TERPENOID vai trò ứng dụng trong đời sống con người

Hợp chất tự nhiên có vai trò rất quan trọng không chỉ với bản thân thực vật và những sinh vật tổng hợp ra nó mà còn rất hữu dụng trong đời sống con ngƣời. Terpenoid là một nhóm hợp chất tự nhiên rất đa dạng và đƣợc ứng dụng nhiều trong đời sống. Vì vậy, đồ án môn học chuyên ngành “TerpenoidVai trò và ứng dụng trong đời sống con ngƣời” đƣợc thực hiện nhằm đƣa ra một số kiến thứ về terpenoid và ứng dụng của nó.

KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

TP Hồ Chí Minh, 6– 2011

LỜI CẢM ƠN

Sau một học kì tìm hiểu về hợp chất tự nhiên terpenoid, nhờ sự hướng dẫn của TS

Lê Thị Thủy Tiên, em đã phần nào biết được con đường sinh tổng hợp và vai trò của terpenoid trong tự nhiên Bên cạnh đó em còn tìm hiều một số phương pháp thu nhận và ứng dụng terpenoid trong đời sống con người Nếu không có sự giúp đỡ tận tình của cô, giúp em sữa chữa những lỗi nhỏ nhất thì em không thể làm tốt được

Xin chân thành cảm ơn TS Lê Thị Thủy Tiên đã hỗ trợ, giúp em hoàn thành đồ án môn học chuyên ngành “Terpenoid-Vai trò và ứng dụng trong đời sống con người”

Phạm Mỹ Ngọc

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

DANH MỤC ẢNH viii

LỜI NÓI ĐẦU 1

1 Tổng quan về terpenoid 2

1.1 Hợp chất tự nhiên và phân loại 2

1.2 Terpenoid 2

1.2.1 Phân loại 2

1.2.2 Quy tắc isoprene 3

1.2.3 Danh pháp terpenoid 5

2 Sinh tổng hợp terpenoid 6

2.1 Sinh tổng hợp từ C5 pyrophosphate 9

2.2 Terpenoid dạng thẳng 11

2.3 Terpenoid dạng vòng 13

2.4 Monoterpenoid 13

2.5 Sesquiterpenoid 15

2.5.1 Sesquiterpenoid từ cis,trans-farnesyl pyrophosphate khi đóng vòng ở liên kết đôi 6,7 15 2.5.2 Sesquiterpenoi từ cis,trans-farnesyl pyrophosphate khi đóng vòng ở liên kết đôi 10,11 16

2.5.3 Sesquiterpeniod từ trans,trans-farnesyl pyrophosphate 17

2.6 Diterpenoid 18

2.7 Triterpenoid và steroid 20

2.8 Tetraterpenoid và carotenoid 22

2.9.1 Điều hòa theo không gian 23

2.9.2 Điều hòa theo thời gian 26

3 Vai trò của terpenoid trong tự nhiên 28

3.1 Chức năng 28

3.2 Tự vệ 28

3.3 Thông tin 30

4 Thu nhận terpenoid 33

4.1 Từ tự nhiên 33

4.1.1 Tạo vết thương (tapping) 33

4.1.2 Ép (expression) 33

4.1.3 Chưng cất (distillation) 33

4.1.4 Trích ly (solvent extraction) 35

4.2 Từ nuôi cấy tế bào 36

5 Một số ứng dụng của terpenoid trong đời sống con người 41

5.1 Tinh dầu geranium trong nước hoa, mỹ phẩm, xà phòng 41

5.2 Chất tạo ngọt terpenoid 46

5.2.1 Sesquiterpenoid ngọt – hernandulcin 46

5.2.2 Diterpene glycoside – gaudichaudioside 48

5.2.3 Triterpene glycoside 49

5.3 Chất ngăn ngừa oxy hóa terpenoid 52

5.3.1 Sự hoạt hóa oxy gây bệnh ở động vật 53

5.3.2 Terpenoid làm chất chống oxy hóa trong quá trình oxy hóa peroxyde lipid 54 KẾT LUẬN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

HMG-CoA reductase: 3-hydroxyl-3-methylglutaryl-coenzyme A

IPP: isopentyl pyrophosphate

MEP/DOXP: 2-C-Methyl-D-erythritol 4-phosphate/1-Deoxy-D-xylulose 5-phosphate NADP/NADPH: Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Phân loại terpenoid 3 Bảng 2: Sự thay đổi nồng độ tinh dầu chủ yếu và thành phần terpenoid của geranium hương hoa hồng theo mùa 43

Bảng 3: Sự thay đổi hoạt tính enzyme từ P graveolen theo mùa 44

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Kiểu kết hợp đầu-đuôi của 2 tiểu đơn vị isoprene 4

Hình 1.2: Một số terpenoid và cách sắp xếp các tiểu đơn vị isoprene tạo sườn carbon tương ứng 4

Hình 1.3: Carvone và sườn p-menthane 5

Hình 1.4: Các đồng phân của pinene 6

Hình 1.5: Các đồng phân của ionone và patchoulene 6

Hình 2.1: Sinh tổng hợp sườn terpenoid: 2 con đường mevalonate và MEP/DOXP 8

Hình 2.2: Quá trình tạo acetyl coenzyme A 9

Hình 2.3: Quá trình tạo prenyl pyrophosphate 10

Hình 2.4: Con đường acid mevalonic và sự sinh tổng hợp sườn carbon terpenoid 11

Hình 2.5 Sự tạo thành các tiền chất của terpenoid 12

Hình 2.6: Những nhóm monoterpenoid phổ biến nhất được hình thành từ geranyl pyrophosphate 14

Hình 2.7: Sesquiterpenoid từ cis,trans-farnesyl pyrophosphate khi đóng vòng ở liên kết đôi 6,7 16

Hình 2.8: Sesquiterpenoid từ cis,trans-farnesyl pyrophosphate khi đóng vòng ở liên kết đôi 10,11 17

Hình 2.9: Sesquiterpenoid từ trans,trans-farnesyl pyrophosphate 18

Hình 2.10: Sự hình thành sườn labdane và cembrane của terpenoid 19

Hình 2.11: Sự hình thành sườn squalene 21

Hình 2.12: Sự hình thành các sterol từ sườn squalene 21

Hình 2.13: Sự hình thành sườn caroteinoid 22

Hình 3.1 Các terpenoid có vai trò chức năng 28

Hình 3.2 Các dẫn xuất của eudesmane có vai trò kháng khuẩn và kháng nấm 29

Hình 3.3 Chất truyền thông tin hormone terpenoid 30

Hình 3.4 Chất truyền thông tin pheromone terpenoid 31

Hình 3.5 Chất truyền thông tin allelochemical 32

Hình 4.1 Giản đồ miêu tả erlen chưng cất Florentine 34

Hình 4.2 Thu nhận tinh dầu bằng chưng cất 34

Hình 4.3 Thu nhận tinh dầu bằng trích ly 35

Hình 5.2: Cấu tạo geraniol, citronellol và nerol 42

Hình 5.4: Cấu tạo hernandulcin 47

Hình 5.7: Gaudichaudioside A (8), B (9), C (10), D (11) và E (12) 49

Hình 5.9: Periandrin V (13) và periandrin I (14) 50

Hình 5.11: Các abrusoside A (15), B (16), C (17), D (18) và E (19) 51

Hình 5.13: Pterocaryoside A (24) và pterocaryoside B (25) 52

Hình 5.15: Ảnh hưởng của tinh dầu chanh và tinh dầu thông lá kim lên sự oxy hóa acid -linolenic 54

