METABOLITOS SECUNDARIOS FARMACOGNOSIA-TEORA

METABOLITOS SECUNDARIOS DE LAS PLANTAS

Mgter. Valentn Murillo T

Metabolitos secundarios Se llama metabolitos secundarios de las plantas a los compuestos qumicos 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 pueden ser divididos en 3 grandes grupos, en base a sus orgenes biosintticos: Terpenoides

Los fenilpropanoides se clasifican en:

Flavonoides Estn presentes principalmente en las vacuolas de la mayora de los tejidos vegetales, y pueden encontrarse en forma de monmeros, dmeros o grandes oligmeros. Tambin pueden presentarse como mezclas de componentes oligomricos/polimricos coloreados de cortezas y maderas. Adems hay flavonoides que participan en las interacciones planta-animal.

Otros flavonoides relacionados, como son los flavonoles, las flavonas, chalconas y auronas, tambin contribuyen a la definicin del color. La manipulacin por el hombre del color floral afectando las sntesis de determinados flavonoides ha tenido bastante xito, particularmente en las petunias.

.Los flavonoides apigenina y luteolina sirven como molculas seal en la interacciones simbiticas entre las leguminosas y las bacterias fijadoras de nitrgeno. Por otro lado, los isoflavonoides estn implicados en inducir respuesta de defensa ante el ataque de hongos en la alfalfa y otras especies vegetales.

Los compuestos fenlicos 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 caracterstico a la pimienta negra. Compuestos nitrogenados o alcaloides Alrededor de 12.000 alcaloides que se conocen, que contienen uno o ms tomos de nitrgeno, son biosintetizados principalmente a partir de aminocidos. Los alcaloides poseen una gran diversidad de estructuras qumicas. Son fisiolgicamente activos en los animales, an en bajas concentraciones, por lo que son muy usados en medicina.Alcaloides Son molculas derivadas de aminocidos que tienen nitrgeno. Los ms relevantes son los alcaloides, pero adems se encuentran los glucosinolatos, los aminocidos proteicos, los inhibidores de proteasas y los glucsidos cianognicos.Los alcaloides son un grupo muy numeroso y heterogneo de molculas que derivan de aminocidos, que cuentan con un tomo de nitrgeno en un anillo heterocclico y que en disolucin acuosa aumentan el pH.

El glucsido cianognicoes un metabolito secundario que no es txico mientras se mantenga unido a un azcar; en el momento en el que se elimina, el compuesto se vuelve muy inestable y da lugar a cianuro. Para evitar esto, el glucsido cianognico se almacena en la vacuola y la enzima capaz de quitar el azcar en otro compartimento celular (la pared), de esa manera, slo cuando la planta es depredada y se rompe la vacuola, la glucosidasa puede interaccionar con el glucsido y formarse cianuro.Los glucosinolatosson otro grupo de compuestos nitrogenados. Son sintetizados exclusivamente por plantas y dan lugar a compuestos generalmente no txicos pero s de carcter disuasorio.Los inhibidores de proteasas, inhiben las proteasas de los insectos herbvoros. Forman parte de la respuesta defensiva inducible de las plantas controlando la sntesis del cido jasmnico; un inhibidor del crecimiento.

ALCALOIDES3000 aos de ser utilizados por el hombre (al este del Mediterrneo el jugo de la amapola del opio, raz de Sarpagandha en la India).Presente en: extractos de races, cortezas, hojas, flores, frutas o semillas.Influencia en la medicina: purgativos, antitusivos, sedantes, o para tratar dolencias como la fiebre, mordeduras de serpiente, insalubridad, etc.

Los alcaloides llevan siendo utilizados por el hombre desde hace unos 3000 aos, ya que estaban presentes en los extractos de races, cortezas, hojas, flores, frutas o semillas que se utilizaban como frmacos, pociones o venenos. As pues, al este del Mediterrneo, el jugo de la amapola del opio (Papaver somiferum) se utilizaba ya en los aos 1400-1200 antes de Cristo (a.C.). La raz de Sarpagandha (Rauwolfia serpentina) lleva utilizndose en la India aproximadamente desde el 1000 a.C..En el ancestro, la gente utilizaba los extractos de las plantas medicinales como purgativos, antitusivos, sedantes, o para tratar dolencias como la fiebre, mordeduras de serpiente, insalubridad, etc.

