Metabolitos Primarios y Secundarios - Clase 3

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METABOLITOS PRIMARIOS Y SECUNDARIOS Q.F. A. Sánchez U.

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METABOLITOS PRIMARIOS Y

SECUNDARIOS

Q.F. A. Sánchez U.

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Metabolitos primarios y metabolitos secundarios

Primarios o esenciales, (son imprescindibles para mantener las funciones vitales de los seres vivos, su crecimiento y reproducción. Incluyen: • Carbohidratos (azúcares), • Lípidos (grasas y aceites), • Péptidos (aminoácidos), • Vitaminas, • Acidos nucleicos, entre otros. Secundarios: su presencia no tiene que ver con las funciones vitales de cada individuo, se vinculan a la relación con el medio ambiente y sus exigencias ecológicas.

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ESQUEMA DEL METABOLISMO PRIMARIO Y SECUNDARIO

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El contenido en metabolitos secundarios y la relación entre distintos

constituyentes no son valores estáticos, sino que varían durante la vida de la

planta en relación a la interacción de factores internos o externos.

Variación en la concentración de los metabolitos secundarios

Factores genéticos o endógenos

Mutaciones

La exposición a radiaciones puede

cambiar la morfología o la naturaleza bioquímica

de una planta.

Poliploidismo

Aumento del Nº de cromosomas sin

reducción previa. Puede ser natural o artificial. Se realiza para aumentar la

cantidad de constituyentes activos.

Hibridación

Cruzar individuos de diferente especie. Puede usarse para aumentar la

resistencia a enfermedades, aumento

del tamaño de fruto, mayor cantidad de

componentes activos, cambio de color, etc.

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Variación en la concentración de los metabolitos secundarios

Efectos ecológicos o exógenos

Clima o luz Por ejemplo: los carbohidratos

producido por las hojas están en relación a la

intensidad luminosa recibida.

Las temperaturas bajas disminuyen la

velocidad de las reacciones

enzimáticas.

Altitud o latitud

La latitud es importante para la

producción de grasas. Por ejemplo: las

plantas tropicales presentan mayor

contenido de ácidos grasos saturados que las plantas de climas

subtropicales.

Alelopatía

Esta interacción puede ser beneficiosa o

perjudicial.

Cuando distintas plantas crecen una al

lado de la otra, pueden afectar el

desarrollo de las hojas o la maduración de los

frutos.

Ej: el crecimiento de la belladona es inhibido por plantas cercanas

de mostaza.

Nutrición

Se relaciona con la luz debido a que son

organismos autótrofos.

Ej: el contenido de glicósidos del digital es mayor en la tarde que en la noche, ya

que hay mayor cantidad de

azúcares disponibles para formar glucósidos.

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Variación en la concentración de los metabolitos secundarios

Etapas del desarrollo de la planta

• Los órganos de las plantas jóvenes o viejas pueden variar en su contenido de metabolitos secundarios.

• En muchos casos los aceites esenciales de las flores son producidos por pelos glandulares y llegan al máximo justo antes de que la flor abra, más que cuando el desarrollo de los pelos glandulares es máximo, para bajar luego de abierta la flor.

• En algunos casos el contenido de alcaloides es mayor en plantas jóvenes; pero en general aumenta con la edad de las plantas cuando son perennes.

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Variación en la concentración de los metabolitos secundarios

EFECTO DE LA PRESERVACIÓN Y EL PROCESAMIENTO

Durante el secado

Actividad enzimática

En el material desecado, las enzimas no están

completamente destruidas y pueden recuperar su actividad bajo condiciones apropiadas.

Ventajas: secado de vainilla, cacao, hojas de té.

Desventajas: algunas enzimas pueden deteriorar la actividad

de los componentes de las plantas. Ej: en el opio una

peroxidasa puede producir la disminución del 50% de la

morfina.

Oscurecimiento

La chinchona, cáscara sagrada, canela y otras cortezas son

blanco amarillentas en estado fresco, pero pardas con el

secado.

Algunas enzimas producen oxidación de polifenoles

(taninos, flavonoides), a las quinonas correspondientes, las

que se polimerizan espontáneamente dando compuestos coloreados

oscuros.

Evaporación Durante el desecado según el

tiempo, sol, calor, se puede perder una parte de los aceites

esenciales por evaporación, aún más si se realiza un

desecado con calor.

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Variación en la concentración de los metabolitos secundarios

EFECTO DEL ALMACENAMIENTO

Las transformaciones que se producen en el procesamiento son más rápidas pero como el tiempo de almacenamiento puede ser largo, las transformaciones pueden llegar a ser

importantes.

