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TERPENES

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Plan de l’étude :

1) Définition – Utilisation

2) Les hydrocarbures terpéniques

3) Les composés terpéniques oxygénés 

4) Les motifs isoprène

5) Quelques terpènes

6) Biosynthèse des terpènes

6-1) Acide mévalonique – HMG-CoA

6-2) Schéma général de synthèse des terpènes

6-2-1) Biosynthèse des monoterpènes à partir du diphosphate de géranyle (GPP)

6-2-2) Biosynthèse des sesquiterpènes à partir du diphosphate de farnésyle (FPP)

6-2-3) Biosynthèse des triterpènes à partir du diphosphate de farnésyle (FPP)

6-2-4) Biosynthèse des diterpènes à partir du diphosphate de digéranyle (GGPP)

6-2-5) Biosynthèse des tétraterpènes à partir du diphosphate de digéranyle (GGPP)

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1) Définition –Utilisation :

Le nom vient du mot allemand Terpen (1866) provenant de das Terpentin : la térébenthine. L'emprunt francisé terpène date de la fin du XIX^ème siècle (1871).

Au sens strict, les terpènes sont des hydrocarbures mais de nombreux dérivés (alcools,aldéhydes,cétones, acides), de structure apparentée, sont considérés comme des composés terpéniques.

Ils sont présents, dans les végétaux, dont ils sont souvent les constituants "de senteur" (térébenthine,camphre, menthol, citronelle) ; on les extrait sous forme d'huiles essentielles pour la parfumerie.
Certains d'entre eux ont un rôle biologique important (hormones, vitamines …).

2) Les hydrocarbures terpéniques :

-Formule brute :

La formule moléculaire générale est (C₅H₈)_n avec
n = 1 l'isoprène
n = 2 C₁₀H₁₆ monoterpènes
n = 3 C₁₅H₂₄ sesquiterpènes
n = 4 C₂₀H₃₂ diterpènes

n = 5 C₂₅H₄₀ sesterterpènes

n = 6 C₃₀H₄₈ triterpènes
n = 8 C₄₀H₆₄ tétraterpènes

    - structure :

Certains ont une structure acyclique; ils comportent un nombre de doubles liaisons correspondant à leur formule moléculaire 3 pour C₁₀H₁₆ ; 5 pour C₂₀H₃₂ ; 7 pour C₃₀H₄₈.
D'autres ont un ou plusieurs cycles soit un nombre plus réduit de doubles liaisons ; par exemple pour C₁₀H₁₆ un cycle et 2 doubles liaisons ou 2 cycles et une double liaison.

3) Les composés terpéniques oxygénés :

Leurs chaînes carbonées sont analogues à celles des hydrocarbures acycliques correspondants mais avec souvent une insaturation moindre; exemple: le menthol, C₁₀H₁₉OH est monocyclique et saturé; il possède le même squelette que le limonène C₁₀H₁₆ monocyclique et possédant 2 doubles liaisons.

4) Les "motifs isoprènes" :

On peut du point de vue structure, les considérer comme des polymères de l'isoprène (2-méthylbuta-1,3-diène)

On peut en effet, toujours "découper" en "motifs isoprènes" la formule d'un terpène: 2 motifs pour un monoterpène, 3 pour un sesquiterpène,  8 pour un tétraterpène ;
exemple: Ocimène (présent dans le basilic)

5) Quelques terpènes :

    - Monoterpènes

			ou
Ocimène (basilic)	Limonène (citron, pin, menthe)	a-pinène (pin)	b-pinène (pin)
(-) Menthol (menthe)	l-Menthone (menthe)	Terpinéol (lilas)	Isobornéol (pin)
Camphre	Nérol (rose, géranium)	Citronellal (citronelle)	Citronellol (rose)
Myrcène (laurier)	Myrcénol (citron)	Linalol (muguet)	Géraniol (rose)

-diterpène

Vitamine A

6) Biosynthèse des terpènes :

La biosynthèse des terpènes suit la voie de l'acide mévalonique, ce qui signifie qu'elle se différencie de certaines autres biosynthèses à partir de l'acide mévalonique dans le schéma général des biosynthèses (voie métabolique dite de l'HMG-CoA).

6-1) Acide mévalonique – HMG-CoA

Formule de l'acide mévalonique

C'est un composé important en synthèse biochimique, un précurseur (sous la forme mévalonate) des terpènes et des stéroïdes dans la voie métabolique dite de l'HMG-CoA.

Le point de départ de la synthèse de l'acide mévalonique est l'acide éthanoïque.

Cet acide est activé par le coenzyme A sous forme d'un thioester l'acétylcoenzyme A.

La suite de la synthèse :

- 1 –

Réaction catalysée par l'enzyme Acétyl-CoA C-acétyltransférase

- 2 –

Réaction catalysée par l'HMG-CoA synthase

Il s'agit de l'addition du radical acétyle de l'acétyl-CoA sur la fonction cétone de l'acétoacétyl-CoA par une réaction de type cétolisation suivie d'une hydrolyse qui permet le départ du coenzyme A.

- 3 –

Réaction catalysée par l'HMG-CoA réductase un enzyme clé

Remarque :

Afin de simplifier l'écriture de ces réactions biochimiques, on adopte de nouveaux symboles (flèches courbes) pour désigner les groupes ou molécules entrants et les groupes ou molécules sortants.

