Universidad Nacional Mayor de San MarcosFacultad de Farmacia y BioqumicaBOTNICA GENERAL

Tema : Biognesis Celular de los Metabolitos Secundarios en el Proceso Fisiolgico de las Plantas.

Metabolitos secundarios

Definicin: se le llama metabolitos secundarios a las reacciones que no pertenecen al metabolismo bsico general, sino que derivan del metabolismo primario, se las designa colectivamente por metabolismo secundario; a las sustancias que intervienen en ellas, metablitos secundarios o sustancias vegetales secundarias.

Los metabolitos secundarios no ayudan a la formacin de la clula, estos metabolitos le brindan funciones ecoqumicas, actan como sustancias atrayentes o repelentes, inhibidores del consumo, microbicidas o sustancias inhibidoras frente a rivales vegetales.

Biosntesis de los metabolitos secundarios

Clases de metabolitos secundarios:

Terpenoides. Fenoles - flavonoides.

Alcaloides.Glucosinolatos y glucsidos ciangenos.

TERPENOS:Se llaman terpenos (o isoprenoides) todos los compuestos que pueden descomponerse fundamentalmente de sillares isopreno y derivan biosinteticamente del isopentenil-pirofosfato. Segn el nmero de sillares de C5, los terpenoides se coordinan en grupos que son muy representativos y cuyos integrantes desempean un gran nmero de funciones, entre ellas funciones ecoqumicas. Hay dos formas para sintetizar el C5 isopreni pirofosfato, la primera es la biosntesis citoplasmtica que parte del acetil CoA, con acido mevalonico como intermediario, la segunda forma es la biosntesis del plastidial que parte del piruvato y del D-3-fosfogliceraldehido, con 1- desoxi-D-xilulosa-5-fosfato como intermediario.

En otros seres como las bacterias solo utilizan la va acetato mevalonico, pero las cianobacterias utilizan la va desoxi-5-fosfato.Pueden clasificarse como:

hemiterpeno o isopreno (C5): es un producto voltil liberado en tejidos fotosintticamente activos. La isoprenosintasa est presente en los cloroplastos de plantas C3 .

Los monoterpenos(C10): fueron los primeros aislados. Son esencias voltiles de las flores. Muchos de ellos son txicos para los insectos. Por ej. Los piretoides presentes en hojas y flores de crisantemos. En las conferas se acumulan en los canales resinferos. Ej. alfa pineno, beta pineno, limoneno y mirceno. Son utilizables como insecticida.

TIPOS DE MONOTERPENOS

Sesquiterpenos (C10): Los ms conocidos son las sesquiterpenolactonas, agentes antiherbvoros que se encuentran en pelos glandulares de la familia Asteraceae.Se caracterizan por un anillolactona, un ster cclico de 5 C

Diterpenos (C20): Las euforbiceas, leguminosas y conferas producen estos terpenos.

Triterpenoides (C30): Incluyen esteroides. Algunos alcoholes esteroidales son importantes componentes de las membranas celulares de las plantas. Disminuyen la permeabilidad.

Las fitoedicsonas presentan la misma estructura bsica que las hormonas de algunas insectos, su ingesta es letal.

Otros triterpenos son compuestos antiherbvoros.Limonoides: Sustancias amargasCardenlidos: Son cardiotnicos

Saponinas: Son glicsidos triterpnicos con propiedades detergentes por tener una parte insoluble ( triterpeno) y una soluble (azcar) Son txicas por formar complejos con los esteroles.

Politerpenos ([C5]n): Son molculas de elevado peso molecular. Las gomas son los polmeros mejor conocidos y contienen 1500 a 15000 unidades de isopreno. El rbol ms conocido es la Hevea brasieliensis. Algunos herbvoros evaden el efecto txico de los metabolitos secundarios. Por ej. Detoxifican los productos lipoflicos como los terpenos convieirtindolos en solubles y los eliminan. Otros se convierten en txicos para otros predadores, ej. Monarca.

