UNIVERSIDAD DE CONCEPCINCAMPUS LOS NGELESDEPTO. de CIENCIAS y TECNOLOGA VEGETALQumica Vegetal IBV

METABOLITOS SECUNDARIOSMETABOLITOS SECUNDARIOSParte 1Parte 1

Prof. ngela Machuca H.Prof. ngela Machuca H.

METABOLITOS SECUNDARIOS

ASPECTOS GENERALES.

TERPENOIDES. TERPENOIDES.

COMPUESTOS FENLICOS.

COMPUESTOS NITROGENADOS.

OTROS.

ASPECTOS GENERALES.ASPECTOS GENERALES.--

BacteriasBacterias

VirusVirus

NemtodosNemtodos

InsectosInsectos

HongosHongos MamferosMamferos

HerbvorosHerbvoroscaroscaros

BARRERAS FSICASBARRERAS FSICAS

Reducen la prdida de

CUTINACUTINA

CERASReducen la prdida de agua y adems actan

como barreras que dificultan la entrada de

bacterias y hongos patgenos.

SUBERINASUBERINA

CERAS

BARRERAS BARRERAS FSICASFSICAS

No evitan No evitan completamentecompletamente

METABOLITOS METABOLITOS SECUNDARIOSSECUNDARIOS

Grupo de compuestos Grupo de compuestos producidos por las plantas.producidos por las plantas.Constituye real mecanismoConstituye real mecanismo

de defensa contra una de defensa contra una completamentecompletamenteel ingreso de el ingreso de

agentes agentes patgenos.patgenos.

de defensa contra una de defensa contra una variedad de agentes variedad de agentes

potencialmentepotencialmentedainos.dainos.

METABOLITOS SECUNDARIOS = PRODUCTOS SECUNDARIOS= PRODUCTOS NATURALES.

Grupo muy diverso de compuestos orgnicos que parecenno tener una funcin directa con el crecimiento y

desarrollo de las plantas.

TERPENOS.

COMP. FENLICOS.

COMP. NITROGENADOS.

HISTORIA DE LA INVESTIGACIN EN PRODUCTOS NATURALESHISTORIA DE LA INVESTIGACIN EN PRODUCTOS NATURALES

Terpenoides:carotenoides, grupo fitol,esteroles, giberelinas.

Compuestos aromticos (anillos de flavonoides).

PEPPEPLigninas, Auxinas.

(anillos de flavonoides).

cido asprtico

Alcaloides

METABOLITOS SECUNDARIOS Grupo muy diverso de compuestos orgnicos (ms de 200.000

estructuras definidas) que parecen no tener una funcin directa con el crecimiento y desarrollo de las plantas.

Funcin indispensable como componentes Funcin indispensable como componentes de las estrategias de supervivencia de las de las estrategias de supervivencia de las

plantas en un ambiente hostil.plantas en un ambiente hostil.

METABOLISMO PRIMARIO INCLUYE TODOS METABOLISMO PRIMARIO INCLUYE TODOS LOS PROCESOS ESENCIALES PARA EL LOS PROCESOS ESENCIALES PARA EL

CRECIMIENTO Y DESARROLLO, MIENTRASCRECIMIENTO Y DESARROLLO, MIENTRASEL SECUNDARIO ES INDISPENSABLE PARA LAEL SECUNDARIO ES INDISPENSABLE PARA LA

SUPERVIVENCIA DE UN INDIVIDUO EN SUPERVIVENCIA DE UN INDIVIDUO EN SU AMBIENTE.SU AMBIENTE.

Hartmann, 2007

METABOLISMO SECUNDARIO COMPRENDE TODAS LAS METABOLISMO SECUNDARIO COMPRENDE TODAS LAS INTERACCIONES DE LAS PLANTAS CON EL AMBIENTE, INTERACCIONES DE LAS PLANTAS CON EL AMBIENTE,

BITICO Y ABITICO.BITICO Y ABITICO.

