Zobrazení zdroje stránky Biochemie:Isoprenoidy


= Isoprenoidy =

Isoprenoidy jsou druhým typem lipoidních přírodních látek (vedle lipidů). Teoreticky jsou odvoditelné od '''isoprenu''', tedy 2-methylbuta-1,3-dienu. Čistý isopren se ale v přírodě téměř nevyskytuje, v přírodě je pouze ve formě isopentenylového zbytku (CH<sub>2</sub>=C(CH<sub>3</sub>)CH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>R).
Nemůžeme tedy isoprenoidy reálně od isoprenu odvodit, jsou mu pouze podobné. Isoprenoidy dělíme na '''terpeny''' a na '''steroidy''' (což jsou vlastně látku od terpenů odvozené).

== Terpeny ==

Terpeny jsou charakteristické tím, že ve své struktuře mají pouze atom C a H. Terpenoidy, tedy terpenům podobné látky obsahují mimo tyto ještě atom kyslíku. Struktura terpenů vzniká spojováním „hlavy“ a „paty“ '''isoprenů'''. Mohou tedy nastat 3 typy spojování.
[[Soubor:spojovani_isoprenu.png|left|''spojování isoprenu'']]
<br style="clear: both;" />
Terpeny se nejčastěji vytváří '''cykloadicí''', což znamená, že rozpadem dvojných vazeb dochází k vytvoření kruhu. Vytvořením nové molekuly terpenu tedy dochází k zániku 2 dvojných a vytvoření 2 nových vazeb. Dobře je to vidět na vzniku molekuly Limonenu. Šipkou jsou označeny nově vzniklé vazby.
[[Soubor:vznik_limonenu.png|left|''vznik limonenu'']]
<br style="clear: both;" />
Terpeny nemusí všechny vznikat cykloadičním mechanismem, jsou i necyklické terpeny. Terpeny mohou obsahovat karbonylovou i karboxylovou skupinu. Podle počtu isoprenových molekul potřebných pro vytvoření daného terpenu je rozdělujeme na '''monoterpeny''' (2 isoprenové jednotky, 10 C), '''seskviterpeny''' (3 isopreny, 15 C), '''diterpeny''' (4 isopreny, 20 C), '''triterpeny''' (6 isoprenů, 30 C), '''tetraterpeny''' (8 isopreny, 40 C) a '''polyterpeny'''. Není bez zajímavosti, že se terpenům věnoval i švýcarský chemik slovanského původu Leopold Růžička, který dostal Nobelovu cenu za syntézu mužských pohlavních hormonů.


=== Výskyt terpenů ===

Přednostně jsou obsaženy v rostlinách, obsaženy jsou v květech, listech, plodech i v dalších orgánech rostlin. Slouží k odpuzování býložravců. Mezi terpeny patří také '''silice''', konkrétně řečeno jsou to směsi monoterpenů. Jinak se jim říká éterické oleje. Jsou těkavé, prchavé s nízkou T<sub>V</sub>, jsou intenzivně cítit a pěkně voní. Obecně jsou to hydrofobní látky. Při poranění rostliny silice vytékají na povrch, na vzduchu oxidují a mění se na '''pryskyřice''', čímž ochraňují strom před bakteriální či houbovou infekcí.<br />
Směsi čistých silic s pryskyřicí se používají jako '''balzámy'''. Silice se získávají z přírodních látek destilací. Využívá se i tuhý zbytek, který v destilační aparatuře zbude, a to jako '''kalafuna'''. Silice se jinak používají jako léčiva proti respiračním onemocněním nebo jako koření.
{| class="wikitable"
|-
! silice
! rostlina

|-
| Mátová
| Máta peprná
|-
| Kafrová
| Kafrovník
|-
| Citrónová
| Citroník
|-
| Eukalyptová
| Blahovičník
|-
| Levandulová
| Levandule
|-
| Terpentýnová
| Borovice
|-
| Hřebíčková
| Hřebíčkovec
|}

=== Získávání ===

1.	'''extrakcí''' s nepolárním rozpouštědlem (většinou éter) se získávájí terpeny z rostlinného materiálu. Následně se provádí destilace.<br />
2.	'''destilace''' s vodní parou se používá díky tomu, že běžná destilace není možná kvůli jejich značné nestabilitě.

