ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHUYÊN NGÀNH TERPENOID – VAI TRÒ VÀ ỨNG DỤNG
TRONG ĐỜI SỐNG CON NGƯỜI

SVTH: Phạm Mỹ Ngọc
MSSV: 60701605
GVHD: TS Lê Thị Thủy Tiên TP Hồ Chí Minh, 6– 2011
[Đồ án môn học chuyên ngành GVHD: TS Lê Thị Thủy Tiên]

[Type text] i

LỜI CẢM ƠN
Sau một học kì tìm hiểu về hợp chất tự nhiên terpenoid, nhờ sự hƣớng dẫn của TS
Lê Thị Thủy Tiên, em đã phần nào biết đƣợc con đƣờng sinh tổng hợp và vai trò của
terpenoid trong tự nhiên. Bên cạnh đó em còn tìm hiều một số phƣơng pháp thu nhận và
ứng dụng terpenoid trong đời sống con ngƣời. Nếu không có sự giúp đỡ tận tình của cô,
giúp em sữa chữa những lỗi nhỏ nhất thì em không thể làm tốt đƣợc.
Xin chân thành cảm ơn TS Lê Thị Thủy Tiên đã hỗ trợ, giúp em hoàn thành đồ án

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. Điều hòa sinh tổng hợp terpenoid 23
[Đồ án môn học chuyên ngành GVHD: TS Lê Thị Thủy Tiên]

[Type text] iii

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 thƣơng (tapping) 33
4.1.2. Ép (expression) 33
4.1.3. Chƣng 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 ngƣời 41
5.1. Tinh dầu geranium trong nƣớc 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

Bảng 3: Sự thay đổi hoạt tính enzyme từ P. graveolen theo mùa 44 [Đồ án môn học chuyên ngành GVHD: TS Lê Thị Thủy Tiên]

[Type text] vi

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 sƣờn carbon
tƣơng ứng 4
Hình 1.3: Carvone và sƣờn 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 sƣờn terpenoid: 2 con đƣờng 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 đƣờng acid mevalonic và sự sinh tổng hợp sƣờn carbon terpenoid 11
Hình 2.5. Sự tạo thành các tiền chất của terpenoid 12
Hình 2.6: Những nhóm monoterpenoid phổ biến nhất đƣợc 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 sƣờn labdane và cembrane của terpenoid 19
Hình 2.11: Sự hình thành sƣờn squalene 21
Hình 2.12: Sự hình thành các sterol từ sƣờn squalene 21
Hình 2.13: Sự hình thành sƣờn caroteinoid 22


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
[Đồ án môn học chuyên ngành GVHD: TS Lê Thị Thủy Tiên]

[Type text] 1

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 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 “Terpenoid-Vai 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.
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 ngƣời

Terpenoid đƣợc định nghĩa nhƣ là chất có cấu trúc phân tử chứa sƣờn 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, nhƣng cấu trúc
tổng thể của chúng sẽ biểu thị nguồn gốc terpenoid của chúng và vẫn đƣợc xem nhƣ là
terpenoid.
Tên gọi chung “terpene” đƣợc dùng đầu tiên đối với các hydrocarbon tìm thấy
trong nhựa thông turpentine, tiếp vĩ ngữ “ene” biểu thị sự hiện diện của liên kết olefin.
[Đồ án môn học chuyên ngành GVHD: TS Lê Thị Thủy Tiên]

[Type text] 3

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 đƣợc gọi là diterpene. Mối quan hệ đối với isoprene đƣợc
khám phá muộn hơn, khi mà monoterpene và diterpene đã đƣợc 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 trƣng của terpenoid, đó là carotenoid và steroid. Steroid và
carotenoid là các nhóm phụ của triterpenoid và tetraterpenoid.
Thỉnh thoảng, từ terpene đƣợc dùng để biểu thị cho bất kì terpenoid nào. Tƣơng
tự, “isoprenoid” thƣờng đƣợc dùng thay cho “terpenoid”.
Bảng 1: Phân loại terpenoid
Danh pháp
Số tiểu đơn vị isoprene
Số nguyên tử carbon
Hemiterpenoid
1
5
Monoterpenoid
2

1.1 cho thấy 2 tiểu đơn vị isoprene đang kết hợp đầu-đuôi để tạo thành sƣờn
monoterpenoid. Đôi khi, sự kết hợp đuôi-đuôi xuất hiện. Đây là nét đặc trƣng của steroid
[Đồ án môn học chuyên ngành GVHD: TS Lê Thị Thủy Tiên]

[Type text] 4

và carotenoid. Trong cả hai loại này, có 1 kiểu kết hợp đuôi-đuôi chính xác ở trung tâm
sƣờn 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 sƣờn C
5n
cơ bản, chuỗi có thể đƣợc xếp lại để tạo vòng và hình
thành chức năng bằng cách đƣa ra oxygen hoặc các nguyên tử khác loại khác. Hình 1.2
cho thấy cách các tiểu đơn vị isoprene sắp xếp và sƣờn carbon gốc trong 3 terpenoid đơn
giản. Thỉnh thoảng, sự sắp xếp lại sƣờn carbon làm cho quá trình này trở nên khó hơn và
phản ứng phân hủy có thể làm giảm số lƣợng 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 sƣờn carbon đặc trƣng. Đôi khi các phân tử chứa
cả khung sƣờn terpenoid và khung sƣờn từ các loại khác.