Metabolitos Secundarios:

Distribucin restringida en el Reino Plantae (diferencia de primarios). Dispensables para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Pueden ser continuamente modificados y adaptados a las demandas de una presin de seleccin ambiental en continuo cambio.

Algunos pueden llegar a cumplir funciones primarias; otros alcanzaron funciones primarias y secundarias (respuesta a un proceso evolutivo). funciones primarias y secundarias (respuesta a un proceso evolutivo). Ej.: Flavonoides afectan el transporte de auxinas y el proceso de desarrollo en Arabidopsis.

Canavanina, almacenaje de N para la germinacin de semillas y sistema de defensa contra herbvoros.

Hartmann, 2007

Hartmann, 2007

GRAN INCREMENTO EN LOSESTUDIOS SOBRE

SINTESIS, BIOSNTESIS Y ACTIVIDAD BIOLGICA DE

METABOLITOS SECUNDARIOS.

TERPENOS, TERPENOS, TERPENOIDES OTERPENOIDES OISOPRENOIDES.ISOPRENOIDES.--

TERPENOS, TERPENOIDES O

ISOPRENOIDES.-

Mayor clase de metabolitos secundarios.

Responsables de los aromas de la menta, cedro, pinos, eucaliptos,rosas y del color de zanahorias y tomates.

Se encuentran en diversas especias y sabores, como albahaca, gengibre, hierbabuena, limn como albahaca, gengibre, hierbabuena, limn y clavo; y en productos comercialescomo la trementina, caucho, cera de arrayn, colofonia, y ciertos medicamentos.

Constituyen tambin algunas hormonas vegetales (Ej: cido abscsico y giberelinas).

Forman el fitol (clorofila).

No son exclusivos de plantas (producidos por hongos y algunos organismos marinos).

Generalmente insolubles en agua.

Variedad de funciones: mediacin de interacciones antagonistas y beneficiosas entre individuos; sistemas de defensa contra predadores, patgenos, competidores.

Biosintetizados a partir de AcetilCoA por la Va del cidoVa del cido

MevalnicoMevalnico (MEV)(MEV), o a partir de intermediarios glucolticos por la Va del Va del

Fosfato de Fosfato de MetileritritolMetileritritol (MEP).(MEP).

ESTRUCTURALMENTE

Terpenos se clasifican de acuerdo al nmero de unidades de isopreno. Los ms sencillos tienen 2 unidades (10 C) : Monoterpenos.

Esqueletos de C constituidos por unidades de Esqueletos de C constituidos por unidades de isoprenoisopreno. .

Monoterpenos : 2 unidades (C10). Sesquiterpenos : 3 unidades (C15). Diterpenos : 4 unidades (C20). Triterpenos : 6 unidades (C30). Tetraterpenos : 8 unidades (C40). Politerpenos : > 8 unidades.

2-metil-1,3-butadieno

Mentol

Pueden ser acclicos o Mono-, Bi-, Tricclicos (dependiendo del nmero

de anillos).Muchos pueden contener oxgeno en la forma de aldehdos, cetonas,

alcoholes, cidos, teres, steres (cclicos),etc.etc.

Citral-pineno

(Gershenzon&Dudareva, 2007)

DITERPENOS Y TETRATERPENOS

POLITERPENO :POLITERPENO : Caucho o Hule natural (Caucho o Hule natural (ciscis--1,41,4--poliisopreno).poliisopreno).

MONOTERPENOSMONOTERPENOS((CC1010).).--

Principales componentes de los aceites esenciales (junto con Principales componentes de los aceites esenciales (junto con sesquiterpenos) y oleoresinas defensivas de plantas aromticas.

Presentes en hojas, flores, frutos, races, rboles, resinas, etc. (5% en peso de la planta seca).

Importantes funciones ecolgicas para las plantas como atractantes de polinizadores, agentes alelopticos y mecanismos de defensa en plantas.

Uso extensivo en industria de alimentos, farmacutica y de cosmticos.

MONOTERPENOS(C10).-

Voltiles, forman mezclas complejas, frecuentemente de ismeros difciles de separar.