Hình 5.16: Ảnh hưởng của các terpenoid khác nhau lên sự oxy hóa acid -linolenic 55 Hình 5.17: Ảnh hưởng của tinh dầu thông lá kim và tinh dầu chanh lên sự oxy hóa lipoprotein mật độ thấp (LDL) do đồng cảm ứng 56

Hình 5.18: Ảnh hưởng của các terpenoid khác nhau lên sự oxy hóa lipoprotein mật độ thấp (LDL) do đồng cảm ứng 57

DANH MỤC ẢNH

Hình 4.4: Chồi phát triển từ mô sẹo Ruta graveolen 40

Hình 4.5: Mô sẹo (A) và chồi (B, C) của Mentha piperita 41

Hình 5.1: Pelargonium graveolen 42

Hình 5.3: Một số sản phẩm chứa tinh dầu geranium 42

Hình 5.5: Lippia dulci 47

Hình 5.6: Baccharis gaudichaudiana DC 48

Hình5.8 : Periandra dulci 49

Hình 5.10: Abrus precatorius (cam thảo dây) 50

Hình 5.12: Pterocarya paliurus 51

Hình 5.14: Một số sản phẩm chứa chất tạo ngọt 52

Hình 5.19: Thuốc tăng tuần hoàn não Ginkgo Biloba chứa terpene làm việc nhƣ chất chống oxy hóa 57

LỜI NÓI ĐẦU

Hợp chất tự nhiên có vai trò rất quan trọng không chỉ với bản thân thực vật và những sinh vật tổng hợp ra nó mà còn rất hữu dụng trong đời sống con người Terpenoid

là một nhóm hợp chất tự nhiên rất đa dạng và được ứng dụng nhiều trong đời sống Vì vậy, đồ án môn học chuyên ngành “Terpenoid-Vai trò và ứng dụng trong đời sống con người” được thực hiện nhằm đưa ra một số kiến thứ về terpenoid và ứng dụng của nó

Đồ án môn học chuyên ngành này gồm 5 phần:

1 Tổng quan về terpenoid

2 Sinh tổng hợp terpenoid

3 Vai trò của terpenoid trong tự nhiên

4 Thu nhận terpenoid

5 Một số ứng dụng của terpenoid trong đời sống con người

Do có nhiều hạn chế nên đồ án này vẫn còn nhiều thiếu sót, mong quý thầy cô và các bạn góp ý để đồ án được hoàn chỉnh hơn

1 Tổng quan về terpenoid

Thực vật và động vật sản sinh ra 1 dãy các chất hóa học đa dạng đến kinh ngạc Hầu hết những chất này đều dựa trên sườncarbon và vì thế ngành hóa học carbon được biết đến như ngành hóa hữu cơ, ngành hóa về các sinh vật sống, ngành hóa học đời sống Những sản phẩm hóa học của thực vật và động vật có thể được phân loại thành hợp chất (chất chuyển hóa) sơ cấp và thứ cấp Hợp chất sơ cấp thường có ở tất cả các loài và có thể được phân chia thành protein, carbohydrate, lipid và nucleic acid Bốn nhóm này được xác định theo cấu trúc hóa học của chúng Hợp chất thứ cấp thường được nói đến như

“hợp chất tự nhiên” Những chất này ở thực có thể được chia thành các nhómterpenoid, alkaloid, phenolic và polyketide [13] Sự phân loại này dựa trên phương thức mà chất được tổng hợp Những con đường tổng hợp này được nói đến như con đường tổng hợp hóa sinh hay con đường sinh tổng hợp

Bản thân hợp chất thứ cấp có thể phổ biến ở một số loài hoặc có thể chỉ được sản xuất bởi một sinh vật Các loài cùng một họ thường có liên hệ về kiểu hợp chất thứ cấp

và vì thế một loài có thể được phân loại theo hợp chất thứ cấp mà nó sản sinh ra Sự phân loại như thế được đặt tên là sự phân loại hóa học Đôi khi, hai loài thực vật được phát hiện có vẻ ngoài giống hệt nhau, các nhà thực vật học dựa vào điều này để phân loại, lại khác nhau về hợp chất thứ cấp mà chúng sản xuất Ví dụ, hai loại hoa có thể trông giống hệt nhau nhưng một loại không có mùi trong khi loại kia sở hữu mùi thơm mạnh nhờ vào việc sản xuất chất terpenoid có mùi thơm Các chủng khác nhau như thế được coi là các loài hóa học [8]

1.2.1 Phân loại

Terpenoid được định nghĩa như là chất có cấu trúc phân tử chứa sườn carbon hình thành từ các tiểu đơn vị isoprene (2-methylbuta-1,3-diene) Isoprene chứa 5 nguyên tử carbon và vì thế, số nguyên tử carbon trong bất kì terpenoid là bội số của 5 [13] Sự phân hủy các sản phẩm terpenoid mà các nguyên tử carbon bị mất thông qua các quá trình hóa học hoặc hóa sinh có thể bao gồm nhiều nguyên tử carbon khác nhau, nhưng cấu trúc tổng thể của chúng sẽ biểu thị nguồn gốc terpenoid của chúng và vẫn được xem như là terpenoid

Tên gọi chung “terpene” được dùng đầu tiên đối với các hydrocarbon tìm thấy

Mỗi chất này chứa 2 tiểu đơn vị isoprene, do đó chứa 10 nguyên tử carbon Các chất liên quan chứa 20 nguyên tử carbon được gọi là diterpene Mối quan hệ đối với isoprene được khám phá muộn hơn, khi mà monoterpene và diterpene đã được xác minh kĩ Bảng 1.1 cho thấy sự phân chia đa dạng của họ terpenoid dựa trên sự phân loại này Nó cũng cho thấy 2 nhóm phụ đặc trưng của terpenoid, đó là carotenoid và steroid Steroid và carotenoid là các nhóm phụ của triterpenoid và tetraterpenoid

Thỉnh thoảng, từ terpene được dùng để biểu thị cho bất kì terpenoid nào Tương

tự, “isoprenoid” thường được dùng thay cho “terpenoid”

