2012-01-24-antioxidantes en la naturaleza. tipos y distribución
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Antioxidantes en la salud, en laenfermedad y en la alimentación
Antioxidantes Naturales.
Tipos y distribuciónModulo I. Estrés oxidativo y antioxidantes
FEM. Molina de Segura. Curso 2011-2012
Dr. Julián Castillo Sánchez (24/01/2012)
Historia RL paralela a la del descubrimiento del oxígeno y elmetabolismo energético de los seres vivos
Paradoja: vida y degeneración (oxígeno)
Rebeca Gerschman (1962): teoría general de los potencialesefectos tóxicos del oxígeno + teoría general delenvejecimiento: “oxidaciones incontroladas debidas a un “escape” suave
pero continuo en el sistema protector podrían ser unfactor importante en el proceso de envejecimiento ytambién un factor importante y contributivo en laesperanza de vida”.
Harman, Slater, Packer, etc.., han ampliado el conocimientode la importancia de los RL en el campo de la medicina ysalud
[ROS] y [RNS]EN ESTADO
ESTACIONARIO
LAS DEFENSAS
ANTIOXIDANTES
ESTRES OXIDATIVO
DESEQUILIBRIO ENTRE LOS AGENTES OXIDANTES Y LAS DEFENSAS ANTIOXIDANTES
Controlados por losmecanismos defensivos
de las células
Salud y envejecimientofisiológico
Patologías y envejecimientoacelerado
DesequilibrioPero…..
Muerte celular
Radicales libres
¿qué hacemos cuando se rompe el equilibrio fisiológico?
Antioxidantes
[ROS] y [RNS]EN ESTADO
ESTACIONARIOLAS DEFENSAS
ANTIOXIDANTES
“La salud de todo el cuerpo se fraguaen la oficina del estómago”
Miguel de Cervantes Saavedra, en
El ingenioso hidalgo don Quijote de la Mancha
¿Donde obtenemos los antioxidantes?
CarotenoidesTocoferolesCompuestos SÁcidos fenólicosDiterpenosFlavonoides
Principales fuentes
vegetales empleadas en
su producción.
Biosíntesis.
Distribución. Evolución y
posible modulación.
Rutas metabólicas en la planta
Antioxidantes en la naturaleza:familias más importantes
Los carotenoides son pigmentos liposolubles que estánampliamente distribuidos en la naturaleza. El organismo humanolos utiliza en diversas funciones fisiológicas, pero no los sintetiza,sino que los obtiene a través de la alimentación.
¿Qué es un carotenoide?
¿como es un carotenoide?
CAROTENOIDES
CAROTENOIDES
CAROTENO CAROTENOγ CAROTENO
LUTEÍNAZEAXANTINACANTAXANTINA
CAROTENOS
PROVITAMÍNICOS
NO PROVITAMÍNICOS LICOPENOFITOENOFITOFLUENO
XANTOFILAS
PROVITAMÍNICOS: CRIPTOXANTINA
NO PROVITAMÍNICOS
Pigmentos liposolubles ampliamente distribuidos en la naturaleza. Elorganismo humano los utiliza en diversas funciones fisiológicas, nolos sintetiza, los obtiene a través de la alimentación.
Entre los carotenoides comunes se encuentran el α-caroteno, ß-caroteno, γ-caroteno, y criptoxantina, a lasque se les denomina provitaminas A y sonresponsables del color amarillo-anaranjado de algunasfrutas y verduras.
El ß-caroteno es el más importante como provitaminaA. Su transformación a vitamina A se produce en lapared intestinal, se absorbe pasando a almacenarseen el hígado, desde donde se va eliminando porhidrólisis hacia el torrente circulatorio.
Existen otros carotenoides sin actividad provitamínicaA, pero de gran importancia, como son: luteína(espinaca), zeaxantina (maíz), licopeno (tomate).
Carotenoides más característicos
Tocoferoles-Vitamina E
• Es conocido que los aceites como el girasol, soja, colza y maíz constituyen valiosasfrentes naturales de tocoferoles y esteroles.
El primer grupo se deriva del tocol y posee una cadena lateral isoprenoide saturadacon 16 átomos de carbono.
A este grupo pertenecen el alfa-beta- gamma-, y delta-tocoferoesl, diferenciándoselos compuestos en el grado de metilación sobre el anillo bencénico del tocol.
El alfa-tocoferol es la sustancia con el efecto biológico de vitamina E más potente ytiene el máximo significado industrial y económico.
Es el tocoferol dominante en los tejidos de los seres humanos y de los animales.
