metabolitos secundarios

Ciencias de la salud

UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO

“FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD”

CARRERA PROFECIONAL DE ENFERMERIA

CURSO: FARMACOLOGÍA

DOCENTE: Q.F: LELIA MARIA RODRIGEZ TORRES

INTEGRANTES:

HEIDI MASHENKA ROJAS TECSIFLAVIO BERNUE TARCO YÁBARRUTBELL TITTO HUILLCA MARY CRUZ JIMENES ZUZUNAGA

Enfermería Página 1

TEMA: METABOLITOS SECUNDARIOS RESPONSABLES DE LA ACTIVIDAD TERAPÉUTICA EN

PLANTAS


PRESENTACIÓN

EL PRESENTE TRABAJO ES ELABORADO CON EL MAYOR EMPEÑO E

INTERÉS POSIBLE, TRATANDO DE AHONDAR E INVESTIGAR MÁS

ACERCA DE LOS DIFERENTES TEMAS QUE SE DESARROLLA Y

DESARROLLARA Y LA INFLUENCIA QUE TIENEN LOS METABOLITOS

SECUNDARIOS RESPONSABLES DE LA ACTIVIDAD TERAPÉUTICA DE LAS

PLANTAS EN LA VIDA DE CADA PERSONA ESPECIALMENTE EN LAS

PERSONAS ALÉRGICAS A LOS MEDICAMENTOS , BUSCANDO DE ESTA

MANERA CONOCER MÁS, NO SOLO EN LA SOCIEDAD SINO TAMBIÉN EN

EL CAMPO EN EL CUAL NOS DESARROLLAMOS, Y EN EL FUTURO, EN EL

PLANO LABORAL, PARA TENER CONOCIMIENTO ACERCA DE ESTA EN EL

EJERCICIO DE NUESTRA PROFESIÓN EN LOS DIFERENTES CENTROS DE

LABOR.

DE ESTA MANERA PASO A PRESENTAR EL CONTENIDO DEL

TRABAJO EN SI AGRADECIÉNDOLE ANTICIPADAMENTE POR SUS

CONCEJOS.

SUS ALUMNOS



INTRODUCCIÓN

Un aspecto metabólico que distingue el reino animal del vegetal es la capacidad de las plantas y los hongos para producir sustancias que no son esenciales para su supervivencia. A esas sustancias se les denomina metabolitos secundarios, los animales superiores raramente los producen, si acaso pueden ser encontrados ocasionalmente en insectos y otros invertebrados.

Por tanto, los vegetales, además de metabolitos primarios, tales como carbohidratos, aminoácidos, ácidos grasos, poliaminas, citocromos, clorofilas e intermediarios metabólicos de las vías anabólicas y catabólicas, también producen metabolitos secundarios, es decir, sustancias que no parecen participar directamente en el crecimiento o desarrollo, sustancias que no son necesarias para que un organismo pueda existir como tal, sino que simplemente aportan al individuo que las produce una ventaja para responder a estímulos del entorno.



Se llama metabolitos secundarios de las plantas a los compuestos químicos sintetizados por las plantas que cumplen funciones no esenciales en ellas, de forma que su ausencia no es fatal para la planta, ya que no intervienen en el metabolismo primario de las plantas. Los metabolitos secundarios de las plantas intervienen en las interacciones ecológicas entre la planta y su ambiente.

También se diferencian de los metabolitos primarios en que cada uno de ellos tiene una distribución restringida en el Reino de las plantas, a veces a sólo una especie o un grupo de ellas, por lo que muchos de ellos son útiles en Botánica Sistemática.

Por muchos años el valor adaptativo de la mayoría de los metabolitos secundarios fue desconocido. Muchas veces fueron pensados simplemente como productos finales de procesos metabólicos, sin función específica, o directamente como productos de desecho de las plantas. En general fueron percibidos como insignificantes por los biólogos por lo que históricamente han recibido poca atención por parte de los botánicos. Muchas de las funciones de los metabolitos secundarios aún son desconocidas. El estudio de estas sustancias fue iniciado por químicos orgánicos del siglo XIX y de principios del siglo XX, que estaban interesados en estas sustancias por su importancia como drogas medicinales, venenos, saborizantes, pegamentos, aceites, ceras, y otros materiales utilizados en la industria. De hecho, el estudio de los metabolitos secundarios de las plantas estimuló el desarrollo de las técnicas de separación, la espectroscopía para dilucidar su estructura, y metodologías de síntesis que hoy constituyen la fundación de la química orgánica contemporánea.