Bảng 1: Phân loại terpenoid

Danh pháp Số tiểu đơn vị isoprene Số nguyên tử carbon

và carotenoid Trong cả hai loại này, có 1 kiểu kết hợp đuôi-đuôi chính xác ở trung tâm sườn carbon, loại kia kết hợp kiểu đầu-đuôi Kiểu kết hợp giả thuyết đầu-đầu không xảy

ra

Hình 1.1: Kiểu kết hợp đầu-đuôi của 2 tiểu đơn vị isoprene

Sau khi hình thành sườn C5n cơ bản, chuỗi có thể được xếp lại để tạo vòng và hình thành chức năng bằng cách đưa ra oxygen hoặc các nguyên tử khác loại khác Hình 1.2 cho thấy cách các tiểu đơn vị isoprene sắp xếp và sườn carbon gốc trong 3 terpenoid đơn giản Thỉnh thoảng, sự sắp xếp lại sườn carbon làm cho quá trình này trở nên khó hơn và phản ứng phân hủy có thể làm giảm số lượng nguyên tử carbon vì vậy công thức thực nghiệm không chỉ chứa bội của 5 carbon [13] Tuy nhiên, các sản phẩm hóa học tự nhiên vẫn nhanh chóng xác định nhờ cấu trúc sườn carbon đặc trưng Đôi khi các phân tử chứa

cả khung sườn terpenoid và khung sườn từ các loại khác

Hình 1.2: Một số terpenoid và cách sắp xếp các tiểu đơn vị isoprene tạo sườn carbon

tương ứng

Đuôi Đuôi

1.2.3 Danh pháp terpenoid

Terpenoid được chia thành các nhóm và nhóm phụ theo con đường tổng hợp tự nhiên của chúng và vì thế, theo cấu trúc sườn từ những chất phát sinh trực tiếp từ sinh tổng hợp [4] Như đã mô tả bên trên, cơ sở đầu tiên để phân loại là số tiểu đơn vị isoprene hợp thành terpenoid Tên của những nhóm này được trình bày ở bảng 1.1 Sự phân loại tiếp theo phụ thuộc vào việc liệu bộ khung có giữ nguyên dạng chuỗi mở hay tạo thành

1, 2 hay nhiều vòng Các nhóm terpenoid có cùng sườn được đặt tên theo 1 chất nổi bật của nhóm, thông thường là chất phổ biến nhất hay chất được phát hiện đầu tiên Để gọi tên riêng 1 terpenoid, thường dùng hệ thống danh pháp CAS hoặc IUPAC Tuy nhiên, để thuận tiện thường dùng tên thông dụng hoặc tên bán hệ thống xuất phát từ nhóm cấu trúc terpenoid mà chất nghi ngờ thuộc về Tên thông dụng thường liên quan đến nguồn gốc tự nhiên mà terpenoid được tìm thấy

Hình 1.3: Carvone và sườn p-menthane

Ví dụ về hệ thống cùng tồn tại, tên bán hệ thống và tên thông dụng, chúng ta có thể xem xét monoterpenoid, carvone Carvone tìm thấy các dạng đối xứng trong tự nhiên,

dạng laevo trong cây bạc hà lục và dạng dextro trong cây carum Tên thông dụng của carvone xuất phát từ tên Latin của cây carum, Carum carvi Sườn carbon cơ bản là 1-

isopropyl-4-methylcyclohexane Sườn này rất phổ biến trong tự nhiên và đặc biệt quan

trọng ở chi Mentha, bao gồm nhiều loại bạc hà, vì nó tạo thành sườn của hầu hết các chất quan trọng trong tinh dầu bạc hà Vì thế sườn được đặt tên p-menthane và hệ thống đánh

số dùng nó được trình bày ở hình 1.3 Do đó, bất kì tên nào được đây cũng có thể dùng để

mô tả cùng 1 phân tử: carvone, p-mentha-1,8-dien-6-one và

1-methyl-4-(1-methylethenyl)cyclohex-1-ene-one [8] Để phân loại, ta có thể gọi nó là 1 ketone chưa

bão hòa thuộc nhóm p-menthane của monoterpenoid

Kí tự Hy Lạp được dùng theo những cách khác nhau để phân biệt giữa các đồng phân terpenoid Chúng biểu thị trật tự mà các đồng phân được phát hiện hoặc sự đa dạng trong tinh dầu Ví dụ, -pinene là thành phần đáng kể nhất trong nhựa thông, thường gồm

¾ khối lượng tinh dầu Thành phần đáng kể tiếp theo là β-pinene Những cấu trúc này được trình bày ở hình 1.4

Hình 1.4: Các đồng phân của pinene

Trường hợp terpenoid dạng vòng, các kí tự , β, thường ám chỉ vị trí của liên kết đôi ở các đồng phân olefin Trong những trường hợp này, kí tự biểu thị liên kết đôi 3 nhóm thế ở trong vòng, β ám chỉ liên kết olefin 4 nhóm thế và đối với nhóm chức năng methylen ngoài vòng [4] Cấu trúc chung được trình bày ở hình 1.5 cùng với ví dụ về các đồng phân của ionone và patchoulene

Hình 1.5: Các đồng phân của ionone và patchoulene

2 Sinh tổng hợp terpenoid

Quá trình mà thiên nhiên sản sinh ra các chất hóa học cần thiết cho nó, được gọi là sinh tổng hợp Nghiên cứu quá trình sinh tổng hợp, chúng ta không chỉ biết về hóa học tự nhiên mà còn mở mang kiến thức hữu ích trong nhiều phạm vi Ví dụ, khi hiểu về hóa học tự nhiên và các hợp chất tự nhiên được cấu tạo như thế nào, các khuôn mẫu tự

nhiêncó thể được hiểu và dùng để hỗ trợ nhận dạng cấu trúc các chất mới được phân tách

và sản xuất các hợp chất mới có tính chất tương tự

 Enzyme và coenzyme

Các phản ứng hóa học được quan sát trong sinh tổng hợp (phát sinh sinh vật) về bản chất giống như những chất tổng hợp hữu cơ dùng để sản xuất các nguyên liệu thí nghiệm hóa học Điều khác biệt chủ yếu giữa chất tự nhiên và tổng hợp, dựa trên hệ thống xúc tác được tìm thấy trong tự nhiên Các chất xúc tác điều khiển các phản ứng hóa sinh được gọi là các enzyme Vai trò của enzyme là giúp cho phản ứng hóa học xảy ra nhanh hơn và có chọn lọc hơn

Chiều hướng phản ứng trong sinh tổng hợp terpenoid được điều khiển mạnh mẽ bởi enzyme của thực vật hoặc động vật Đặc biệt là trường hợp các phản ứng mà chất trung gian pyrophosphate trải qua sự thủy phân enzyme để tạo thành anion pyrophosphate và carbocation [13] Thông thường, có rất nhiều con đường phản ứng mà carbocation có thể tham gia, nhưng enzyme hướng nó đến con đường đặc trưng Vì thế,

từ 1 tiền chất phổ biến và sự thủy phân ban đầu giống nhau, 1 sinh vật sẽ tạo thành 1 chất chuyển hóa và 1 sinh vật khác sẽ tạo ra chất chuyển hóa khác [4] Các enzyme sẵn có trong 1 sinh vật được điều khiển bởi gen mã hóa ra nó Như vậy, các sinh vật cùng họ có DNA tương tự sẽ có các enzyme tương tự và vì vậy chúng sẽ tạo ra các cấu trúc terpenoid tương tự Mặt khác, 2 sinh vật khác nhau nhiều về thuộc tính di truyền sẽ tạo thành các terpenoid khác nhau nhiều Sự phân loại thực vật bằng các chất chuyển hóa mà chúng tạo thành được gọi là sự phân loại hóa học