=== Monoterpeny ===
[[Soubor:Mentol.png|thumb|250 px|left|''Mentol'']]
'''Mentol''' je mátová silice, která se používá na aromatizování zubních přípravků, bonbonů či mastí. Má také baktericidní účinky. U většiny složitějších látek obsažených v živých soustavách platí, že mají koncovku nějaké funkční skupiny, zde to je hydroxy skupina.
<br style="clear: both;" />
[[Soubor:Pinen.png|thumb|250 px|left|''Pinen'']]
'''α- β- Pinen''' je jinak označována jako terpentýnová silice. Původem je z borovice (Pinus). Jelikož se jím dají rozpouštět olejové barvy, používá se v nábytkářském průmyslu. Při jeho destilaci dochází ke vzniku '''kalafuny''' (ta zvyšuje odpor smyčců vůči strunám), vyrábí se z něj laky a mohou se jím spařovat i prasata při zabíjačce – v horké vodě se rozpouští kalafuna a získává tím karboxylovou skupinu a tím i kyselý charakter, který odstraní chlupy. Pinen zahřátý nad T<sub>T</sub> (120°C) se používá i při pájení na očištění pájené plochy díky jeho kyselým vlastnostem.
<br style="clear: both;" />
[[Soubor:Kafr.png|thumb|250 px|left|''Kafr'']]
'''Kafr''', který je hlavní složkou kafrové silice je bílá krystalická látka používaná v lékařství na výrobu '''celuloidu'''. Ten dostává přidáním kafru plastický charakter.
<br style="clear: both;" />
[[Soubor:limonen.png|thumb|250 px|left|''limonen'']]
'''Limonen''' je přítomen cévičitých nádržkách citrusových plodů.
<br style="clear: both;" />
[[Soubor:kantaridin.png|thumb|250 px|left|''kantaridin'']][[Soubor:puchyrnik_lekarsky.png|thumb|250 px|right|''puchýřník lékařský'']]
'''Kantaridin''' je vysoce toxický terpen, který vytváří brouk puchýřník lékařský. Letální dávka (LD) je rovna 30 mg. Při nižším množství funguje jako afrodiziakum '''„španělské mušky“'''.
<br style="clear: both;" />
Další monoterpen je silice '''myrcen''', silice jalovce.<br />

=== Seskviterpeny ===
[[Soubor:Humulen.png|thumb|250 px|left|''Humulen'']]
'''Humulen''' je terpen vyskytující se v chmelu otáčivém. Podílí se na složení lupulínu, což je látka, která se získává ze žláz na chmelu a jeho charakteristická hořká chuť ochucuje právě pivo. Zároveň má desinfekční účinky, především humulen zabíjí kvasinky.<br />
<br style="clear: both;" />
'''Azulen''', silice heřmánku, se používá jako desinfekční mast na oči. <br />
'''Kyselina Abscisová''' je fytohormon, který navozuje dormanci. Je produkována zejména stárnoucími listy.

=== Diterpeny ===
[[Soubor:retinol.png|thumb|250 px|left|''retinol'']]

'''Retinol''' je pro lidský organismus vitamínem A. Patří mezi lipofilní vitamíny. Jeho provitamínem je β-Karoten, který se štěpí na dva retinoly. Jeho nedostatek se projevuje šeroslepostí až slepotou. V organismu se totiž retinol mění na retinal (karbonylová skupina za hydroxy skupinu), a tento je součástí '''očního purpuru''', '''rhodopsinu'''. Je vsazen dlouhou hydrofobní částí své molekuly do tyčinek. Po osvícení světla dochází k změně isomerie a vazba 11 se přemění cis na trans.
<br style="clear: both;" />
[[Soubor:stepeni_beta_karotenu.png|thumb|400 px|left|''stěpení β-karotenu'']]
<br style="clear: both;" />
'''Fytol''' je součástí chlorofylu, váže se na porfinové jádro s centrálním atomem Mg2+ esterovou vazbou. Chlorofyl se vyskytuje v membránách tylakoidů, kde zachycuje fotony ze slunce a umožňuje tak fotosyntézu. V tylakoidní membráně je ukotven právě dlouhým nepolárním řetězcem, fytolem.

=== Triterpeny ===

'''Skvalen''' je meziproduktem biochemických reakcí, jako definitivní produkt se nachází v játrech žraloků. Systematicky se od skvalenu odvozují steroidy. Právě z žraločích jater (například u ostrouna) se vyrábí '''steroidy'''.

=== Tetraterpeny ===

Mezi tetraterpeny patří '''karotenoidy''', které jsou uložené v membráně plastidů a pomáhají fotosyntéze. Jsou rozpustné v tucích. Fungují jako '''chromatofory''', mají na svém dlouhém řetězci systém konjugovaných dvojných vazeb. Jejich barvy mohou být žluté, oranžové až červené. Žlutá barviva se jmenují '''lutein''' a '''xantofyl''' a vyskytují se v listech, na opeření kanárků, v pampeliškách. Jsou to oxidační produkty z karotenů. Červené barvivo je '''lykopen''' a vyskytuje se v rajčatech.<br />
Oranžová barviva jsou '''karoteny''' (α, β, γ) a vyskytují se v mrkvi, v šípcích a v másle. β Karoten je skutečně oranžové barvivo, neboť právě oranžovou část spektra není schopen absorbovat a pouze ji odráží. Naopak absorbuje zelenomodré spektrum (450 – 500 nm), čímž napomáhá fotosyntéze. Je to také '''provitamín A'''.
Dvojné vazby se mohou bromací adovat, čímž na nich probíhají barvené změny a zmenšuje se či úplně narušuje systém konjugovaných vazeb. Důkaz toho je možný při reakci Lykopenu (rajčatové šťávy) se Savem (NaClO), který se rozkládá na NaCl a atomární kyslík.