En estudios biológicos más recientes se determinó que la mayoría de los metabolitos secundarios cumplen funciones de defensa contra predadores y patógenos, actúan como agentes alelopáticos (que son liberados para ejercer efectos sobre otras plantas), o para atraer a los polinizadores o a los dispersores de las semillas (Swain 1973, Levin 1976,Cronquist 1977 ). El reconocimiento de propiedades biológicas de muchos metabolitos secundarios ha alentado el desarrollo de este campo, por ejemplo en la búsqueda de nuevas drogas, antibióticos, insecticidas y herbicidas. Además, la creciente apreciación de los altamente diversos efectos biológicos de los metabolitos secundarios ha llevado a reevaluar los diferentes roles que poseen en las plantas, especialmente en el contexto de las interacciones ecológicas.

Los metabolitos secundarios de las plantas pueden ser divididos en 3 grandes grupos, en base a sus orígenes biosintéticos.


METABOLITOS SECUNDARIOS RESPONSABLES DE LA ACTIVIDAD TERAPÉUTICA EN PLANTAS


PRINCIPALES TIPOS DE METABOLITOS SECUNDARIOS EN PLANTAS

Existen gran cantidad de tipos de metanolitos secundarios en plantas y se pueden clasificar según la presencia o no de nitrógeno en su composición, no obstante, los tres grupos de metanolitos secundarios más importantes en plantas son los terpenoides (o isoprenoides), fenilpropanoides (o compuestos fenólicos) y los alcaloides (este último grupo lleva nitrógeno en su estructura). Los terpenoides derivan del isopentenil difosfato (IPP) y se conocen unos 25.000. Los alcaloides contienen uno o más átomos de nitrógeno y derivan principalmente de aminoácidos, de ellos se conocen unos 12.000. Mientras que los aproximadamente 8.000 fenilpropanoides provienen de las llamadas vías biosintéticas del shikimato o del malato/acetato.

A continuación se hablará de cada uno de estos compuestos por separado.

COMPUESTOS FENÓLICOS

Las plantas se originaron en un ambiente acuático, su éxito en la adaptación al ambiente terrestre fue gracias a la capacidad de producir grandes cantidades de compuestos fenólicos (fenilpropanoides). Aunque la mayoría de estos compuestos funcionen como constituyentes de la pared celular, hay muchos compuestos fenólicos que sirven para proteger a la planta, dar una naturaleza u otra a la madera, establecer el color de la flor o contribuir sustancialmente a los sabores y olores. Estas y otras funciones llevadas a cabo por los compuestos fenólicos son esenciales para la supervivencia de las plantas vasculares. Sobre el 40% del carbono orgánico de la biosfera se presenta en forma de compuestos fenólicos vegetales los cuales derivan principalmente de llamadas vías biosintéticas del shikimato o del malato/acetato.

Los fenilpropanoides se clasifican principalmente en ligninas, lignanos, suberinas,flavonoides, coumarinas, furanocoumarinas y estilbenos. En ramas, troncos, semillas, etc. las ligninas refuerzan las paredes celulares especializadas, permitiéndoles soportar el masivo peso en tierra y transportar agua y minerales desde la raíz a las hojas. Estrechamente relacionados con las ligninas, los lignanos pueden variar desde dímeros a grandes oligómeros. Los lignanos pueden, por ejemplo, tanto ayudar a defenderse de patógenos como actuar de antioxidantes en flores, semillas, frutos, tallos, cortezas, hojas y raíces. Los tejidos suberizados contienen capas alternativas de sustancias estructurales hidrofóbicas (alifáticas) e hidrofílicas (fenólicas). Presente en cortezas, raíces y determinados tejidos peridérmicos (por ejemplo en la piel de la patata), esas sustancias estructurales, llamadas suberinas, funcionan proveyendo de una barrera protectora que limita los efectos de la desecación atmosférica y el ataque de patógenos. Los flavonoides constituyen un grupo atónicamente diverso con más de 4500 compuestos. Entre sus subclases están las antocianinas (pigmentos), proantocianidinas o taninos condensados (repelente de herbívoros y protectores de la madera), e isoflavonoides (productos de defensa y moléculas de señalización). Las coumarinas, furanocoumarinas y estilbenos protegen frente al ataque bacteriano y de hongos patógenos, repelen herbívoros e inhiben



