Terpenos I: Terpenos y productos naturales relacionados.

Introducción.

El ácido acético es uno de los compuestos orgánicos fundamentales. Es un producto industrial corriente y barato, y todo el mundo lo conoce por ser el constituyente que comunica su olor al vinagre. Pero sólo recientemente se ha descubierto que esta sustancia tan sencilla es también pieza fundamental que utilizan los seres vivos en la elaboración de infinitas moléculas más complejas, de estructuras muy diversas, muchas de las cuales desempeñan papeles bioquímicos esenciales.

Biosíntesis. El esclarecimiento de los mecanismos biosintéticos constituye una de las áreas más activas y excitantes de la investigación química y representa un buen ejemplo de un campo en el que la química orgánica y la bioquímica se confunden. Se ha obtenido mucha información sobre la biosíntesis estudiando la incorporación de un precursor radioactivo (como ¹⁴CH₃CO₂H) a un producto natural a través del organismo. La degradación química sistemática del producto final mostrará exactamente qué átomos de carbono de la molécula son radioactivos.

El origen de las grasas.

Las grasas naturales son ésteres del glicerol y de ácidos grasos pesados; los más abundantes son los ácidos saturados de cadena recta en C₁₆ y C₁₈, los ácidos palmítico y esteárico. Éstos y otros ácidos grasos naturales se biosintetizan a partir de un determinado número de moléculas de ácido acético; como cada unidad de ácido acético tiene dos átomos de carbono, no debe sorprender que todos los ácidos grasos naturales corrientes tengan un número par de átomos de carbono. Todas las reacciones implicadas están catalizadas enzimáticamente, pero todas ellas son unívocas y análogas a las conocidas en el laboratorio.

El primer paso en la biosíntesis de ácidos grasos consiste en la activación de la molécula de ácido acético que de por sí es poco reactiva. Esta activación se consigue por esterificación con el grupo tiol de una molécula grande llamada coenzima A y abreviadamente HS-CoA. El metilo de acetil-CoA resultante es muy reactivo y se carbonata fácilmente con dióxido de carbono dando una molécula todavía más reactiva, el malonil-CoA. La biotina desempeña un papel esencial en esta reacción de carbonatación.

Terpenos más complejos.

Además de los terpenos que se forman directamente a partir del pirofosfato de isopentenilo, se hallan en la naturaleza varios alcoholes alílicos isómeros, y diversos productos de oxidación y reducción, como los indicados a continuación:

Muchos terpenos desconocidos son compuestos cíclicos biosintetizados a partir de precursores de cadena abierta por reacciones de ciclación a través de iones carbonio. Por ejemplo, la estructura del mirceno debe relacionarse con las del limoneno, α-pineno y β-pineno.

Ejemplos de terpenos cíclicos oxigenados sencillos con el mentol y el alcanfor de amplio uso en preparaciones farmacéuticas; la carvona constituyente de odorante principal de las semillas de alcaravea; y el 1,8-cineol, componente mayoritario del aceite de eucalipto.

Los sistemas anulares puenteados, tales como el del alcanfor y el α-pineno, son comunes en los terpenos. El alcanfor es un ejemplo de un compuesto con un esqueleto de biciclo [2.2.1] heptano. El prefijo biciclo se refiere al sistema, en el que dos anillos comparten dos o más átomos de carbono entre ellos (es decir anillos condensados). Los números [2.2.1] representan el número de átomos de carbono en cada “brazo” del sistema de anillos. (Un brazo está constituido por los átomos de carbono entre los carbonos cabeza de puente).

Los sistemas puenteados son inestimables para estudios mecanísticos, porque los anillos están congelados en una conformación. Por ejemplo, el anillo de seis miembros del alcanfor está congelado en la forma de bote, más bien que en la forma usual de silla. A no ser que el tamaño de los anillos sea bastante grande, los anillos con puente deben tener uniones -cis entre ambos. La superposición de orbitales para formar uniones de anillo trans sería estéricamente imposible.

Otra restricción de los anillos puenteados, la llamada regla de Bredt, es que el carbono cabeza de puente no puede formar parte de un doble enlace. Un modelo de un sistema con puente, tal como el del alcanfor o el del pineno, demostrará que la geometría es incorrecta para la superposición de orbitales p. La regla de Bredt no se aplica a un sistema de anillos condensados que comparten solo dos carbonos o a anillos grandes, que pueden acomodar un doble enlace trans.

Biosíntesis de esteroides.

La secuencia de reacciones que llevan del escualeno al lanosterol, y que ocurre en la biosíntesis de esteroides, muestra muchas de las características de las reacciones de terpenos.

El primer paso es la formación enzimática de un epóxido. Luego, el oxígeno del epóxido se protona, y se abre el anillo del epóxido, formando un carbocatión. La formación de este carbocatión pone en movimiento una serie concertada de desplazamientos electrónicos que conduce al cierre de cuatro anillos formando el sistema de anillos de un esteroide. El cierre de los anillos es seguido por el desplazamiento de hidruro y de metilos, para dar el lanosterol. Todo este proceso en la naturaleza está catalizado por una sola enzima, la ciclasa del óxido del escualeno.

Descarga: Apunte Terpenos y Esteroides