Excepcin: alcanfor existe en forma pura en su fuente natural (madera de Cinnamomun canphora).Olor fuerte y penetrante.Uso: blsamo, anestsico local yantimicrobiano. Repelente polillas.

Isoprenos pueden unirse a travs de combinaciones cabeza-cola,cabeza-cabeza y cabeza-mitad, para formar dmeros, trmeros, polmeros.

Nerol (C10H18O) = cis-3,7-dimetil-2,6-octadien-1-ol Alcohol monoterpnico acclico

Aceite de lemongrass, aroma dulce, rosas, usado perfumera.

MONOTERPENOS ACCLICOS.-

Citral

Linalool: flores y plantas aromticas; olor floral con toque mentolado.

Geraniol: ismero trans- del nerol; aceite de rosas (>%), geranios, limones. Usado en perfumes y alimentos. Repelente de insectos.

Citral: mezcla de ismeros geranial (citral a) y neral (citral b); aceite de lemongrass (%>), limones, limas, naranja, verbenas. Olor ctrico. Cymbopogon citratus

MONOTERPENOS ACCLICOS.-

MONOTERPENOS CCLICOS.-

Aceite de menta

Limoneno** **

Extraccin de ctricos, olor caracterstico a naranjas y limones.Ambos ismeros se acoplan a receptores olfativos diferentes en la nariz.Ismero (R): olor naranja; Ismero (S) : olor limn.Limoneno levgiro (-) : cscara de naranja.Limoneno dextrgiro (+) : cscara de limn.Usos : aromatizante y saborizante (flavor) en industria farmacutica yde alimentos; disolvente biodegradable; efectos anticancergenos.

limoneno

O

pulegona

O

mentona

*

*

*

*

MONOTERPENOS MONOCCLICOS.MONOTERPENOS MONOCCLICOS.--

(9-31%)(abortiva)(

Familia del tuyano

O

*

*

tuyona

Familia del pinano

*

MONOTERPENOS BICCLICOS.MONOTERPENOS BICCLICOS.--

AlcanforPuede ser producido del aceite de trementina (-

-pineno

O

verbenona

*

*

*

*

*

*

*

Familia canfano

O O

alcanfor fenchona

*

* *

*

aceite de trementina (-pineno).

Tujona o thuyone, txico, psicoactivo y convulsivante. Extrado del ajenjo (Artemisia absinthium), Thuja occidentalis, enebros, salvia, como mezcla de ismeros.

Sobredosis txicas para cerebro e hgado. -tujona ms potente. T. occidentalis (confera) se utiliza como estimulante del sistema inmune. > 60 mg dosis letales para ratones en ensayos de laboratorio.

Ejemplos de monoterpenos acclicos, monocclicos y bicclicos.

IRIDOIDES Monoterpenos bicclicos irregulares, encontrados en una amplia variedad de plantas y en algunos animales.

Nombre deriva de un gnero de hormigas (Iridomyrmex) que produce los compuestos como secrecin defensiva.

Sintetizados a partir de isopreno e intermediarios en la biosntesis de alcaloides.

Ej.: Nepetalactona (sustancia sedante).Principio activo de la npeta, Menta de los gatos, hierba gatuna, catnip.

Mismo olor de una feromona presente en la orina de las gatas.

Ruptura de un enlace en el ciclopentano da origen a subclase:

seco-iridoides.

Iridoides de plantas se encuentran glucosilados, generalmente unidos a glucosa.

IRIDOIDES

glucosilados, generalmente unidos a glucosa.

Aislados y purificados de las plantas, presentan una gran variedad de actividades biolgicas: cardiovascular, antihepatotxica,hipoglicmica, antiinflamatoria, antiespasmdica, antitumoral, antiviral, inmunomodulador, laxante.

Producidos por las plantas como sistema de defensa contra hervboros o contra la infeccin por microorganismos.

IRIDOIDES

hervboros o contra la infeccin por microorganismos.

Para los humanos y otros mamferos, tienen un sabor amargo disuasor.

Pueden ser utilizados como repelentes de mosquitos.