la germinación de las semillas. Muchos otros compuestos fenólicos también juegan un papel defensivo o imparten sabores y olores característicosa cada material vegetal.

Los lignanos de la dieta tienen funciones protectoras para la salud, tal es el caso del secoisolariciresinol y del matairesinol, constituyentes comunes de ciertas plantas como Forsythia intermedia, vegetales y granos (por ejemplo de vainas verdes y espigas). Durante la digestión, las bacterias intestinales convierten el secoisolariciresinol y el matairesinol en enterodiol y enterolactona respectivamente. Estos ‘lignanos de mamíferos‘ penetran en la circulación entero-hepática conjugándose en el hígado, se excretan con la bilis, son desconjugadas en el intestino por enzimas bacterianas, absorbidos por la mucosa intestinal y devueltos al hígado por la circulación porta. El enterodiol y la enterolactona se cree que son responsables de prevenir el riesgo y de reducir sustancialmente las tasas de incidencia de cánceres de próstata y de mama. Por tanto, de esta protección se benefician individuos con una dieta rica en granos y vegetales que contengan grandes concentraciones de secoisolariciresinol y matairesinol.

Como se ha dicho con anterioridad, existen más de 4500 tipos de flavonoides. Están presentes principalmente en las vacuolas de la mayoría de los tejidos vegetales, y pueden encontrarse en forma de monómeros, dímeros o grandes oligómeros. También pueden presentarse como mezclas de componentes oligoméricos/poliméricos coloreados de cortezasy maderas. Además hay flavonoides que participan en las interacciones planta-animal, así por ejemplo, los colores de las flores y frutos, los cuales normalmente funcionan para atraer a los polinizadores y dispersadores de las semillas, suelen proporcionarlos antocianinas presentes en las vacuolas celulares, tales como las pelargonodinas (naranja, salmón, rosa y rojo), las cianidinas (magenta y crisol), y las delfinidinas (púrpura, malva y azul). Otros flavonoides relacionados, como son los flavonoles, las flavonas, chalconas y auronas, también contribuyen a la definición del color. La manipulación por el hombre del color floral afectando las síntesis de determinados flavonoides ha tenido bastante éxito, particularmente en las petunias.

Determinados flavonoides, como por ejemplo el kaempferol, pueden aportarle a la planta protección frente a la radiación UV-B. Otros pueden actuar como atrayentes de insectos, como es el caso de la isoquercitina en las moreras, un factor implicado en el reconocimiento de sus especies hospedadoras. En contraste, otros flavonoides como son las proantocianidinas dan mal sabor a ciertas partes de la planta actuando así como repelentes de herbívoros. Los flavonoides apigenina y luteolina sirven como moléculas señal en la interacciones simbióticas entre las leguminosas y las bacterias fijadoras de nitrógeno. Por otro lado, los isoflavonoides están implicados en inducir respuesta de defensa ante el ataque de hongos en la alfalfa y otras especies vegetales.

Respecto a utilidades para el hombre, se ha visto que hay flavonoides que tienen cualidadesfarmacológicas y protectoras para la salud. Se ha demostrado que algunos modulan el sistema inmune y las respuestas inflamatorias, por su



impacto en la función del músculo. También los hay con cualidades anticancerígenas, antivirales, antitóxicas, y protectoras del hígado.

Hay un considerable interés en el uso de los isoflavonoides para la prevención del cáncer, ya que el consumo con la dieta de los isoflavonoides daidzeina y genisteina, los cuales están presentes en la soja, se piensa que reduce sustancialmente la probabilidad de padecer cánceres de mama o próstata en humanos.