=== Polyterpeny ===

Jsou jinak označovány jako '''kaučuky'''. Mohou mít dvě formy geometrického uspořádání. Cis-polyisopreny jsou přírodní kaučuky, přítomny v '''latexu''' a původem z kaučukovníku. Nařezáváním kmene dochází k vytékání latexu, který se po reakci s kyselinou vysráží za vzniku přírodního kaučuku. Kaučuk znali již Indiáni (hráli fotbal s divnou kulatou věcí z kaučuku). Jsou to přírodní makromolekulární látky a chovají se jako '''Elastomery''', jsou tedy kupodivu elastické.<br />
'''Charles Goodyear''' vynalezl '''vulkanizaci'''. Vycházel z faktu, že kaučuk lze velmi snadno zoxidovat a tím dochází k jeho zpuchření a nepůsobí tak nadále jak má. Vulkanizací se kaučuk zpracovává na '''pryž'''. Roztopený přírodní kaučuk se mísí s práškovou sírou. Aby docházelo ke kompletní adici a 100% spojení molekul Sírou navázanou vodíkovými můstky, musím přidat k kaučuku 25 až 30% S. Takováto síra ale již není plastická a jmenuje se '''Ebonit'''. Od ní se odvozují syntetické kaučuky (Polyisopren, Butadien-styrenový kaučuk, polychoropren) a mají i podobné využití.
[[Soubor:vulkanizace.png|550 px|left|''vulkanizace'']]
<br style="clear: both;" />
Dalším typem polyterpenů je '''Gutaperča'''. Jeho název je odvozen od stromů roku gumojilm či perčovník, kteří produkují zaschlou mlékovitou šťávu. Není tak pružný jako kaučuk. Používal se na výrobu izolantů v elektrotechnice, na výrobu golfových míčků. Dnes se používá v lékařství, především v stomatologii na provizorní vyplnění závažně poškozených zubů (resp. zubních kanálků).

== Steroidy ==
[[Soubor:steran.png|thumb|250 px|left|''steran'']]
Jsou podobně jako Terpeny přírodní sloučeniny, jsou to vlastně jejich deriváty, deriváty skvalenu. Jsou odvozeny od '''steranu''', tedy cyklopentanoperhydrofenantrenu.

<br style="clear: both;" />

== Steroly ==

Obsahují funkční skupinu –OH (je vidět již z názvu sterOL), která leží nejčastěji na 3 uhlíku. Dělíme je na '''fytosteroly''' a na '''zoosteroly'''. Původně to jsou pouze fytosteroly, ale do živočichů se dostali právě díky pozření rostlin. Rostlinný '''ergosterol''' je častý v kvasinkách a hraje roli ve fyziologii rostlin. Pro živočichy je to (provit. D<sub>2</sub>), který se účinkem UV-záření rozpadá (štěpí se celý steranový blok) na pro živé soustavy důležitý '''ergokalciferol''', který funguje jako vitamín D<sub>2</sub>. Jeho nedostatek působí v dětství '''rachitis''' (křivici) a v dospělosti '''osteomalacii'''. V metabolismu totiž podporuje reverzní resorpci Ca<sup>2+</sup> a P. Obecně jsou 7-dehydrosteroly provitamíny D a UV zářením z nich vznikají kalciferoly, tedy souhrnně vitamíny D.
[[Soubor:vznik_kalciferolu.png|thumb|600 px|left|''vznik ergokalciferolu'']]
<br style="clear: both;" />

celá reakce ještě ale nekončí. Obvykle dochází k sérii samovolných změn v prostorovém upořádání, doplněné o změnu struktury, tak aby odpovídala vazebným úhlům. Celé je to dobře vidět na ozáření 7-dehydrocholesterolu UV zářením za vzniku vitamínu D3 cholekalcoferolu.
[[Soubor:ozareni_7_dehydrocholesterolu.png|left|''ozáření 7-dehydrocholesterolu'']]
<br style="clear: both;" />