Đôi khi, các enzyme cần có coenzyme, cũng được gọi là cofactor, để tham gia vào phản ứng Ví dụ, trong phản ứng oxy hóa hoặc phản ứng khử, coenzyme có thể cung cấp năng lượng oxy hóa hoặc khử để điều khiển phản ứng Coenzyme sau đó được phục hồi bằng cách oxy hóa lần nữa hoặc khử lần nữa, trong chu kì sau đó hoặc thậm chí bởi 1 hệ thống enzyme khác Có 3 coenzyme có vai trò đặc biệt trong sinh tổng hợp terpenoid: Adenosin Triphosphate (ATP), Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate (NADP/NADPH), coenzyme A (CoA) [4]

Hình 2.1: Sinh tổng hợp sườn terpenoid: 2 con đường mevalonate và MEP/DOXP

SINH TỔNG HỢP SƯỜN CARBON TERPENOID

Con đường Mevalonate Con đường MEP/DOXP

Sinh tổng

hợp N-glycan

Sinh tổng hợp sesquiterpenoi

d

Sinh tổng hợp steroid

Sinh tổng hợp carotenoid

Sinh tổng hợp ubiquinone và các terpenoid –quinone khác

Chuyển hóa porphyrin và chlorophyll

Sinh tổng hợp zeatin

Sinh tổng hợp diterpenoid Sinh tổng hợp monoterpenoid

Sinh tổng hợp carotenoid

Đường phân

2.1 Sinh tổng hợp từ C 5 pyrophosphate

Cây xanh và tảo tổng hợp glucose từ CO2 và nước Quá trình này được gọi là quang hợp vì ánh nắng mặt trời là nguồn năng lượng để tiến hành phản ứng Glucose tiếp theo có thể bị phân hủy trong 1 quá trình gọi là đường phân, để cung phosphoenol pyruvate Quá trình này có thể xảy ra ở cả thực vật tạo ra glucose lẫn các sinh vật tiêu thụ thực vật Sự thủy phân phosphoenol pyruvate tạo ra pyruvate tự do, cung cấp chất ái nhân tấn công vào sườn carbon nhờ nhóm thiol của coenzyme A, tiếp theo là sự khử carboxyl

để tạo ra acetyl coenzyme A [13] Quá trình này được trình bày ở hình 2.2

Hình 2.2: Quá trình tạo acetyl coenzyme A

Quá trình acetyl coenzyme A bị chuyển thành 2 cấu trúc đồng phân của terpenoid được trình bày ở Hình 2.3 Một phân tử acetyl coenzyme A (2.1) tham gia phản ứng thế

ái nhân với một acetyl coenzyme A khác để tạo thành acetoacetyl coenzyme A (2.3) Thêm anion vào sườn carbon 3 acetyl coenzyme A tạo thành hydroxy dithioester (2.4) Tiếp theo thủy phân coenzyme A để tạo thành mono-thioester từ acid 3-hydroxy-3-methylpentandioic (2.5) Giai đoạn này được xúc tác bởi hai enzyme acetyl-CoA acetyltransferase và HMG-CoA synthase Hai enzyme này chưa được nghiên cứu ở thực vật Thioester sau đó bị khử bởi 2 NADPH để tạo acid dihydroxy gọi là acid mevalonic (2.6), phản ứng được xúc tác bởi HMG-CoA reductase Acid mevalonic sau đó bị phosphoryl hóa bởi 3 ATP ATP thứ nhất tạo thành phosphate rượu bậc nhất (2.7), xúc tác bởi mevalonate kinase hòa tan; ATP thứ 2 chuyển chất này thành pyrophosphate (2.8), do enzyme phosphomevalonate kinase; và ATP thứ 3 phosphoryl hóa rượu bậc 4 để tạo thành triphosphate (2.9) Phosphate ester bậc 4 dễ bị khử và, trong trường hợp này, khuynh hướng này tăng cùng với sự khử carboxyl để tạo isopentenyl pyrophosphate (IPP,

Thủy phân

2.10), nhờ enzyme pyrophosphomevalonate decarboxylase Liên kết đôi của isopentenyl pyrophosphate có thể được đồng phân hóa thành 3 nhóm thế nhiệt động có ích hơn bởi ion manganese, tạo prenyl pyrophosphate (2.11) Sự đồng phân hóa ngược lại có thể được thực hiện bởi ion magnesium Cả 2 sự đồng phân hóa được định hướng bởi enzyme prenyltransferase IPP là khuôn cấu trúc 5C cơ bản được thêm vào prenyl pyrophosphate

để hình thành chuỗi dài hơn Bản thân IPP phải trải qua sự ion hóa để tạo thành các terpenoid cao hơn [13]

Hình 2.3: Quá trình tạo prenyl pyrophosphate

Hình 2.4: Con đường acid mevalonic và sự sinh tổng hợp sườn carbon terpenoid

1x, 2x, 3x là số nhóm isopentyl pyrophosphate đƣợc thêm vào [6]

Liên kết phổ biến nhất giữa 2 tiểu đơn vị 5 carbon là dạng đầu-đuôi, cơ chế đƣợc trình bày ở hình 2.5 [4] Vị trí khởi đầu cơ bản là 1 phân tử prenyl pyrophosphate (2.11) Thủy phân nhóm pyrophosphate ở vị trí này sẽ tạo ra hemiterpenoid Khi có sự hiện diện của base, 1 phân tử isopentenyl pyrophosphate có thể đƣợc thêm vào để tạo các loại 10 carbon Allylic methylene hydrogen bị chuyển thành isoprenyl pyrophosphate bởi base Allylic anion thu đƣợc, thông qua nguyên tử carbon ở đầu, tấn công allylic pyrophosphate của prenyl pyrophosphate (2.11) trong phản ứng SN2 Chất này tạo thành geranyl pyrophosphate (2.12), tiền chất của tất cả monoterpenoid Sự chọn lọc toàn bộ phản ứng dựa trên bản chất hóa học vốn có của các tác chất nhƣng tăng lên khi đƣợc điều

Hemiterpene

Monoterpene

Squalene Sesquiterpene

Triterpene Diterpene Phytoene

tetraterpene Polyterpene polyprenol

khiển bởi enzyme Vì vậy, oxy thêm vào đầu của 1 đơn vị được liên kết với đầu đối diện của 1 đơn vị khác để tạo liên kết đầu-đuôi Thủy phân ở vị trí này tạo thành monoterpenoid Khả năng thêm 1 đơn vị isopentenyl pyrophosphate khác (2.10), vì geranyl pyrophosphate (GPP, 2.12) chứa vị trí hoạt động chính xác tương tự với prenyl pyrophosphate (2.11) Sự thêm vào này, được trình bày ở hình 2.5, tạo farnesyl pyrophosphate (2.13), tiền chất của tất cả sesquiterpenoid 1 lần nữa, cả sự thủy phân lẫn

sự thêm isopentenyl pyrophosphate vào đơn vị có thể xảy ra Đầu tiên sẽ tạo sesquiterpenoid và thứ hai, geranyl geranyl pyrophosphate (2.14), tiền chất của diterpenoid Sự thêm các đơn vị 5 carbon có thể tiếp tục theo cùng cách để tạo các terpenoid cao hơn, cuối cùng là polyisoprenoid