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

Đầu
Đầu
Đuôi
Đuôi
[Đồ án môn học chuyên ngành GVHD: TS Lê Thị Thủy Tiên]

trong tinh dầu. Ví dụ, -pinene là thành phần đáng kể nhất trong nhựa thông, thƣờng gồm
[Đồ án môn học chuyên ngành GVHD: TS Lê Thị Thủy Tiên]

[Type text] 6

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

Hình 1.4: Các đồng phân của pinene
Trƣờng hợp terpenoid dạng vòng, các kí tự , β, thƣờng ám chỉ vị trí của liên kết
đôi ở các đồng phân olefin. Trong những trƣờng 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 đƣợc 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, đƣợc 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 đƣợc cấu tạo nhƣ thế nào, các khuôn mẫu tự
[Đồ án môn học chuyên ngành GVHD: TS Lê Thị Thủy Tiên]

[Type text] 7

nhiêncó thể đƣợc hiểu và dùng để hỗ trợ nhận dạng cấu trúc các chất mới đƣợc phân tách
và sản xuất các hợp chất mới có tính chất tƣơng tự.
 Enzyme và coenzyme
Các phản ứng hóa học đƣợc quan sát trong sinh tổng hợp (phát sinh sinh vật) về
bản chất giống nhƣ những chất tổng hợp hữu cơ dùng để sản xuất các nguyên liệu thí


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

SINH TỔNG HỢP SƢỜN CARBON TERPENOID
Con đƣờng Mevalonate
Con đƣờng
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
Đƣờng phân
[Đồ án môn học chuyên ngành GVHD: TS Lê Thị Thủy Tiên]

[Type text] 9


Thủy phân
[Đồ án môn học chuyên ngành GVHD: TS Lê Thị Thủy Tiên]

[Type text] 10

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

[Đồ án môn học chuyên ngành GVHD: TS Lê Thị Thủy Tiên]

[Type text] 11 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].
2.2. Terpenoid dạng thẳng
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 S


hemiterpenoid
monoterpenoi
d
sesquiterpenoid
Vân vân …
diterpenoid
[Đồ án môn học chuyên ngành GVHD: TS Lê Thị Thủy Tiên]

[Type text] 13

2.3. Terpenoid dạng vòng
Trong quá trình sinh tổng hợp, khả năng phản ứng hóa học cơ bản đƣợc nâng cao
và đƣợc 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 hƣớng dẫn con đƣờng phản ứng đặc trƣng. Vì các sinh vật khác nhau chứa các
enzyme khác nhau, nên các terpenoid mà chúng tạo ra từ cùng 1 tiền chất thƣờng 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 đƣợc mô tả ở đây chỉ liên quan đến sự hình thành sƣờn carbon cơ
bản của các nhóm terpenoid khác nhau. Các chuyển hóa sinh hóa tiếp theo, ví dụ nhƣ
phản ứng oxy hóa, làm tăng thêm sự khác biệt, và các tiền chất của những phản ứng nhƣ
thế một lần nữa là đặc trƣng 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 thƣờng đƣợc dùng cho tên của terpenoid đặc trƣng, ví
dụ limonene. Chữ nghiêng đƣợc dùng biểu thị thành phần của 1 loại cấu trúc của nguyên
liệu. Ví dụ, trong hình 2.6, từ menthane đƣợc đặt bên cạnh cation mà limonene đƣợc hình
thành từ đó, điều này khẳng định cấu trúc vòng cơ bản, ví dụ 4-isopropyl-1-

phân nhƣ 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 sƣờn
[Đồ án môn học chuyên ngành GVHD: TS Lê Thị Thủy Tiên]

[Type text] 15

Vòng thẳng ở giai đoạn này trong quá trình sinh tổng hợp cũng có thể làm giảm
bằng phƣơng pháp bố trí lại để làm hệ thống ít thẳng hơn. Sự thêm nƣớc, tiếp theo là sự
oxy hóa, tạo thành ketone, fenchone.
Tƣơng tự, bornyl carbocation (2.17) có thể phản ứng với nƣớc để tạo borneol và
chất này có thể bị oxy hóa thành camphor, mùi đặc trƣng của gỗ long não. Sƣờn
isocamphane đƣợc hình thành bởi phƣơng pháp bố trí lại bornyl carbocation.
2.5. Sesquiterpenoid
2.5.1. Sesquiterpenoid từ cis,trans-farnesyl pyrophosphate khi đóng vòng ở liên kết
đôi 6,7
Khi xét đến sesquiterpenoid, số con đƣờng phản ứng có thể xảy ra tăng đáng kể so
với những dòng monoterpenoid sẵn có. Điều này là do sự tăng số lƣợng tiền chất,
farnesyl pyrophosphate, và bản thân nó chứa 3 liên kết đôi [13]. Cả liên kết đôi 2,3 và 6,7
đƣợc hình thành ban đầu là dạng trans, nhƣng 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 đƣờng 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 tƣơng tự với sự tạo vòng của geranyl cation để
tạo sƣờn p-menthane, và sản phẩm, sƣờn bisabolane, tƣơng tự với sƣờn p-menthane,
đƣợc kéo dài bằng cách thêm 1 đơn vị isoprene vào đuôi isopropyl của nó.
Đầu tiên, theo con đƣờng trình bày ở phía trái hình 2.7, các electron của liên kết

Tên in nghiêng là loại khungsƣờn