La plantas que contienen alcaloides eran la materia prima del hombre. Muchas an se utilizan como drogas prescritas. Uno de los alcaloides prescritos bien conocidos es el analgsico y antitusivo codena de la amapola del opio. Los alcaloides tambin han servido de modelo para las drogas sintticas modernas, tal es el caso del alcaloide atropina, del que deriva actualmente la trocamida la cual se utiliza para dilatar las pupilas durante las examinaciones a los ojos.

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ALCALOIDES

La mayora de los alcaloides conocidos derivan de aminocidos, tales como triptfano/triptamina, tirosina, fenilalanina, lisina, ornitina/ arginina, histidina, cido antranlico o cido nicotnico. Sin embargo, los alcaloides tambin pueden derivar de purinas (ej. cafena), terpenoides aminados (ej. aconita), o de alcaloides esteroidales, como se han encontrado en plantas de las familias Solanaceae y Liliaceae. Los alcaloides tambin pueden derivar de poliqutidos derivados de acetato, donde el nitrgeno del grupo amino es introducido en el alcaloide, ej. conina.Se han aislado ms de 12.000 alcaloides desde que se descubri la morfina. Aproximadamente el 20% de las especies de plantas con flor producen alcaloides y cada una de estas especies acumula unos tipos u otros de alcaloides. 18

ALCALOIDESLa planta gasta nitrgeno y energa en producir estas molculas pero a cambio consigue capacidad para defenderse (de depredadores, patgenos, capacidad para competir e incluso proteccin frente a daos ambientales). Nicotina Cafena Solanina

La planta gasta nitrgeno y energa en producir estas molculas pero a cambio consigue capacidad para defenderse (de depredadores, patgenos, capacidad para competir e incluso proteccin frente a daos ambientales). As por ejemplo, la nicotina (Figura 6), es producida por la planta del tabaco para intoxicar a los insectos u otros organismos que intenten comrsela. De hecho, la nicotina fue de los primeros insecticidas utilizado por el hombre e incluso es hoy da uno de los ms efectivos. Otra toxina bastante efectiva contra los insectos es la cafena (Figura 6), la cual se encuentra en las semillas y hojas del cacao, caf, cola, mate (t del Paraguay) y del t. A la concentracin presente en el caf o t que consumimos, la cafena es capaz de matar casi todas las larvas de la polilla del tabaco (Manduca sexta) en menos de 24 horas. Por otro lado, el alcaloide solanina, presente en las patatas en germinacin, se cree que es la toxina responsable de producir la toxicidad propia de estas patatas.

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FUNCIONES DE LOS METABOLITOS SECUNDARIOS EN LAS PLANTAS

Papel en las interacciones planta-microorganismo

plantas estn constantemente expuestas a numerosos patgenos microbianos, principalmente hongos. Durante la evolucin, algunas plantas han desarrollado diversos sistemas para defenderse de sus atacantes microbianos, tales como sistemas de defensa inducibles y constitutivos o mediante protenas antifngicas, polmeros estructurales resistentes a los patgenos y antibiticos.21

Papel en las interacciones planta-microorganismo

COMPUESTOS FENLICOS Son importantes para la defensa (lignina y suberina). Ambos polmeros se sintetizan rpidamente alrededor del sitio de infeccin permitiendo a islar al patgeno del resto de la planta. (Proceso de lignificacin -- cereales frente al ataque de hongos)