Hình 2.5 Sự tạo thành các tiền chất của terpenoid

2.3 Terpenoid dạng vòng

Trong quá trình sinh tổng hợp, khả năng phản ứng hóa học cơ bản được nâng cao

và được điều khiển bởi enzyme xúc tác các phản ứng khác nhau Khi đặc tính hóa học độc lập biểu hiện các phản ứng tiềm năng, các enzyme xúc tác liên quan đến sinh tổng hợp sẽ hướng dẫn con đường phản ứng đặc trưng Vì các sinh vật khác nhau chứa các enzyme khác nhau, nên các terpenoid mà chúng tạo ra từ cùng 1 tiền chất thường sẽ khác nhau [13] Kết quả là tiền chất duy nhất của các cấu phần terpenoid trong mỗi sinh vật khác nhau này và dẫn đến khả năng phân biệt và phân loại các loài theo terpenoid mà chúng sản xuất

Các phản ứng được mô tả ở đây chỉ liên quan đến sự hình thành sườn carbon cơ bản của các nhóm terpenoid khác nhau Các chuyển hóa sinh hóa tiếp theo, ví dụ như phản ứng oxy hóa, làm tăng thêm sự khác biệt, và các tiền chất của những phản ứng như thế một lần nữa là đặc trưng của những sinh vật mà chúng tìm thấy Bằng cách dùng 1 số tiền chất và 1 vài loại phản ứng cationic, có thể tạo thành sự đa dạng đáng kinh ngạc của các terpenoid khác nhau

Từ hình 2.6 đến 2.13, chữ thường được dùng cho tên của terpenoid đặc trưng, ví

dụ limonene Chữ nghiêng được dùng biểu thị thành phần của 1 loại cấu trúc của nguyên

liệu Ví dụ, trong hình 2.6, từ menthane được đặt bên cạnh cation mà limonene được hình

thành từ đó, điều này khẳng định cấu trúc vòng cơ bản, ví dụ methylcyclohexane, đem lại tên chung của menthane

Hình 2.6 chỉ ra những nhóm monoterpenoid phổ biến nhất được hình thành từ geranyl pyrophosphate (2.12) Sự thủy phân liên kết carbon-oxygen trong geranyl pyrophosphate tạo thành geranyl carbocation (2.15) Thêm nước vào cation này sẽ tạo geraniol, 1 terpenoid alcohol quan trọng tìm thấy ở nhiều loại hoa, ví dụ hoa hồng, và các nguồn tự nhiên khác Sự oxy hóa geraniol thành aldehyde tương ứng tạo thành citral, cấu phần hương đặc trưng của chanh

Carbocation là những phân tử thiếu electron và do đó sẽ tìm các trung tâm giàu electron để phản ứng [13] Trong sự hình thành geraniol, tác chất giàu electron là nguyên

tử oxygen của phân tử nước Liên kết olefinic ở đầu kia của geranyl carbocation (2.15), là loại giàu electron khác Vả lại, nó mang đi 6 nguyên tử từ carbon tích điện dương ban đầu

và vì thế được đặt vào vị trí thích hợp để hình thành vòng 6 Các phản ứng nội phân tử hình thành các vòng 5 hoặc 6 là do sự hỗn loạn nội phân tử (entropy) và vì vậy những phản ứng này thường khó ngăn cản Trong trường hợp geranyl carbocation, sự hình thành

vòng 6 hướng đến sườn menthane Đây thường được xem là p-menthane ám chỉ mối quan

hệ 1,4 của 2 nhóm thế trên vòng cyclohexane Sự khử proton từ carbocation này tạo ra limonene, thành phần chủ yếu của tinh dầu cam Carbocation giữ nước tạo -terpenoid, 1 thành phần quan trọng của tinh dầu hoa tử đinh hương

Methyl carbocation ban đầu có thể được thêm trở lại vào vòng tại các liên kết đôi khác Nếu được thêm vào olefinic carbon mang nhóm methyl, thì sản phẩm là nguyên liệu có 2 vòng của nhóm camphane (bornane) Nếu thêm vào đầu khác của olefin, sẽ tạo thành nguyên liệu 2 vòng của nhóm pinane Điều đáng chú ý là cấu trúc này chứa vòng 4 thẳng Đây là chất được ưu tiên thêm vào, nhưng bị mất năng lượng khi hình thành hệ vòng thẳng Vòng thẳng trong sườn pinane là nhân tố quan trong để tạo hình pinane Sự khử proton từ pinyl cation (2.16) có thể xảy ra ở 1 trong 2 hướng tạo thành 2 pinene đồng phân như trình bày ở hình 2.6

Hình 2.6: Những nhóm monoterpenoid phổ biến nhất được hình thành từ geranyl

pyrophosphate

Tên in nghiêng là loại khung sườn

Vòng thẳng ở giai đoạn này trong quá trình sinh tổng hợp cũng có thể làm giảm bằng phương pháp bố trí lại để làm hệ thống ít thẳng hơn Sự thêm nước, tiếp theo là sự oxy hóa, tạo thành ketone, fenchone

Tương tự, bornyl carbocation (2.17) có thể phản ứng với nước để tạo borneol và chất này có thể bị oxy hóa thành camphor, mùi đặc trưng của gỗ long não Sườn

isocamphane được hình thành bởi phương pháp bố trí lại bornyl carbocation

được hình thành ban đầu là dạng trans, nhưng liên kết 2,3 là 1 phần của hệ thống allylilc carbocation và do đó nó có thể đồng phân hóa thành dạng cis Sự đóng vòng đầu tiên có thể xảy ra ở 1 trong 2 liên kết xa hơn và với liên kết ở 1 trong 2 dạng cis hoặc trans Hình 2.7 trình bày một số con đường có thể của liên kết 2,3 dạng cis và sự đóng vòng đầu tiên

xảy ra ở liên kết 6,7 Sự đóng vòng này tương tự với sự tạo vòng của geranyl cation để

tạo sườn p-menthane, và sản phẩm, sườn bisabolane, tương tự với sườn p-menthane,

được kéo dài bằng cách thêm 1 đơn vị isoprene vào đuôi isopropyl của nó

Đầu tiên, theo con đường trình bày ở phía trái hình 2.7, các electron của liên kết đôi ở đầu có thể bị bẫy bởi carbocation để tạo sườn cuparane Carbocation ban đầu hình thành trong chuỗi này là phụ vì thế ít bền hơn ion tạo ra nó Sự tách 1 hydrogen từ carbon bậc 4 của vòng 6 dẫn đến 1 carbocation bậc 4 bền hơn Sự thay đổi carbon 1,2 có thể xảy

ra để tạo 2 vòng 6 của nhóm chamigrane Sự thay đổi thêm carbon 1,2 sau đó tạo thành sườn thujopsane