Procesos enzimáticos

Si no se han usado métodos de

estabilización, las enzimas no son

totalmente destruidas con el

secado.

El vegetal debe almacenarse en

envases cerrados con agentes

desecantes o en envases sellados.

Procesos oxidativos

Los aceites esenciales por

exposición al aire, pueden formar

aldehídos, cetonas, ácidos y peróxidos.

Un importante problema es la

oxidación del ácido ascórbico,

carotenoides y tocoferoles.

Enranciamiento de las grasas

Durante este proceso se forman nuevos

compuestos que pueden cambiar la

consistencia, sabor y aroma. la rancidez

puede ser:

a. Acida (agua, lipasas)

b. Cetónica o aldehídica (oxígeno y m.o)

c. Peroxídica

Volatilización

Ejemplo: en los aceites esenciales.

Este problema puede evitarse con un almacenamiento

hermético.

Racemización

La forma racémica de la L hiosciamina es la atropina que

tiene menor actividad.

Los alcaloides del ergot también se

racemizan durante el almacenamiento,

perdiendo actividad.

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CARACTERISTICAS DE LOS PRINCIPIOS

ACTIVOS

Heterósidos

Alcaloides

Aceites

esenciales

Sustancias nitrogenadas

que aparecen en cualquier

órgano: Nicotina (raíces del

tabaco), Quinina (corteza)

Formados por glúcidos unidos

a su genina (excreción)

Digitalina, salicósido, etc.

Desechos del

metabolismo de

la planta: esencias y las resinas

Son emulsiones, que vierten de la planta

por los canales exteriores

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CARACTERISTICAS DE LOS PRINCIPIOS

ACTIVOS

OTROS PRINCIPIOS ACTIVOS

TANINOS VITAMINAS

ELEM. MINERALES

ANTIBIOTICOS

FLAVONOIDES

• Compuestos fenólicos

• Colorean marrón rojizo

los órganos que los tienen

• Utilizado en la curtiembre

• Es astringente, contravene-

no.

• Suministran catalizadores

bioquímicos.

• Ca, N, K, Na, etc.

• Oligoelementos: Zinc,

Hierro, Cobalto, cobre,

Manganeso, Litio, Niquel.

• La penicilina (hongo).

• Las esencias sulfuradas de

ajo, heterósidos de mosta-

za, cetona, terpénica de la

vellosilla (antibióticos) .

• Son colorantes, con

virtudes medicinales.

• Son generalmente de

pigmento amarillo.

• Muy próximos a la estruc-

tura de los taninos

• Se utiliza contra la

fragilidad capilar.

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MARCHAS

FITOQUIMICAS

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CONCEPTO

Son una serie de métodos para la detección

preliminar de los diferentes constituyentes

químicos de una planta, basados en la extracción

de estos a través de solventes apropiados y en la

aplicación de pruebas de coloración.

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MARCHA FITOQUIMICA PRELIMINAR

¿Qué compuestos se determinan?

ALCALOIDES

SAPONINAS

FLAVONOIDES

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MARCHA FITOQUIMICA PRELIMINAR

ALCALOIDES • Dragendorff

• Mayer

SAPONINAS • Prueba de la espuma

FLAVONOIDES Shinoda

Muestra seca y molida 2-3 g

Extracto

+ 20 mL de metanol, etanol, cloroformo o Éter isopropílico; calentar 5-10 min a Ebullición, filtrar

+ gotas de HCl 1% + agua (el doble de volumen) Sacudir 30 seg.

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MARCHA FITOQUIMICA PRELIMINAR PARA

ALCALOIDES

Extracto clorofórmico y Ext. Clorofórmico-alcohólíco

Separado

Muestra seca y molida 50 g

Extracto alcohólico

Etanol 95° reflujar 1 hora filtrar

Aprox. 15 g extraer HCl 5%, Alcalinizar NaOH 20% Extraer con CHCl3 y CHCl3:Etanol (3:2)

Concentrar

Concentrar, extraer con HCl 5% Filtrar

Solución ácida ALCALOIDES

• Dragendorff, Mayer y otros

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MARCHA FITOQUIMICA PRELIMINAR PARA FLAVONOIDES, ANTRAQUINONAS, TANINOS Y SAPONINAS

Extract. Petróleo Sol. A CCD bidimensional silicagel Extract. Petróleo: Acetona (80:20) ESTEROIDES