FENOLES :

Son aquellos que tienen como rasgo estructural comn un anillo aromtico con uno o ms sustituyentes hidroxilos.Para sus biosntesis varias vas metablicas conducen a fenoles, entre las ms importantes tenemos:

-La va del Shikimato y las vas que derivan de ella.

La va del acetato-malonato.

-La va de las sntesis de esteroides.

-Combinaciones de las vas metablicas.

Clasificacin:

-Flavonoides

-Cumarinas.

-Cromenos y benzofuranos.

FLAVONOIDES:Son un grupo de sustancias secundarias muy representado, con mltiples funciones, que se presentan particularmente de angiospermas y que hasta el momento no se han encontrado en algas y hongos, hepticas y antocerotes.

Biosntesis: se forman biogenticamente a partir de la ruta del shikimato y del acetato malonato.

Caractersticas y funcin en la planta:Como caractersticas generales de estos compuestos debemos sealar su solubilidad en agua y en etanol, su carcter fenlico y su intensa absorcin en la regin ultravioleta y visible del espectro es debido a la presencia de sistemas aromticos conjugados.

Usos y propiedades farmacolgicas

Los flavonoides se emplearon durante mucho tiempo como colorantes de lana, y actualmente se usan en la conservacin de grasas o jugos de frutas debido a las propiedades antioxidantes de algunas polihidroxiflavonas.

En cuanto a la accin farmacolgica tambin es extensa y variada:

-Contra la fragilidad capilar (bioflavonoides del genero Citrus: rutina y derivados.

-Espasmolticas: (glucsidos de apigenina)

-Antihepatotxica: silimarina de Silybum

-Dilatadores de las coronarias (proantociadinimas de Crataegus, Arnica y Gingko).

Cumarinas:Son metabolitos secundarios derivados del cido cinmico, y que su biosntesis transcurre por las vas shikimato y va polictido del acetato.

Distribucin:Las cumarinas son compuestos ampliamente distribuidas en las plantas, principalmente en las familias:-Umbeliferae.-Rutaceae.Pudiendo encontrarse en todas las partes de la planta, preferentemente en los frutos.

Caractersticas y funcin en la planta:Las cumarinas, como sustancias amargas, muestran un efecto inhibidor del consumo. Adems, la sustancia amarga slo se libera cuando hay una herida y, en las clulas intactas, se almacenan en las vacuolas como sustancia previa.

Caractersticas farmacolgicas:

-Accin anticoagulante y antibacterial del dicumarol.

-Accin antibitica de la novobiocina.

-La aguda hepatoxicidad y carcinogenicidad de ciertas aflatoxinas.

-Actividad estrogenica del cumestrol.

-Adems cabe destacar las aplicaciones de las cumarinas como saborizantes y en perfumera.

Cromenos y Benzofuranos

Son compuestos biogenticamente formados por combinacin de una unidad de isopreno y un sistema fenlico.

Biosntesis:El anillo fenlico es originado por la va acetato, mientras que el anillo heterocclico, formado por una unidad de C5 lo es a partir de un mecanismo terpenoidal.

Distribucin:Los cromenos y benzofuranos son productos naturales que se encuentran en algunas especies de:-Rutaceae-LiliaceaeCiperaceae.

Caractersticas y propiedades en la planta (tambin farmacolgica)

Muchos cromenos y benzofuranos han demostrado ser biolgicamente activos :

-El toxol y la dehidrotemona que son bacteriostticos.

-La tremetona, la dehidrotremetona y la hidroxitremetona.

-El 7-hidroxiencecalin y la 6-metoxieuparina son fototxicos.

-El encecalin tambin tiene accin insecticida.

ALCALOIDES:

Se definen como alcaloides a todas las sustancias a todas las sustancias que contiene nitrgeno enlazado heterocclicamente (por eso reacciona alcalticamente).