Tiếp theo, như trình bày ở phần bên phải hình 2.6, bisabolane carbocation ban đầu

có thể bị giữa bởi liên kết đôi trên vòng, tạo thành sườn campherenane Tên này gây chú

ý đến sự kiện là sườn tương tự với dòng camphane của monoterpenoid, có thêm 1 đơn vị gắn với 1 trong các nhóm methyl trên cầu nối carbon Sự bố trí lại carbocation này tạo

sườn -santalane, trong khi sự khử protein vòng trans, tạo nhóm -sanlatane

Khả năng thứ 3 được trình bày trong hình 2.7 là sự thay đổi hydrogen 1,2 để tạo bisabolane có trung tâm cation ở vòng 6 Carbocation này bị giữ bởi đầu olefin tạo sườn acorane Tiếp theo carbocation bị giữ bởi liên kết đôi còn lại, tạo sườn cedrane Sự thay đối lần lượt carbon 1,2 tạo sườn cho nhóm khusane của sesquiterpenoid

Hình 2.7: Sesquiterpenoid từ cis,trans-farnesyl pyrophosphate khi đóng vòng ở liên kết

đôi 6,7

2.5.2 Sesquiterpenoi từ cis,trans-farnesyl pyrophosphate khi đóng vòng ở liên kết

đôi 10,11

Khi carbocation hình thành từ sự phân giải enzyme của cis,trans-farnesyl

pyrophosphate phản ứng với liên kết đôi 10,11, 1 vòng 11 được tạo thành, tạo ra nhóm

cis-humulane như trình bày ở hình 2.8 Humulane carbocation liên kết với liên kết đôi 2,3

tạo thành sườn caryophyllane [13] Đây là hệ thống 2 vòng rất đáng chú ý vì nó chứa 2

vòng căng, 1 vòng 4 và 1 vòng 9, khớp với nhau Vả lại, vòng 9 chứa 1 liên kết đôi trans

Cấu trúc kiểu phân tử này sẽ tạo một minh chứng sống động về số lượng vòng căng ở nhóm caryophyllene Sức căng này có ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính của chúng

Tên in nghiêng là loại khungsườn

Hình 2.8: Sesquiterpenoid từ cis,trans-farnesyl pyrophosphate khi đóng vòng ở liên kết

đôi 10,11 Cis-humulane carbocation có thể trải qua sự thay đổi hydrogen 1,3 để tạo thành 1

carbocation (2.18), mà sau đó có thể liên kết với liên kết đôi 6,7 để tạo sườn

himachalane Liên kết carbocation này với liên kết đôi tạo thành sườn longibornane và sự thay đổi carbon 1,2 sau đó tạo thành longifolane

2.5.3 Sesquiterpeniod từ trans,trans-farnesyl pyrophosphate

Sesquiterpenoid carbocation (2.19) trong đó tất cả liên kết đôi đều ở dạng trans, có thể thêm vào liên kết đôi 10,11, hoặc ở carbon 11 để tạo trans-humulane hoặc ở carbon

10 để tạo sườn germacrane, như trình bày ở hình 2.9 [13] Khả năng thứ 3 là chèn vào trong liên kết 10,11 để tạo vòng cyclopropane Trong trường hợp này, sức căng vòng ở

vật liệu tổng hợp có thể được giảm nhẹ bằng sự đóng vòng trans để tạo sườn

bằng 1 trong 2 sự đóng vòng 1 tạo thành hệ thống 5,7 của sườn guaiane và 1 tạo thành hệ thống 6,6 của eudesmane Sườn guaiane có thể trải qua sự đóng vòng trans để tạo thành sườn α- hoặc β-patchoulane Chất thứ nhất sau đó có thể chịu thêm sự chuyển hóa carbon 1,2 để đầu tiên tạo thành patchouliol và sau đó là hệ thống vòng seychellene Hình 2.9 cũng trình bày các chất oxy hóa khác nhau có thể xảy ra ở loạt eudesmane và thậm chí, với khuôn chính xác, cấu trúc vòng eudesmane có thể sắp xếp lại thành sườn vetispirane

Hình 2.9: Sesquiterpenoid từ trans,trans-farnesyl pyrophosphate

Tên in nghiêng là loại khung sườn

pyrophosphate Do đó, tương tự với phản ứng tạo vòng ở monoterpenoid và sesquiterpenoid trong đó cation ban đầu được tạo thành ở đuôi của phân tử Trong dòng diterpenoid, có 2 phương pháp khởi đầu sự dóng vòng, lần này bắt đầu ở đầu của phân tử

Ở loại phản ứng này liên kết đôi ở đầu xa nhóm pyrophosphate của phân tử được chức năng hóa vì thế 1 carbocation có thể được tạo ra ở nguyên tử carbon 15 Ví dụ, liên kết đôi giữa carbon 14 và 15 có thể bị epoxy hóa Sự thêm proton của epoxyde (2.20) sẽ hình thành ion oxonium Ion này sẽ trải qua quá trình mở vòng, đưa nhóm alcohol tổng hợp đến carbon 14 và tích điện trên carbon 15 Điều này tạo ra 1 carbocation bậc 4 bền hơn ion bậc 2, sẽ được hình thành nếu vòng mở ở 2 hướng ngược nhau Sản phẩm (2.21) với rượu bậc 2 và carbocation bậc 4 được trình bày ở hình 2.10 Tiếp theo phản ứng chuyển hóa liên quan đến nhiều liên kết đôi với sự hình thành hệ vòng decalin, được tìm thấy trong sườn labdane, cũng trình bày ở hình 2.10

Hình 2.10: Sự hình thành sườn labdane và cembrane của terpenoid

Tên in nghiêng là loại khung sườn

2.7 Triterpenoid và steroid

Trước đây ta chỉ thấy những chuỗi terpenoid dùng nối đầu - đuôi Ở triterpenoid

và tetraterpenoid, ta cũng thấy chuỗi chứa kiểu đuôi - đuôi, trình bày ở hình 2.11 Sự bố trí lại allylic của farnesyl pyrophosphate (2.13) (tiền chất của sesquiterpenoid) tạo nerolidyl pyrophosphate (2.22) trong đó chức năng oxy hóa giờ đây ở trên carbon 3 và liên kết đôi di chuyển đến vị trí đầu Sự thay thế nucleophilic của nhóm pyrophosphate của đầu liên kết đôi của nerolidyl pyrophosphate kết quả là sự hình thành liên kết giữa carbon đuôi của 2 đơn vị C15 Phản ứng xảy ra liên quan đến sự thay đổi đồng thời hydride 1,2 trong chuỗi nerolidyl [13], như thấy ở hình 2.11