Los compuestos fenólicos de las plantas contribuyen en general a impartir fragancias y sabores a nuestras comidas y productos industriales. Los capsaicinoides, como es el ejemplo de la capsaicina, son responsables de las propiedades irritantesde los pimientos rojos, mientras que los piperinoides le dan el sabor característico a la pimienta negra. Los deliciosos sabores de la canela y del jengibre son impartidos por derivados del cinamato y del gingerol, respectivamente. Por otro lado, los alifenoles establecen los sabores y olores característicos al aceite de clavos, habitualmente utilizado en los tratamientos de dolores dentales. La vanillina, procedente de las semillas de vainilla, es extensamente utilizada en panadería y confitería.

FUNCIONES DE LOS METABOLITOS SECUNDARIOS EN LAS PLANTAS

Durante los primeros estudios, aunque los valores para el hombre de los metanolitos secundarios eran bien reconocidos, su importancia para las plantas no lo era. De hecho, en un principio se pensaba que los metanolitos secundarios no tenían función alguna para la fisiología de la planta, y que no eran más que sustancias de reserva para el metabolismo primario. De este modo, el carbono, nitrógeno o azufre orgánicos sobrantes se acumularían en forma de metanolitos secundarios, que podrían ser posteriormente reutilizados por la planta para ser utilizados en el metabolismo primario. Sin embargo, hoy día se sabe que esta hipótesis no tiene validez alguna y que sólo se cumple en casos aislados como es el ejemplo de la hojas y granos en desarrollo del té y del café respectivamente, en los que el alcaloide cafeína representa entre un 4% y un 2% del peso seco en cada caso. Pero durante la maduración, la cafeína es degradada y su nitrógeno es reutilizado en la síntesis de aminoácidos y ácidos nucleicos (metanolitos primarios).

No obstante, en la mayoría de las plantas, la cantidad de carbono, nitrógeno o azufre orgánicos presentes en metanolitos secundarios es demasiado bajo como para considerarlos como de reservas para el metabolismo primario. Hoy día se sabe que lejos de ser meros anacronismos metabólicos, y como se ha dado a conocer a lo largo de este trabajo, los metanolitos secundarios son importantes para la interacción de la planta con su entorno.

Papel en las interacciones planta-microorganismo

Las plantas están constantemente expuestas a numerosos patógenos microbianos, principalmente hongos. Durante la evolución, algunas plantas han desarrollado diversos sistemas para defenderse de sus atacantes microbianos, tales como sistemas de defensa inducibles y constitutivos o mediante proteínas



antifúngicas, polímeros estructurales resistentes a los patógenos y antibióticos. A nivel estructural, los compuestos fenólicos son importantes para la defensa ya que constituyen los polímeros lignina y suberina. Ambos polímeros se sintetizan rápidamente alrededor del sitio de infección permitiendo aislar al patógeno del resto de la planta. Este proceso de lignificación inducido por la infección forma parte de la respuesta de defensa desarrollada por cereales frente al ataque de hongos.

Las plantas además hacen uso de antibióticos, ya sean del grupo de los compuestos fenólicos, de los alcaloides o de los terpenoides. A diferencia de los sintéticos, los antibióticos naturales no tienen un modo de acción especie-específico, por lo que por ejemplo, atacan contra la membranas celulares de los patógenos y para que sean efectivos, se requieren a altas concentraciones en la zona a defender. Ejemplos de antibióticos naturales son, dentro del grupo de los compuestos fenólicos, algunos isoflavonoides de leguminosas; de los terpenos están los sesquiterpenos tales como el capsidiol, sintetizado por la planta de tabaco. Mientras que son pocos los alcaloides que puedan actuar como antibióticos, como ejemplo está el del benzofenantridina alcaloide escoulerina.