SESQUITERPENOS (C15).-

Grupo ms diverso de terpenoides. Constituyentes importantes de aceites esenciales (monoterpenos). Muchos actan como fitoalexinas, antibiticos, inhibidores o disuasores de hervboros oportunistas (efecto deterrente), fitohormonas (cido abscsico).

Pueden presentarse como estructuras acclicas, mono-, bi-, tri o Pueden presentarse como estructuras acclicas, mono-, bi-, tri o tetracclicas.

Sesquiterpenos acclicos presentan una estructura

bsica derivada del farnesol.(farnesanos).

SESQUITERPENOS.-

Farnesol y Nerolidol : aceites esenciales de diferentes

fuentes vegetales.

Farnesol : aceite esencial de citronella, neroli (flores de naranjo citronella, neroli (flores de naranjo amargo), ciclamen (violetas persia), lemon grass, rosas, tuberosas (begonias), blsamo y tambin de origen animal (almizcle o musk). Muy usado en perfumera para intensificar aromas florales dulces. Pesticida natural de caros, feromona para insectos y mamferos.

SESQUITERPENOS.-

Farnesol y Nerolidol : aceites esenciales de diferentes

fuentes vegetales.

Nerolidol (peruviol): aceite de Nerolidol (peruviol): aceite de neroli, jazmn, lavanda, lemon grass, gengibre, rbol del t. Aroma amaderado, recuerda corteza fresca. Usado como saborizantey en perfumera. Existe como ismeros cis/trans.

SESQUITERPENOS CCLICOS.-

-(-)-bisabolol

CIDO ABSCSICO (ABA) : Sesquiterpeno cclico cuya funcin principal es la de hormona vegetal.

Tiene dos ismeros geomtricos (cis/trans) interconvertibles y dos enantimeros (R/S), no interconvertibles.dos enantimeros (R/S), no interconvertibles.

Ruta de biosntesis originada en los carotenoides.

Produccin aumenta en las hojas por estrs hdrico, provocandocierre de los estomas y disminuyendo la transpiracin.

Variedad de funciones en el desarrollo de una planta.

Sntesis ocurre en plastdios (cloroplastos).

GOSIPOL : sesquiterpeno cclico dimrico.

Compuestos producidos en condiciones de estrs.

Presente en glndulas subepidrmicas de capullos florales inmaduros y semillas dealgodonero (Gossypium spp.).

Propiedades insecticidas y un enorme potencial farmacutico como contraceptivo masculino (-). Estudios recientes en tratamiento de endometriosis. Propiedades anti-cancergenas.

LACTONAS SESQUITERPNICAS :

Grupo numeroso de compuestos (> 500 conocidos), caracterstico de la familia Compositae, tambin en otras familias.

reas de investigacin ms activas de la fitoqumica : actividad antitumoral, antileucmica, citotxica y antimicrobiana.

Pueden causar alergias de piel en humanos y actan como potentesdeterrentes de insectos (sabor amargo).deterrentes de insectos (sabor amargo).

LACTONAS SESQUITERPNICAS :

ARTEMISINA : Principal componente de un frmaco chino antimalaria utilizado desde hace muchos aos en la medicina herbolaria china.

Extrado de Artemisia annua, ajenjo dulce Extrado de Artemisia annua, ajenjo dulce o chino. Planta tiene efectos anticancergenos (pulmn, prstata).

Tratamientos de la malaria combinado con

otras drogas antimalricas sintticas, para que el parsito(Plasmodium falciparum) no desarrolle resistencia.

DITERPENOS (C20).-

Compuestos txicos y deterrentes alimentarios.

Menos voltiles que los mono- y sesquiterpenos, menos frecuentes en aceites esenciales.

Muy comunes en cidos resinosos de conferas resinosos de conferas (mecanismo de defensa contra patgenos). Algunos son irritantes para la piel (ej.: cido abitico); muchos tienen una importante actividad farmacolgica.