Alyllic pyrophosphate (2.23) hình thành từ phản ứng trên, sau đó phản ứng với TPN-H Đây là 1 coenzyme tương tự với NADPH và, giống như NADPH, đóng vai trò như chất cho hydride anion Hydride ion thêm vào để hình thành liên kết đôi mới, đổi chỗ trực tiếp với nhóm pyrophosphate, mà sau đó mất đi bằng cách phân cắt liên kết carbon-oxygen để tạo thành squalene Squalene là 1 triterpenoid hydrocarbon chứa 6 liên kết đôi

và 1 liên kết đuôi-đuôi ở trung tâm phân tử Nó được tìm thấy rộng rãi trong tự nhiên, đặc biệt là trong dầu gan cá mập

Squalene rất quan trọng trong tự nhiên vì nó là tiền chất của steroid, 1 nhóm các phân tử đóng vai trò như hormone ở đông đảo sinh vật Sự hình thành khung steroid từ mono - epoxyde squalene được trình bày ở hình 2.12

Squalene được epoxyde hóa có chọn lọc, dưới sự điều khiển enzyme để tạo thành

1 epoxyde đơn ở cuối mỗi phân tử Sự thêm proton vào epoxyde bắt đầu 1 chuỗi phản ứng đồng bộ, được biết như là phản ứng thác nước (cascade), liên quan đến sự tạo vòng qua 4 của 5 phân tử vẫn giữ nguyên các liên kết đôi Kết quả là hệ thống vòng đặc trưng 6,6,6,5 của sườn steroid [4] Các trung tâm phản ứng trong phản ứng đóng vòng nằm tất

cả trên 1 sự sắp xếp trans-anti quanh mặt phẳng và xác định đặc tính không gian của hệ thống steroid Hình 2.12 cho thấy lanosterol cũng là 1 trong những sản phẩm đầu tiên của quá trình sinh tổng hợp steroid Lanosterol, như tên gọi của nó cho thấy, được tìm thấy ở lanolin, dầu ở trong len cừu Sự chuyển hóa sinh học thêm nữa tạo thành các steroid khác như cholesterol, 1 steroid có tiếng về vai trò trong bệnh tim

Hình 2.11: Sự hình thành sườn squalene

Hình 2.12: Sự hình thành các sterol từ sườn squalene

Triterpenoid và steroid

2.8 Tetraterpenoid và carotenoid

Giống như farnesyl pyrophosphate có thể bị đồng phân hóa thành nerolidyl pyrophosphate, geranylgeranyl pyrophosphate (2.14) cũng có thể bị đồng phân hóa thành geranyllinalyl pyrophosphate (2.24) Sự kết hợp geranylgeranyl pyrophosphate với geranyllinalyl pyrophosphate, trong 1 phản ứng tương tự như thế giữa farnesyl pyrophosphate và nerolidyl pyrophosphate, tạo 1 cấu trúc 40 carbon với liên kết đuôi-đuôi ở trung tâm Ở squalene, liên kết trung tâm vẫn chưa bão hòa nhưng ở tetraterpenoid, nó được dehydrogen hóa thành phytoene như trình bày ở hình 2.13 [13]

Hình 2.13: Sự hình thành sườn caroteinoid

Sự tạo vòng 6 ở cuối mỗi chuỗi tetraterpenoid tạo thành khung sườn carotenoid Các carotenoid tạo thành 1 nhóm terpenoid tự nhiên quan trọng Nét đặc trưng nổi bật nhất của carotenoid là số lượng liên kết đôi chúng chứa và sự kết hợp dài hơn của những chất này làm tăng phổ hấp thu trong vùng thấy được Chắc chắn carotenoid quan trọng

carotenoid

bày 2 sắc tố carotenoid Đầu tiên là hydrocarbon β-carotene Sắc tố này chịu trách nhiệm

về màu sắc của carrot và tìm thấy ở nhiều nguồn tự nhiên khác ví dụ như cỏ Phân cắt liên kết trung tâm tạo thành 2 phân tử retinol và vì thế β-carotene được dùng trong hệ thống sinh học để tích trữ retinol màu nhạt hơn Astaxanthin là 1 carotenoid bị oxy hóa Màu hồng nhạt của nó chịu trách nhiệm về sắc đỏ đặc trưng của thịt cá hồi

Sự điều hòa sinh tổng hợp terpenoid rất phức tạp, phần lớn là do hoạt động chuyển hóa đa dạng cua nhóm chức này và sự điều khiển có khác biệt rất lớn cả về thời gian lẫn địa điểm thông qua quá trình phát triển của thực vật Nhìn chung, sự điều hòa sinh tổng hợp terpenoid rơi vào 2 loại, điều hòa theo không gian và điều hòa theo thời gian

2.9.1 Điều hòa theo không gian

 Điều hòa theo không gian – các mô và tế bào đặc trưng

Sự sinh tổng hợp terpenoid có thể được phân định bởi cấu trúc vật lý ở mức độ

mô, tế bào và dưới tế bào (Douglas J McGarvey & Rodney Croteau, 1995) [6] Nhiều terpenoid kị nước được sản xuất và tích lũy ở nơi có cấu trúc tiết đặc trưng Ở các cây có quả hình nón là hệ thống ống và vết phồng (Penhallow, 1907; Fahn, 1979) (theo [6]), và tính phức tạp của hệ thống này gần như song hành với năng lực sản xuất monoterpene Ở

những loài có quả hình nón như Thuja plicata (tuyết tùng đỏ miền Tây), chỉ chứa rải rác

các tế bào resin, mức độ monoterpene nội bào thấp, là do hoạt động của monoterpene cyclase (Lewinsohn và cộng sự, 1991) (theo [6]) Những loài có có trúc tiết phức tạp hơn,

từ vết phồng resin của loài Abies (cây linh sam) đến các ống resin ở Picea (cây vân sam)

và ống dẫn resin ở Pinus (cây thông), mức độ monoterpene và monoterpene cyclase nội

bào tương ứng tăng tương tự mức độ đặc trưng (Lewinsohn và cộng sự, 1991) (theo [6])

Ở các cây hạt kín tạo mức độ monoterpene, sesquiterpene, hoặc diterpene cao, cơ

chế sinh tổng hợp độc lập với cấu trúc tuyến đặc trưng Ở loài Mentha monoterpene chủ

yếu được tạo ra ở các tuyến lông của lá (Fahn, 1979; Gershenzon và cộng sự, 1989) (theo [6]) Những lông này được biến đổi từ các lông biểu bì bao gồm cụm các tế bào tiết, bên dưới là tế bào biểu mô và cuống, phủ lên một giọt tinh dầu bao bọc bởi lớp cutin Mạch nhựa mủ tượng trưng cho loại tế bào đặc trưng khác liên quan đến việc tạo ra các terpenoid như cao su

Sự sinh tổng hợp các terpenoid khác thường bị hạn chế ở các mô đặc trưng [6]

Monoterpene linalool, lôi cuốn côn trùng thụ phấn cho Clarkia breweri được tổng hợp

chủ yếu ở cánh hoa (Pichersky và cộng sự, 1994) (theo [6]) Caroternoid được tạo ra

trong sắc lạp ở trái hồ tiêu đỏ chín (Capsicum annuum) (Camara và Brangeon, 1981)