[[Soubor:cholesterol(2).png|thumb|250 px|left|''cholesterol'']]
Dalším známým sterolem je i '''cholesterol'''. Ten je živočišného původu. Vyskytuje se ve všech tkáních, denně se ho nesyntetizuje asi 1 g, minimální obsah v těle je 100 g. Je důležitý pro syntézu dalších steroidů. Podílí se na stavbě buněčných membrán s fosfolipidy, dává jim heterogenitu. Vyskytuje se hodně v mozku, míše, v cévách ale i v žlučových kamenech. Působí při vysoké koncentraci '''aterosklerózu'''. V buňkách může být buď jako alkohol, nebo vázaný přes esterovou vazbu. 
<br style="clear: both;" />

=== Žlučové kyseliny ===
[[Soubor:kyselina_chollova.png|thumb|250 px|left|''kyselina chollová'']]
Obsahují několik karboxylových skupin. Jsou syntetizovány v játrech z cholesterolu a dále jsou z jater posílány do žlučníku, kde se z nich stanou soli a tvoří žluč. Jejich význam spočívá v emulgaci tuků. Tuky v trávící soustavě mají tendenci držet navzájem pohromadě, a tak lépe odolávat lipázám. Žluč, která se do procesu trávení zapojuje v tenkém střevě tyto „tukové koule“ rozštěpí na malé tukové kapičky, které již není problém zpracovat lipázami. Nejčastější žlučovou kyselinou je kyselina '''chollová'''. Další kyseliny jsou většinou její deriváty (deoxychollová – oproti chollové jí chybí hydroxi skupina v 7 pozici, glykochollová obsahuje místo COOH skupinu –CO-NH-CH<sub>2</sub>-COOH nebo taurochollová, která má místo COOH skupinu –CO-NH-CH<sub>2</sub>-CH<sub>2</sub>-SO<sub>3</sub>H).
<br style="clear: both;" />

=== Steroidní hormony ===

Dělíme podle účinku na '''pohlavní hormony''' (produkují je gonády) a na '''kortikoidní hormony''' (produkuje je cortex, neboli kůra nadledvinek). Oba druhy hormonů se používají především v lékařství.<br />
[[Biochemie:Hormony#Steroidn.C3.AD_hormony|Pohlavní hormony]] <br />
Sem patří především '''testosteron''', který ovlivňuje růst a vývoj pohlavních orgánů a určuje sekundární pohlavní znaky. Testosteron se také podílí na řízení anabolismu bílkovin. Dalším pohlavním hormonem jsou '''estrogeny''' (Estradiol, estron) a '''gestageny''' (progesteron). Obě pohlaví mají tytéž hormony, pohlaví znaky určuje jen jejich % zastoupení.<br />
[[Biochemie:Hormony#Steroidn.C3.AD_hormony|Kortikoidní hormony]] <br />
Tyto hormony dělíme na 2 typy: '''glukokortikoidy''' a '''mineralokortikoidy'''. Nejvýznamnějším glukokortikoidem je '''kortizol'''. Ten přispívá k udržení hladiny glukózy v krvi, má příznivý účinek na léčení zánětů a ve vyšších koncentracích působí jako imunosupresivum. Mineralokortikoidy řídí metabolismus látek. Nejvýznamnějším je '''aldosteron''', který působí na transport elektrolytů v ledvině tak, že zvyšuje zpětnou resorpci Na<sup>+</sup> a zároveň uvolňuje K<sup>+</sup>.

=== Anabolické steroidy ===
[[Soubor:nandrolon.png|thumb|250 px|left|''nandrolon'']]
Jsou látky určené pro rychlý nárůst svaloviny, ale mají negativní účinky na lidský organismus: ztráta potence, rakovina, zaostávání růstu vnitřních orgánů za svalovou hmotou. Nejprve se používat testosteron, ale ten měl negativní účinky. Dnes se používají deriváty testosteroidních (tedy testosteronu podobných) látek, například '''nandrolon'''. Jinak se ale anabolika mohou používat v lékařství, po operacích na znovu nabytí svalové hmoty.
<br style="clear: both;" />

=== Steroidní glykosidy ===

Obsahují steranový cyklus a cukr. Jsou to látky, kde spolu reaguje karboxylová skupina se strukturou sacharidů. Jsou součástí jedovatých rostlin. Posilují (v menších dávkách) srdeční činnost, a proto se používají v lékařství. Vyskytují se například v oleandru, čemeřici či v hlaváčku.<br />
V lékařství se používá '''digitoxin''', získaný ze semen náprstníčků. Z digitoxinu se vyrábí léky na srdce. Některé digitoxiny jsou součástí živočišných jedů. Jako příklad uvádím '''batrachotoxin''', , který je součástí jedu v žabkách, ze kterého si Indiáni dělají šípový jed a nebo '''bufodienolidy''', kam patří i bufalin.