exerce vários efeitos tóxicos (AERTS; MORDUE, 1997; VEITCH et al., 2008). Essa substância tem sido considerada como um potencial inseticida comercial, por sua baixa toxicidade para mamíferos, sendo que várias preparações contendo azadiractina estão sendo comercializadas na América do Norte e na Índia.

As saponinas são esteróides e triterpenos glicosídeos, assim chamadas em decorrência de suas propriedades detergentes e emulsificantes. A presença de elementos lipossolúveis (esteroides ou triterpenos) e hidrossolúveis (açúcares) na mesma molécula confere à saponina propriedades detergentes, formando espuma quando misturada à água. Acredita-se que a toxicidade da saponina se deve à sua capacidade de formar complexos com os esteróides. As saponinas podem interferir na absorção de tais compostos pelo sistema digestório ou desorganizar membranas celulares após entrar na corrente sanguínea (TAIZ et al., 2017).

As fitoecdisonas, primeiramente isoladas da pteridófita Polypodium vulgare, constituem um grupo de esteróides vegetais que apresentam a mesma estrutura básica dos hormônios de muda de insetos. A ingestão de fitoecdisonas pelos insetos interrompe esse e outros processos de desenvolvimento, muitas vezes com consequências letais. Além disso, as fitoecdisonas foram recentemente relacionadas à função de defesa contra nematóides fitoparasitas (SORIANO et al., 2004).