ATB NATURALESNo tienen un modo de accin especie-especfico, atacan contra la membranas celulares de los patgenos y para que sean efectivos, se requieren a altas concentraciones en la zona a defender. (compuestos fenlicos-flavonoides de leguminosas; sesquiterpenos capsidiol; alcaloides benzofenantridina). A nivel estructural, los compuestos fenlicos son importantes para la defensa ya que constituyen los polmeros lignina y suberina. Ambos polmeros se sintetizan rpidamente alrededor del sitio de infeccin permitiendo aislar al patgeno del resto de la planta. Este proceso de lignificacin inducido por la infeccin forma parte de la respuesta de defensa desarrollada por cereales frente al ataque de hongos.Las plantas adems hacen uso de antibiticos, ya sean del grupo de los compuestos fenlicos, de los alcaloides o de los terpenoides. A diferencia de los sintticos, los antibiticos naturales no tienen un modo de accin especie-especfico, por lo que por ejemplo, atacan contra la membranas celulares de los patgenos y para que sean efectivos, se requieren a altas concentraciones en la zona a defender. Ejemplos de antibiticos naturales son, dentro del grupo de los compuestos fenlicos, algunos isoflavonoides de leguminosas; de los terpenos estn los sesquiterpenos tales como el capsidiol, sintetizado por la planta de tabaco. Mientras que son pocos los alcaloides que puedan actuar como antibiticos, como ejemplo est el del benzofenantridina alcaloide escoulerina.

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Papel de los metabolitos secundarios en las interacciones planta-insecto

Las plantas presentan una interaccin compleja con los insectos, ya que los requieren para la polinizacin pero tambin se han de defender de las plagas. En lo que se refiere a la polinizacin, los metabolitos secundarios son utilizados como pigmentos de las flores y aromas atrayentes. Respecto a defensa contra insectos, hay metabolitos secundarios que son txicos por ingestin para determinadas especies, los hay que incluso actan antes de que el insecto se pose sobre la planta y la pruebe, como es el caso de algunos terpenoides voltiles. Sin embargo, cada especie de insecto suele ser hospedadora de unas especies determinadas de plantas habindose adaptado a las toxinas que stas producen. Es ms, 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.

23Papel en las interacciones planta-vertebrados

Papel en las interacciones planta-vertebradosAl igual que los insectos, los mamferos y aves pueden jugar un papel importante como polinizadores, dispersores de semillas, o incluso causarle daos a la planta. Las plantas igualmente hacen uso de sus metabolitos secundarios para selectivamente atraer o bien repeler a los animales. As pues, pueden atraer a los polinizadores y dispersores de semillas utilizando aromticas y/o coloreadas flores o frutos. Por ejemplo el monoterpeno limonero, es el principal causante del aroma de los ctricos, mientras que el compuesto fenlico eugenol es el caracterstico de las bananas. Los metabolitos secundarios son tambin utilizados como edulcorantes de la fruta, tal es el caso de un derivado del compuesto fenlico naringenina presente en las uvas, y que es 500 veces ms dulce que la sacarosa.

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Toxinas vegetales afectan la reproduccin de los mamferos que pastan (malformaciones en los fetos en desarrollo, previenen la ovulacin, como hace la daidzeina)

IMPORTANCIA PARA EL HOMBRE DE LOS METABOLITOS SECUNDARIOS DE LAS PLANTAS El empleo de los productos naturales en la medicina ha llevado al surgimiento de una nueva rama de la farmacologa llamada FARMACOGNOSIS, y de la ETNOBOTNICA, que se dedica al estudiar activamente el empleo de los extractos de plantas como compuestos base de los medicamentos

Las plantas han sido utilizadas por el hombre a lo largo de muchos aos como fuente para elaborar medicinas, conservantes, aromatizantes o pigmentos. Adems, la madera, que como se ha dicho est principalmente compuesta por lignina, es un material para la construccin muy verstil.Todos estos metabolitos siguen siendo utilizados hoy da en medicina, bien en forma de preparados homeopticos (que consisten bsicamente en preparaciones relativamente crudas de la planta), o bien en forma de productos naturales purificados. El empleo de los productos naturales en la medicina ha llevado al surgimiento de una nueva rama de la farmacologa llamada farmacognosis, y de la etnobotnica, que se dedica al estudiar activamente el empleo de los extractos de plantas como compuestos base de los medicamentos27UTILIDADES EN MEDICINAIsoquinlido alcaloide morfina: origen a un nmero de drogas semisintticas tales como son la herona y la codena.