En la biosntesis de los alcaloides se dice que se derivan de los aminocidos, esto se dicen que son los verdaderos alcaloides, ya que se diferencian de los protoalcaloides o aminas biolgicas, porque estos ltimos se derivan de aminocidos, pero que el nitrgeno no se presenta de forma heterocclica, y de los pseudoalcaloides , en los cuales el nitrgeno no procede de un aminocido.

Caractersticas y funcin en la planta:Los alcaloides son casi siempre principios amargos o toxinas, que si bien no es vital para la planta(el 80 % de las plantas no contiene alcaloides), cumple diversas funciones que le sirven a la planta para protegerse la ingestin principalmente de invertebrados , tambin algunos se sintetizan cuando hay infeccin patgena , por lo tanto producen microbicidas( benzofenantridina macarpina de amapola de California).

Distribucin y clasificacinLos alcaloides se distribuyen principalmente en las siguientes familias de plantas:

-Solanaceas.

-Papaveraceas.

-Apocinaceas.

-Ranunculaceas.

Debido a la complejidad de estructuras que presentan los alcaloides, su nomenclatura no ha sido esquematizada y su clasificacin ha sido muy diversa :

-Segn la similitud con estructuras moleculares ms simples: alcaloides indlicos, alcaloides quinolnicos, alcaloides del tropano, etc.

-Segn el origen, gnero o especie de la planta: papaverina del Papaver, berberina del Berberis, senencinas del Senecio, coniina del Conium, cocana del Erytroxilum coca.

-Por accin fisiolgica: morfina( de Morpheo, dios del sueo), narcotina(del griego narkoo, entorpecer), emetina(del griego emetiko, vomitar).

-Por el nombre de su descubridor o investigador: pelletierina de pelletier, Nicotina de Jean Nicot.

Si bien la mayora de las plantas no contienen alcaloides hace suponer que no sean vitales para ellas, sin embargo; la accin fisiolgica es muy conocida y utilizada como drogas:

ATROPINA: antiespasmdico, estimulante, analgsico.COCAINA: estimulante, anestsico local, sedante.CODEINA: analgsico, sedante, hipntico.EMETINA:emtico,expectorante,antipirtico, amebicida.QUININA: tnico, antisptico, antipirtico.LOBELINA: expectorante, emtico, estimulante respiratorio.

GLUCOSINOLATOS (TIOGLICSIDOS):

Los glucosinolatos (tambin llamados tioglicsidos) son S-glicsidos en los que la glicona es b-D-tioglucosa y la aglicona es una oxima sulfatada. El radical R es el que diferencia a los diversos glucosinatos. Se encuentran en plantas dicotiledneas, y son especialmente abundantes en la familia de las Brassicaceae (crucferas). Constituyen un mecanismo de defensa para la planta.Los glucosinolatos son tioteres. Generalmente se trata de una entidad azcar, BD-thioglucose, con un enlace ster a una aglicona orgnico que es un grupo alquilo dando isotiocianato, nitrilo, tiocianato o un compuesto similar a la hidrlisis. Estos compuestos contribuyen a menudo un sabor amargo, "caliente" el sabor de los condimentos (mostaza, rbano picante) y pueden mostrar la actividad de bocio o antitiroideos.

Estructura general de un glucosinolatoMecanismo de defensa de la plantaHidrlisis del glucosinolato

Los glucosinolatos son inocuos, pero cuando la planta est siendo devorada por un animal (figura derecha de la tabla superior) o digerida por un rumiante, enzimas como la mirosinasa (que se encuentra separada fsicamente de los glucosinolatos) entra en contacto con estos compuestos, generando glucosa, cido sulfrico y compuestos voltiles como:Los isotiocianatos - es irritante para las membranas mucosas y no son fcilmente consumidos en cantidades suficientes para ser txico. Sin embargo, si se consumen como glicosinolatos y despus se hidroliza en isotiocianatos en el intestino, que pueden tener efectos potentes anti tiroideos e interfieren con la sntesis de hormonas tiroideas necesarias.