R1 R2 R3
-tocoferol CH3 CH3 CH3
-tocoferol H H CH3
-tocoferol CH3 CH3 H
-tocoferol CH3 H H
O
R1
HO
R3
R2
“Otros” Tocoferoles TOCOENOLES
Los tocoenoles de origen natural presentan, también, un efectode vitamina E y se aíslan junto con los homólogos saturados detocoferol a partir de sus fuentes naturales cuando se efectúa laobtención de la vitamina E, abarcando la designación "tocoferol“en esta solicitud también estos homólogos del tocoferol, es decirlas substancias con efecto de vitamina E.
ESTEROLES Los esteroles son alcoholes esteroidales secundarios
monovalentes con una cantidad de átomos de carbono queoscilan entre 27 y 30, que presentan la estructura básica delgonano, y el átomo de carbono 3 del gonano porta el grupohidróxilo.
Ácidos orgánicosfenólicos y polifenólicos
“fenilpropanóicos” simples
“la estructura madre”
ácido caféico ácido ferúlico
OH
OH
COOH
CH=HC O
O
OH
HO C
O
HO
CHLOROGENIC ACID
CH=HCHO C
O
HOO
C CH=HCO
O
COOH
COOH
H
H
OH
OH
CICHORIC ACID
alcachofa
equinácea
Ácido clorogénico
Ácido chicórico
café
DITERPENOS
A partir de muy diversas especies vegetales podemosobtener una enorme variedad de compuestos terpénicosde distinta naturaleza. Algunos ya los conocemos.Ejemplos de estos son:
• Monoterpenos• Sesquiterpenos
• Diterpenos• Triterpenos• Tetraterpenos (Carotenoides)• Politerpenos
TERPENOS
isoprenos
Monoterpenosirregulares
sesquiterpenos
sesquiterpenos
Diterpenos
Hemiterpenos
Monoterpenos
Triterpenos
Fitosteroles
Carotenoides
Esteroides
Poliprenoles
Romero
DITERPENOS
O
CH
CH3
CH3
HO
OH
H3C CH3
CO
Carnosolcarnosol
Carnosic acid
HOOC
CH3H3C
OH
HO
CH3
CH3
CH
Ácido carnósico
¿tal vez el mejorantioxidante lipidico?
¡¡La misma curiosadistribución que los
ácidospolifenólicos!!
concentración
Edad de la plantaen un ciclo anual
diterpenos
FLAVONOIDES Son difenilpropanos.
Tienen esqueleto de 15 C
Se forman a partir demalonils-CoA (3 unidadesde acetato) y 1 unidad defenilpropano C6-C3
ESTRUCTURA BASICADE LOS FLAVONOIDES
Fuentes de flavonoides en la naturaleza
No se ha descrito su presencia en microorganismos.
Tampoco en bacterias
Ni siquiera en hongos y líquenes, en los que si sedescriben fenoles más simples.
Ciertas referencias en algunas algas
Abundantes referencias en helechos y especies afines
Plantas superiores (marcadores taxonómicos)
1960: productos finales metabólicamente inactivos yalmacenados como materias superfluas en diversostejidos de la planta.
1980: los flavonoides son fundamentales en elcrecimiento y desarrollo de la planta a nivel subcelular.
MetabolismoFenilpropanoico
fenilalanina
Ácido cinámico
Fenilalaninaamonio liasa (PAL)
Ácido p-cumárico
p-cumároil-CoA
3 moléculas de malonil CoA
Chalcona sintasa (CHS)
Ácidos benzóicos
Ácidos caféicos
Cumarinas
Precursores de ligninas
Biosíntesis de Flavonoides
De la rutadel “malonato”
De la rutadel “sikímico” vía
fenilalanina
El puente de tresátomos de carbono
Esqueleto flavonoide básico
Ginkgo Biloba: flavonoles y ginkgolides
Existen muchas y complejas discusiones y controversias sobresu eficacia y mecanismo de funcionamiento.
Algunos estudios “parecen” mostrar resultados similares alDonepezil (Aricept).
Combinaría efectos diversos: antioxidantes, antiapoptóticos yantiamiloidógenos.
Isoflavonas
Encontradas mayoritariamente enLegumbres(Fabaceae)
Alelopatía – Función de defensa frente aherbívoros y patógenos
isoflavonas
Polifenoles de la uva
extractos
OHO
OH O
OH
OH
OH
ProcianidinasFlavonoles
Flavan-3-olsAntocianinas
EstilbenosÁcidos fenólicos
Flavonoids
Flavan-3-ols
OHO
OH
OHOH
R1
R2
(-)-epicatechin R1 = OH; R2 = H(+)-catechin R1 = H; R2 = OH
Procyanidin B1= epicatechin- (4 8)-catechinProcyanidin B2= epicatechin- (4 8)-epicatechin
O
R1OH
HO
OH
OH
R2
O
R1OH
HO
OH
OH
R2
Procyanidin(4->8)-Dimers
Procyanidin(4 8)-Dimers
Catequinas del cacao
Antocianinas
Principales pigmentos: floresy frutos
Rango de color del Rojo aPurpura y azul.