Estricnina (semillas de Nux vomica) : en el pasado era utilizado como tnico nervioso.

Cumarina y toxiferina: agentes activos del curare, un poderoso relajante muscular utilizado en procedimientos quirrgicos.

El isoquinlido alcaloide morfina, que es aislado de la amapola del opio, sigue siendo utilizado hoy da. La metilacin o acetilacin de la morfina ha dado origen a un nmero de drogas semisintticas tales como son la herona y la codena.Los indol alcaloides son tambin drogas activas importantes. Estricnina la cual est presente en las semillas de Nux vomica es un veneno hoy da bien conocido, y que en el pasado era utilizado como tnico nervioso. Los compuestos relacionados, cumarina y toxiferina, que estn compuestos por dos molculas de estricnina, son los agentes activos del curare, un poderoso relajante muscular utilizado en procedimientos quirrgicos.Los metabolitos secundarios vegetales tambin pueden actuar como valiosos anticancergenos. La vincristina y la vinblastina son indol alcaloides sintetizados por la vincapervinca Catharanthus roseus de Madagascar y es utilizada para tratar la enfermedadde Hodgkin y la leucemia. Aproximadamente 50 kg de material vegetal se requieren para la obtencin de 1g de vincristina. Debido a su baja concentracin natural en los tejidos de Catharanthus, hay inters en utilizar la ingeniera gentica para incrementar la sntesis de estos alcaloides anticancergenos.Otro importante anticancergeno de reciente descubrimiento es el terpenoide taxol, producido por el Tejo del Pacfico.

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UTILIDADES EN MEDICINAVincristina y la vinblastina son indol alcaloides sintetizados por la vincapervinca Catharanthus roseus de Madagascar: para tratar la enfermedadde Hodgkin y la leucemia.

Otro importante anticancergeno de reciente descubrimiento es el terpenoide taxol, producido por el Tejo del Pacfico.

El isoquinlido alcaloide morfina, que es aislado de la amapola del opio, sigue siendo utilizado hoy da. La metilacin o acetilacin de la morfina ha dado origen a un nmero de drogas semisintticas tales como son la herona y la codena.Los indol alcaloides son tambin drogas activas importantes. Estricnina la cual est presente en las semillas de Nux vomica es un veneno hoy da bien conocido, y que en el pasado era utilizado como tnico nervioso. Los compuestos relacionados, cumarina y toxiferina, que estn compuestos por dos molculas de estricnina, son los agentes activos del curare, un poderoso relajante muscular utilizado en procedimientos quirrgicos.Los metabolitos secundarios vegetales tambin pueden actuar como valiosos anticancergenos. La vincristina y la vinblastina son indol alcaloides sintetizados por la vincapervinca Catharanthus roseus de Madagascar y es utilizada para tratar la enfermedadde Hodgkin y la leucemia. Aproximadamente 50 kg de material vegetal se requieren para la obtencin de 1g de vincristina. Debido a su baja concentracin natural en los tejidos de Catharanthus, hay inters en utilizar la ingeniera gentica para incrementar la sntesis de estos alcaloides anticancergenos.Otro importante anticancergeno de reciente descubrimiento es el terpenoide taxol, producido por el Tejo del Pacfico.

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PRODUCCIN MANIPULADA DE METABOLITOS SECUNDARIOSEl conocimiento de las rutas metablicas que participan en la sntesis de los productos naturales de las plantas junto con los avances biotecnolgicos han permitido obtener plantas transgnicas.

PRODUCCIN TRANSGNICA DE TERPENOIDESDe este modo se han conseguido plantas que producen mayor cantidad de aceites esenciales que sern utilizados para la fabricacin de perfumes y sabores, sustancias de aplicacin fitofarmacetica.

Se han conseguido plantas que producenmonoterpenossesquiterpenos diterpenos triterpenos

PRODUCCIN DE ALCALOIDES A GRAN ESCALA Al principio, era difcil estudiar las vas de biosntesis de alcaloides, ya que las plantas sintetizan estos productos en bajas concentraciones y en determinadas circunstancias.