Oxazolidina-2-tionas - estn estrechamente relacionadas con isotiocianatos. Una forma en que se produce es por la conversin de la progoitrin glucosinolatos en la harina de semilla de colza a goitrina que a su vez se hidroliza a estos compuestos. 2-oxazolidina-tionas deprimir el crecimiento y aumentar la incidencia de bocio.

. Inhiben la funcin tiroidea mediante el bloqueo de la incorporacin de yodo a los precursores y por la secrecin de tiroxina tiroxina supresin de la tiroides. Nitrilos - deprimir el crecimiento, causar dao al hgado y lesiones en los riones, y en casos severos -> necrosis heptica, hiperplasia del conducto biliar, y megalocytosis del epitelio tubular en el rin. Tiocianatos - inhibir la absorcin de yodo por la tiroides -> que lleva a reducir la yodacin de la tirosina -> resultando en una menor produccin de la hormona tiroidea tiroxina importante.

Los glucosinolatos son los responsables del sabor picante de especias como la mostaza o los rbanos picantes. En algunos casos parecen ofrecer proteccin frente a algunos tipos de cncer. Uno de los glucosinolatos naturales ms abundantes es la sinigrina.

La sinigrina es la sal potsica del mironato, un S-glicsido que se encuentra en las semillas de la mostaza (marrn o negra), en la raz del rbano picante, en las coles de bruselas y en el broccoli (brcol). Si un animal ingiere una gran cantidad de estas plantas puede desarrollar una gastroenteritis mortal a causa del alil-isotiocianato que desprenden cuando la enzima mirosinasa hidroliza la sinigrina.

Algunas plantas comunes que contienen glucosinolatos incluyen:

Amoracia lapathifolia, rbano picante.

Brassica campestris, nabos.

Brassica oleracea, Col, brcoli.

Nasturtium officinalis, Berro.

GLUCSIDOS CIANOGNICOS:

Entre los mecanismos de defensa contra predadores de los vegetales se encuentra la sntesis de sustancias potencialmente txicas. Entre ellas, algunos vegetales sintetizan glucsidos que liberan cido cianhdrico por un proceso enzimtico cuando se daan mecnicamente, ocuando se comen.. Los glucsidos cianognicos tienen como estructura general

Los Glucsidos Cianognicos :Este tipo de glucsidos se aisl por primera a vez a partir del hueso de los albaricoques. Tambin se encuentra en las semillas y en los huesos de manzanas, cerezas, melocotones, cerezas, almendras, papaya y nectarinas, donde acta como una defensa qumica de la planta, ya que su hidrlisis por parte de las b-glucosidasas de las bacterias intestinales origina HCN. Esta propiedad se utiliza tambin con fines taxonmicos.

Muchos de estos hetersidos derivan del mandelonitrilo o 2-hidroxi-fenilacetonitrilo. En la figura de la derecha se representa el L-mandelonitrilo (al tener un carbono asimtrico, hay dos ismeros pticos posibles). Aunque contienen nitrgeno, son O-glicsidos en vez de N-hetersidos. La glicona puede ser un monosacrido (glucosa) o un disacrido como la gentibiosa o vicianosa. En la tabla inferior se ofrece una lista de diversos glucsidos pertenecientes a este grupo. Uno de los ms conocidos es la amigdalina.

La amigdalina Por hidrlisis cida origina el disacrido gentibiosa y la correspondiente genina (mandelonitrilo o 2-hidroxi-fenilacetonitrilo). Posteriormente el mandelonitrilo se descompone en benzaldehdo y cido cianhdrico:

A este compuesto se le atribuyen propiedades antitumorales, aunque no est demostrado. Su uso est prohibido en los Estados Unidos, ya que su ingestin produce envenenamiento por cianuro. A pesar de ello, hay gente que viaja a Tijuana (Mxico) para someterse a tratamiento o que lo compra por Internet. Tambin se le conoce como laetrile o Vitamina B-17 (aunque no es una vitamina).

GRACIAS