DITERPENOS.-

Grupo de diterpenos fisiolgicamente activos : - Actividad de vitamina.- Fitohormonas que regulan el crecimiento y germinacin. - Agentes de resistencia a enfermedades (fitoalexinas). - Drogas anticancergenas.- Canabinoides naturales.

retinolretinol

GiberelinaGiberelina

Excepcionalmente pueden presentar cadena abierta: Fitol o Geranilgeraniol.

Cadena lateral :Clorofila

Vitamina EVitamina K

Crocetina (color azafrn)

TAXOL . Obtenido de la corteza de la confera Taxus brevifolia o tejo del Pacfico. Inhibidor mittico, potente anticancergeno : ovario, pulmn, mama, sarcoma de Kaposi. Frmaco se conoce como paclitaxel y se comercializa como Taxol.

Estereoismero activo (-)-paclitaxel (11 Estereoismero activo (-)-paclitaxel (11 estereocentros R/S).

CANNABINOIDES NATURALES.

Grupo de diterpenos presentes enCannavis sativa.

Todos se relacionan estructuralmente conel tetrahidrocannabinol (THC), son capacesde unirse a receptores especficos para canabinoides en el ser humano.

THC es ingrediente psicoactivo de la THC es ingrediente psicoactivo de la planta.

Usos teraputicos experimentales en el glaucoma, analgsicos en tratamiento delcncer y esclerosis mltipla.

THCTHC

GIBERELINAS.

GA1GA1

Familia de compuestos de ms de 130miembros, con estructura qumica semejantes, pero pocas son activas biolgicamente.

Entre las ms importantes en plantas estn GA1, GA3, fitohormonas responsa-bles de la elongacin de los tallos, germi-

ent-giberelano

GA3GA3

bles de la elongacin de los tallos, germi-nacin de semillas, desarrollo de frutos,...

Todas tienen un esqueleto comn de ent-giberelano, y existen en forma librecomo C20 (inactivas) y C19 (activas).

Relacin estructura-funcin muy importante. Grupos funcionales importan-tes : ac. carboxlicos, lactonas, OH-alcohol.

TRITERPENOS (C30).-

Grupo que incluye estructuras qumicas muy variadas, como los esteroides.

Muchos glicsidos importantes tienen naturaleza triterpnica,como las saponinas.

Algunos tienen funcin hormonal (brasinoesteroides), componentes de membranas (fitoesteroles), fitoalexinas, toxinas, deterrentes y de membranas (fitoesteroles), fitoalexinas, toxinas, deterrentes y componentes de las ceras y resinas.

Escualeno es el precursor biolgico de todos los triterpenos.

Plantas y organismos fotosintticosAnimales y Hongos

Esteroides son triterpenos modificados, derivados del escualeno despus de una serie de re-arreglos (ciclacin, insaturacin y sustitucin).

- Amirin

Triterpenoides pentacclicos muy abundantes en plantas, principal-mente Lupeol.

Lupeol : diversas propiedades farmacolgicas, antiinflamatorias,antiartrticas, inhibicin de tumores en clulas animales.

Procrim A

tumores en clulas animales.

steres de cidos grasos (C20, C22, C26) del lupeol tienen actividad antimalaria.

Procrim A, ster del c. palmtico, aislados de propleo, producidopor abejas.

SAPONINAS.

Glicsidos de triterpenoides con propiedades detergentes (forman espuma cuando agitadas en agua).

Molculas contienen una parte soluble en lpidos y otra parte soluble en agua.

Son txicas (habilidad para formar complejos con esteroles). Son txicas (habilidad para formar complejos con esteroles).

TETRATERPENOS (C40).- Ms importantes son los pigmentos carotenoides, que cumplen funciones esenciales en la fotosntesis como pigmentos accesorios.

Cadenas de 40 C polinicas, a veces presentan anillos de C, y pueden presentar O en la cadena (xantfilas). Dan color a flores, frutos, races (zanahorias).

POLITERPENOS (> 8 unidades isopreno).-

Terpenos de muchas unidades de isopreno, incluyen el caucho y Gutapercha (PM > 100.000).

Caucho qumicamente puro : cis-1,4-poliisopreno. Gutapercha : trans-1,4-poliisopreno.