Importantes en la atracción deinsectos polinizadores
Normalmente como glicosidosen las plantas
Flavan-3-ol
Curcuminas Pretende reunir los conceptos de antioxidante y
antiinflamatorio. Se basa sobre todo en estudios epidemiológicos realizados
en India, donde la prevalencia del AD es 5 veces inferior queen USA.?????
Parece mostrar eficacia en la reducción de la acumulación deβ-Amiloide (IC50 en torno a 1 μM) (2004, 2005).
Tiene ciertos problemas de biodisponibilidad. Hay varios estudios epidemiológicos en curso.
Los cítricos
Interviniendo en la fotosíntesisy como protectores UV
Protegen a las hormonas de laplanta durante el desarrollo
O
OOH
OH
RhGlO
Flavanona Flavona Flavonol
Transporte de flavonoides
Las vías de comunicación
Un injerto:una pequeña trampa
para averiguaralgo importante
Distribución deflavonoides
Variación de la concentración deflavonoides con la edad y el
diámetro del fruto
Variación de la cantidad totalde flavonoides con el
diámetro del fruto
Maquinaria biosintética:actividad enzimática
Evolución de la actividad enzimáticacon la edad de la planta
Extracto de hoja vs extracto de fruto
Hoja: iridoidesy flavonoides
Fruto: hidroxitirosol
¡¡cuan diferentespueden llegar a ser!!
Metabolismo:modificación
estructural delesqueleto polifenólico:
“curado de laaceituna”
y/ó “modificación trasingesta”
oleuropeina
Estructura de-glicosilada
Rotura del esqueleto
hidroxitirosol
Metabolismo secundario
Las plantas son organismos autótrofos que utilizan luz solar paraproducir sus componentes indispensables.
Al igual que todos los demás organismos poseen metabolismo primario.
Sin embargo, las plantas poseen además un metabolismo secundario queles permite producir y acumular grandes cantidades de compuestos denaturaleza química variable
Algunas de estas sustancias juegan un papel importante en algunosaspectos relacionados con el desarrollo de la planta: protección frente alataque de patógenos, atrayentes de polinizadores, etc….
Sin embargo, todavía se conoce poco de las máximas potencialidades ybeneficios que su utilización parece proporcionar a las plantas y…………..a los humanos.
• Rutas metabólicas en la planta.
• Modulación de la Biosíntesis.
Fotosíntesis
CarbohidratosAminoácidos
Ácidos grasosBio-polímerosProductos del
metabolismo primario
Sustratos respiratorios
CO2
Sustratos para laSíntesis de
productos secundarios
biosíntesis
Productos secundarios:Equilibrio entre compuestos
metabólicamente activosy no activos
Equilibrio regulado por factoresEndógenos y exógenos
Catabolitos deProductos secundarios catabolismo
Polímeros,Ligninas,…
RelacionesMetabólicasgenerales
Modulación-Regulaciónde la biosíntesis
Fotocontrol. Regulada por tres fotoreceptores
(sistema citocromo, receptor UV-A y UV-B)
Incremento de la velocidad de transcripción delos genes que codifican la síntesis de PAL y CHS.
Estrés. Organismos microbianos
Metales pesados
Variaciones de pH
Herbicidas y otros fitoquímicos.
Hídrico
¿La historia se mantiene?
En muchas civilizaciones, envejecimiento ymuerte se han asociado a lo sobrenatural, poreso los papeles de médico, mago y sacerdoteestaban muy próximos
La creencia en la inmortalidad o en la eternajuventud se repite a lo largo de los tiempos
Este hecho hace que en muchas sociedades seincremente la preocupación por la salud, elbienestar, la higiene y las medicinas(obviamente no suficiente)
El hombre ha buscado:
Retardar el envejecimiento El rejuvenecimiento La inmortalidad
Los esfuerzos para alcanzar estos objetivosson diferentes en las diversas civilizaciones: búsqueda de alguna sustancia milagrosa lograr el perfecto equilibrio entre cuerpo y
espíritu
¿El futuro “milagro” del Dr. Skulachev?
Vladimir P. Skulachev, Head of Department,Academician of Russian Academy of Sciences, Sc.D., Professor
plastoquinona
Plastoquinolildeciltrifenilfosfonio (skQ1)