Las plantas también utilizan los metanolitos secundarios como agentes de señalización durante la interacción con patógenos. Tras la infección con un patógeno, algunas especies vegetales, tales como el tabaco, trigo, pepino y arroz, desarrollan una resistencia hacia otros patógenos. A esta resistencia se la ha denominado resistencia sistémica adquirida (SAR del inglés systemic acquired resistance), y puede ser transmitida desde una parte a otra de la misma planta. Uno de los compuestos implicados en la transmisión de la señal es el ácido salicílico, un metabolito formado a partir del ácido cinámico. El ácido salicílico puede metilarse siendo así volátil, por lo que incluso permite activar la respuesta sistémica adquirida en las plantas vecinas.

Además de su importancia para la defensa de la planta frente a microorganismos, los metanolitos secundarios también permiten atraer a microorganismos simbiontes. Así es el caso de los flavonoides que producen las leguminosas para atraer a las bacterias fijadoras de nitrógeno.

Papel de los metanolitos secundarios en las interacciones planta-insecto

Las plantas presentan una interacción compleja con los insectos, ya que los requieren para la polinización pero también se han de defender de las plagas. En lo que se refiere a la polinización, los metanolitos secundarios son utilizados como pigmentos de las flores y aromas atrayentes. Respecto a defensa contra insectos, hay metanolitos secundarios que son tóxicos por ingestión para determinadas especies, los hay que incluso actúan antes de que el insecto se pose sobre la planta y la pruebe, como es el caso de algunos terpenoides volátiles. Sin embargo, cada especie de insecto suele ser hospedadora de unas especies determinadas de plantas habiéndose adaptado a las toxinas que éstas producen. Es más, hay insectos que incluso se benefician, por ejemplo, algunas mariposas utilizan pirrolidina alcaloides procedentes de los exudados de las plantas como base para producir sus propias feromonas.



Papel en las interacciones planta-vertebrados

Al igual que los insectos, los mamíferos y aves pueden jugar un papel importante como polinizadores, dispersores de semillas, o incluso causarle daños a la planta. Las plantas igualmente hacen uso de sus metanolitos secundarios para selectivamente atraer o bien repeler a los animales. Así pues, pueden atraer a los polinizadores y dispersores de semillas utilizando aromáticas y/o coloreadas flores o frutos. Por ejemplo el monoterpeno limonero, es el principal causante del aroma de los cítricos, mientras que el compuesto fenólico eugenol es el característico de las bananas. Los metanolitos secundarios son también utilizados como edulcorantes de la fruta, tal es el caso de un derivado del compuesto fenólico naringenina presente en las uvas, y que es 500 veces más dulce que la sacarosa.

En lo que se refiere a defensa frente a herbívoros, lo más común es producir simplemente sustancias desagradables al paladar de estos individuos. Sin embargo, en algunos casos, esas mismas sustancias resultan ser de atractivo para los humanos y las utilizamos como aditivos de nuestras comidas, tal es el caso de los monoterpenos y compuestos aromáticos producidos por las hierbas y especias. A su vez, las plantas también producen metanolitos secundarios que son tóxicos para el herbívoro, éstos también suelen tener mal sabor y hacen su efecto en poco tiempo tras su ingestión. Un ejemplo es el del piperidina alcaloide coniína de abeto. Otros venenos tienen riesgo de toxicidad crónica, como es el caso del sesquiterpeno ptaquilósido, que está presente en helechos y provoca ceguera y cáncer en el hígado.

De manera alternativa, las toxinas vegetales pueden afectar al éxito de reproducción de los mamíferos que pastandebido a que son tóxicos, causan malformaciones en los fetos en desarrollo, como ha sido demostrado que ocurre con alcaloides de solanáceas, o incluso previenen la ovulación, como hace la daidzeina, que actúa como los estrógenos.



CONCLUSIONES

La cantidad y variedad de metanolitos secundarios producidos por las plantas, además de otros compuestos de otras clases de género, como las enzimas, constituyen un potencial, al alcance de mano, para el desarrollo de nuevos medicamentos más eficaces y seguros, dadas las propiedades biológicas y farmacológicas que han sido reportadas para ellos, sobre todo en países en vías de desarrollo o subdesarrollo, e incluso en las naciones con altos niveles de desarrollo económico las medicinas a base de plantas son reconocidas como una de las opciones más atractivas.



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