Muestra seca y molida 50 g

Extracto alcohólico

Etanol 95° reflujar 1 hora filtrar

20 g extraer con éter de petróleo

Concentrar

Extraer con etanol:Agua (1:7) 60°C

residuo

Sol. B

Flavonoides Antraquinonas Taninos Saponinas

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MARCHA FITOQUIMICA PRELIMINAR PARA FLAVONOIDES, ANTRAQUINONAS, TANINOS Y SAPONINAS

Precipitado

Muestra seca y molida 50 g

Extracto alcohólico

Etanol 95° reflujar 1 hora filtrar

Aprox. 10 g pptar. Con Pb(AcO)2 5%

Concentrar

Extraer con CHCl3, secar (Na2SO4), Concentrar, CC alúmina neutra activada, Eluir con CHCL3: MeOH (90:10)

filtrado

Ext. SCC

CCD silicagel CHCl3:Me2CO(90:10)

SESQUITERPENLACTONAS Y CUMARINAS

CCD silicagel, CH2Cl2:MeOH:H2O

(87:12:1): CARDIOTÓNICOS

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RECORDEMOS

El estudio de las plantas comprende 4 etapas bien definidas:

Recolección y clasificación botánica de la especie en estudio

Extracción, separación y purificación de constituyentes químicos.

Determinación estructural

Ensayos biológicos y farmacológicos

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Aceites esenciales

Obtención: Materia prima fresca: Destilación por arrastre de vapor de agua

Reacciones de Identificación: Colorimetría y precipitación de acuerdo a los grupos funcionales que tengan:

Precipitado color amarillo (xantatos): Ms CS2 y KOH

Precipitado color rojo (Aldehídos y cetonas): Ms 2,4DNFH

Coloración púrpura (ésteres): Hidroxilamina + FeCl3.

Decoloración de las insaturaciones con Bromo en CCl4 o por una solución acuosa de KMnO4.

Análisis espectrométrico: Es utilizado para obtener una información sobre su posible composición y asumir la presencia o ausencia de algún grupo funcional.

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UV: Absorciones intensas entre 202 y 210 nm Indicada para compuestos saturados

LONGITUDES DE ONDA PARA LECTURAS DE ACEITES ESENCIALES

UV: Absorciones entre 215 - 250 nm Indicada para compuestos Insaturados

UV: Absorciones intensas entre 250 y 270 nm Indicada para compuestos AROMÁTICOS

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DETERMINACIONES DE LOS ACEITES ESENCIALES

Valores de Indice de Refracción, gravedad, rotación Específica, rango de temperatura de ebullición, punto de

Cristalización, I.A. IE, etc

Ejemplo de Aplicación: ACEITE ESENCIAL DE EUCALIPTO: De la destilación por arrastre de vapor de hojas frescas de eucalipto

Se obtiene un aceite esencial de I.A. 0.4921 e IE 1,4039

El espectro de RMN: muestra un aceite esencial llamado: CINEOL

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ANALISIS PARA ALCALOIDES

EXTRACCION:

Solución acuosa o alcohólica débilmente ácida (HCl 1N ó

H2SO4 1N), luego el extracto alcalinizado con amoniaco,

hidróxido de calcio o carbonato de sodio; y los alcaloides

liberados y los alcaloides extraídos finalmente con

solventes orgánicos (cloroformo, diclorometano, éter etílico,

obteniéndose el extracto crudo.

Es preferible desgrasar todo el material antes de iniciar el

proceso.

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ANALISIS PAR ALCALOIDES

REACCIONES DE COLORACION Y DE PRECIPITACIÓN:

Para ello se utilizan diferentes reactivos generales: Mayer, Dragendorff, Wagner, Donneschein, etc.

TECNICAS CROMATOGRAFICAS: La más utilizada es la CCD que utiliza silicagel.

Cada técnica cromatográfica y sus componentes son específicos para cada aplicación.

Ejem: En silicagel G alcalino (con KOH 0,5N): EtOH 70°:NH3 25% (99:1) identifica alcaloides tropánicos.

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BIOQUIMICA DEL VEGETAL Y SU IMPORTANCIA PARA ENCONTRAR FITOCONSTITUYENTES

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BIOQUIMICA DEL VEGETAL Y SU IMPORTANCIA PARA ENCONTRAR FITOCONSTITUYENTES

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FITOCONSTITUYENTES DE TIPO MONOTERPENOS Y AROMÁTICOS VOLATILES

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FITOCONSTITUYENTES DE TIPO MONOTERPENOS Y AROMÁTICOS VOLATILES