Ainsi, les équations chimiques de la troisième étape, le passage de HMG-CoA au mévalonate s'écrivent :

6-2) Schéma général de synthèse des terpènes :

A partir de l'acide mévalonique on passe à une unité isoprène par phosphorylation des 2 groupes alcool de l’acide mévalonique (grâce à l’ATP) puis par élimination d’eau avec formation d’une double liaison C=C, puis par décarboxylation (-CO₂), l’ensemble conduisant au 3-méthylbut-3-ènylpyrophosphate appelé aussi diphosphate d'isopentényle et abrégé en IPP

Il y a ensuite isomérisation de l'IPP grâce à l'isopentényle diphosphate isomérase qui conduit au diphosphate de diméthylallyle ou DMAPP :

puis une succession de réactions conduisant aux différentes familles auxquelles on s'intéresse :

Les enzymes qui interviennent aux premières étapes :

- 2 – Géranyldiphosphate synthétase

- 3 – Farnésyldiphosphate synthétase

- 4 - Géranylgéranyldiphosphate synthétase

6-3-1) Biosynthèse des monoterpènes à partir du diphosphate de géranyle (GPP)

• Monoterpènes acycliques

• Monoterpènes cycliques

Formation du limonène, du terpinolène, de l'α-terpinéol

Un exemple de synthèse d'un monoterpène bicyclique à partir du GPP : le camphre

6-2-2) Biosynthèse des sesquiterpènes à partir du diphosphate de farnésyle (FPP)

• Sesquiterpènes acycliques

Exemple de la biosynthèse des farnesols.

Le farnesol est un alcool sesquiterpénique (2 isomères). C'est l'une des substances les plus répandues dans le règne végétal à l'odeur de muguet.
Le 2-trans,6-trans-farnesol (E,E-farnesol) agit comme une hormone sur certains insectes. Il intervient dans la métamorphose de la chenille au papillon.

ou

La formule moléculaire des farnesols est C₁₅H₂₆O.

• Sesquiterpènes cycliques

Exemple de la biosynthèse du bisabolol.

Le composé racémique se trouve à l'état naturel dans l'huile de bergamote et est utilisé en cosmétique.

La formule moléculaire du bisabolol est C₁₅H₂₆O.

6-2-3) Biosynthèse des triterpènes à partir du diphosphate de farnésyle (FPP)

• Triterpènes acycliques

Exemple de la biosynthèse du squalène

Il contient comme tous les triterpènes 6 unités isoprène c'est un hydrocarbure en C₃₀. C'est un précurseur métabolique des stérols
Son nom vient de ce qu'on en trouve dans le foie de requin.
J.W.Cornforth le synthétise la première fois à partir de l'acide mévalonique.

Deux molécules de pyrophosphate de farnésyl ou diphosphate de farnésyle (FPP) peuvent s'unir lors d'un couplage tête à tête

en milieu réducteur pour donner le squalène

Le mécanisme :

On peut présenter différemment le squalène dans l'espace par rotation autour des simples liaisons C-C :

ou encore

La formule moléculaire du squalène est C₃₀H₅₀.

• Triterpènes cycliques

On prendra l'exemple du lanostérol qui est un alcool terpénique.

Le lanostérol est un triterpène tétracyclique duquel tous les stéroïdes sont dérivés.

C’est aussi un des constituants du suint de mouton (Le suint est la graisse qui imprègne la toison des moutons dans le poids de laquelle elle entre pour 25 à 60% selon les races).

Le nom lanostérol est donc dérivé du latin lana (laine).

Le point de départ de cette biosynthèse est le squalène

Le lanostérol ou Lanosta-8-24-dièn-3-ol, (3β) a pour formule moléculaire C₃₀H₅₀O

6-2-4) Biosynthèse des diterpènes à partir du diphosphate de digéranyle (GGPP)

• Diterpènes acycliques

On prendra l'exemple du phytol

Composé oxygéné que l'on trouve sous forme estérifiée dans la structure de la chlorophylle, on le retrouve donc comme produit de dégradation de celle-ci.

Sa synthèse fut menée pour la première fois par Franz Gottwald Fischer, en 1928.

Sa biosynthèse a lieu à partir du diphosphate de digéranyle (GGPP) qui subit trois réductions par le couple NADP⁺/NADPH puis une hydrolyse :

Le phytol ou 3,7,11,15,-tétraméthylhexadéc-2-èn-1-ol a comme formule moléculaire C₂₀H₄₀O.

• Diterpènes cycliques

On prendra l'exemple du labdane :

c'est un diterpène dont la structure se retrouve dans de nombreux composés naturels.

Ainsi dans la résine sandaraque, une résine commune exsudée d'un conifère Tetraclinis articulata qui a été utilisée du XIIème au XVème siècle comme vernis alcoolique (dissoute dans de l'huile de lin et de l'alcool) puis de nouveau au XVIIème siècle et au XVIIIème comme vernis maigre dans la peinture d'art, on retrouve l'acide agathique :

ayant une structure comportant un noyau labdane.

La biosynthèse du labdane à partir du diphosphate de digéranyle (GGPP) est la suivante :

La formule moléculaire du labdane est C₂₀H₃₈.

6-2-5) Biosynthèse des tétraterpènes à partir du diphosphate de digéranyle (GGPP)

On prendra l'exemple du phytoène

La biosynthèse s'effectue à partir de deux molécules de diphosphate de digéranyle.

Les premières étapes du mécanisme sont celles rencontrées lors de la biosynthèse du squalène :

La biosynthèse s'effectue à partir de deux molécules de diphosphate de digéranyle.

Les premières étapes du mécanisme sont celles rencontrées lors de la biosynthèse du squalène :

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