(theo [6]) Sự sinh tổng hợp các monoterpene làm làm vết thương và acid diterpene resin

ở cây có quả hình nón được phân bố ở gần vết thương Ở một số loài, sự tạo thành vết thương dẫn đến sự hình thành “các ống resin do chấn thương” gần vị trí vết thương (Blanchette, 1992) (theo [6])

 Điều hòa theo không gian – dưới tế bào

Sự định vị dưới tế bào ở giai đoạn sớm sinh tổng hợp terpenoid tạo ra isopentenyl pyrophosphate (IPP) Trong khi một mô hình tổ chức tổng hợp IPP ở mỗi ngăn dưới tế bào được tận dụng, một mô hình cạnh tranh duy trì tổng hợp IPP độc quyền trong cytosol được phân riêng với các vị trí khác (Gray, 1987; Kleinig, 1989) (theo [6]) HMG-CoA reductase được xem là một nhân tố điều hòa quan trọng bước vào quá trình sinh tổng hợp IPP, được xác định ở cả lạp thể và ti thể của cây củ cải (Bach, 1986, 1987) (theo [6]),

mặc dù enzyme tổng hợp của Arabidopsis được xem là chỉ có ở mạng lưới nội chất

Nguồn gốc của IPP có thể khác ở các loại mô và các giai đoạn phát triển Một nghiên cứu phát triển lục lạp lúa mạch khẳng định, trong khi các lục lạp của mô trẻ có thể tổng hợp IPP, các mô lá trưởng thành chỉ nhận IPP từ cytosol (Heintze và cộng sự, 1990) (theo [6]) Mặt khác, ở các tuyến lông tách tử cây bạc hà cay, sự hình thành IPP ở cytosol bị cản trở bởi HMG-CoA reductase tại thời điểm tích lũy tinh dầu nhanh nhất Do đó, sự sinh tổng hợp cả monoterpene lẫn sesquiterpene đều dựa trên sự ngăn cách các lạp thể từ IPP (McCaskill và Croteau, 1995) (theo [6]) Không chắc chắn là mô hình nguồn gốc IPP

có thể áp dụng cho tất cả các mô và các trạng thái phát triển hay không Đánh giá đầy đủ tương tác và đóng góp giữa các thành phần dưới tế bào cung cấp tiền chất cho sự chuyển hóa terpenoid bằng phép đo dòng chảy chính xác ở mỗi vị trí

Trái ngược với giai đoạn sớm chưa được hiểu rõ trong sinh tổng hợp terpenoid, các vị trí ở các bước tiếp theo rất rõ ràng [6] Sự tổng hợp farnesyl pyrophosphate (FPP) (Belingheri và cộng sự, 1988; Feron và cộng sự, 1990; Hugueney và Camara, 1990) (theo [6]) và các dẫn xuất sesquiterpene của nó (Gleizes và cộng sự, 1980; Belingeri và cộng

sự, 1988) (theo [6]) xảy ra ở cytosol và vị trí tiếp giáp cytosol/mạng lưới nội chất, cũng tương tự khi tổng hợp triterpene, bao gồm cả phytosterol (Goodwin, 1979) (theo [6])

Tuy nhiên, đối với monoterpene, các lạp thể là nơi tổng hợp Sự sinh tổng hợp

geranyl pyrophosphate (GPP) được xác định là ở lạp thể của Vitis vinifera (Feron và cộng

sự, 1990) (theo [6]) Vô sắc lạp tách từ trái Citrofortunella mitis và Citrus unshiu có thể

sinh tổng hợp monoterpene (không tổng hợp sesquiterpene) từ IPP (Gleizes và cộng sự,

1983) (theo [6]) Sắc lạp tách từ hoa thủy tiên vàng và trái Citrus sinensis có khả năng

hình thành monoterpene tương tự Nghiên cứu 45 loài thực vật bậc cao cho thấy mối

và Carde, 1985) (theo [6]) Enzyme monoterpene cyclase limonene synthase có mặt đặc trưng ở vô sắc lạp của tế bào tuyến tiết của cây bạc hà [6]

Diterpene cũng được tổng hợp ở các lạp thể Hoạt động của geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP) được xác định trong các lạp thể non của hạt thầu dầu (Dudley và cộng sự, 1986) (theo [6]) và trong chất nền của sắc lạp hoa thủy tiên vàng (Laferriere và Beyer, 1991) (theo [6]) Enzyme được tinh sạch một phần từ sắc lạp trái cà chua (Dogbo

và Camara, 1987) (theo [6]) và tinh sạch hoàn toàn từ sắc lạp của C annuum và chất nền của hoàng lạp của cây mù tạt Sinapis alba (Laferriere và Beyer, 1991) (theo [6]) GGPP

synthase được xác định trực tiếp ở chất nền của các lạp thể bằng phương pháp hóa học miễn dịch tế bào (immunocytochemical method)

Hoạt tính cyclase (chịu trách nhiệm chuyển hóa GGPP thành casbene) được kết

hợp với lạp thể non của hạt thầu dầu (Dudley và cộng sự, 1986) (theo [6]) Hoạt tính

ent-kaurene synthase (xúc tác giai đoạn sớm sinh tổng hợp gibberellin GA) được kết hợp với lục lạp (Sun và Kamiya, 1994) (theo [6])

Carotenoid và chlorophyll được tổng hợp trong lục lạp [6] Prenylquinone và tocopherol cũng được sinh tổng hợp trong lục lạp Ty thể độc lập sinh tổng hợp ubiquinone từ IPP (Lutke-Brinkhaus và cộng sự, 1989) (theo [6]) Sự hình thành ubiquinone và plastoquinone cũng xảy ra ở các tiểu thể, trong bộ máy Golgi (Swiezewska

và cộng sự, 1993) (theo [6])

Tóm lại, có ít nhất ba thành phần dưới tế bào là nơi độc lập sinh tổng hợp terpenoid [6]:

Cytosol/mạng lưới nội chất sinh tổng hợp sesquiterpenoid và triterpenoid;

Các lạp thể sinh tổng hợp monoterpenoid, diterpenoid và tetraterpenoid (cũng như thành phần prenyl của chlorophyll, plastoquinone, và tocopherol)

Ti thể (hoặc bộ máy Golgi) sinh tổng hợp ubiquinone

Điều khiển sinh tổng hợp những nhóm terpenoid này có thể kết hợp cách ly vật lý các enzyme của con đường đặc biệt và tốc độ sản xuất tiền chất cơ bản (IPP) bên trong mỗi thành phần hoặc sự cách ly IPP giữa các thành phần dưới tế bào Ví dụ, ở tuyến lông của cây bạc hà cay, con đường mevalonate trong cytosol bị ngăn cản bởi HGM-CoA reductase, vì vậy IPP được tạo ra riêng trong sắc lạp Mặc dù cytosol có khả năng hình thành mức độ cao sesquiterpene, được đánh giá qua thí nghiệm hoạt tính prenyltransferase và cyclase, sản phẩm sesquiterpene bị giới hạn do cách ly IPP khỏi các