Ruta Sintesis de Glucosidos de Steviol. Alfredo_Jarma.pdf

Ruta de síntesis de glucósidos deRuta de síntesis de glucósidos de steviol en hojas de Stevia rebaudiana.

ALFREDO JARMA OROZCO – JUAN JARABA NAVASPh.D. Fisiología de Cultivos – Ph.D. Fitopatología

Facultad de Ciencias AgrícolasUniversidad de CórdobaMontería ‐ Colombia

V SIMPOSIO INTERNACIONAL DE KA´A HE’ËSTEVIA K ´ H ´ë St i l l t d l i t ió t i i t l d A é iSTEVIA Ka´a He´ë – Stevia, la planta de la integración y patrimonio ancestral de América

17 y 18 de Noviembre de 2010 (Asunción – Paraguay)

INTRODUCCION CONCEPTOS BÁSICOS CONCEPTOS BÁSICOS

o Fotosíntesiso Metabolismo secundario Ho Metabolismo secundario oTerpenos

SÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS DE STEVIOL

H

SÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS DE STEVIOLCONCLUSIONES

INTRODUCCION CONCEPTOS BÁSICOS

H

CONCEPTOS BÁSICOSo Fotosíntesiso Metabolismo secundario

Ho Metabolismo secundario oTerpenos

SÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS DE STEVIOLSÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS DE STEVIOLCONCLUSIONES

CADENA PRODUCTIVA

Producción primaria

Agroindustria Comercio

= = $CONOCIMIENTO

$

Stevia rebaudiana

COMO OBTENER ESE CONOCIMIENTO?COMO OBTENER ESE CONOCIMIENTO?

Documentación

I i ió / diInvestigación / estudios

Inversión CIENCIA & TECNOLOGÍAInversión CIENCIA & TECNOLOGÍA

Stevia rebaudiana

POR DONDE EMPEZAR?

Conociendo la plantap

Como es?

Donde y como crece?

f i i ?

Como produce los compuestos de

Que afecta ese crecimiento?

p pinterés comercial?


H





H




“Lo que garantiza la existencia de la vida en la tierra es...una pequeña corriente mantenida por la luz solar“

Alb t S t G i (1893 1986) P i N b l fi i l í di i 1937Albert Szent‐Gyorgyi (1893‐1986) Premio Nobel fisiología medicina 1937

LA CELULA VEGETALC U GMaquinaria de la vida

FOTOSÍNTESISEl principio de la síntesis de glucósidos

Hoja

Sección Transversal de la hoja

Pared celular

p p g

Hoja

Vacuola

Núcleo

estoma Cloroplasto

NúcleoCitosol

estoma

AlmidónTilacóide

Membrana externa

Membrana internainternaGrana

Estroma

Lumen del TilacoideEletromicrografia del cloroplasto

Eletromicrografia de las grana


luz

p p g

Cloroplasto

Luzreflejada

p

L GLuzabsorbida

Grana

Luztransmitida

FOTOSÍNTESISEl principio de la síntesis de glucósidosp p g

Fluorescencia (0,5%)

Fotones reflejados

( , )97% para

FOTOQUÍMICA

IPP

CALOR(2,5%)


Fotoquímica Ciclo de Calvin

p p g

Luz

CO2H2O

NADP+

RuBPFotosistema II

ADP+ P i

3-Fosfoglicerato

G3PATP

Cadena transportadorade electrones y

Fotosistema I

Al idó

Cloroplasto

NADPHAlmidón(almacenamiento)

AminoácidosÁcidos grasos

O2 Glucosa + Fructuosa = Sacarosa(exportación)

Glucólisis


PERO....

p p g

Ahora queremos saber como

OK.....produce...

GLUCÓSIDOS

Entendemos como se construye estoconstruye esto

$$Foto: Cortesía Sr. Francisco Guerrero. Cultivo Agroindustrias de la Stevia

(Cerrito – Valle del Cauca, Colombia)


H




METABOLISMO SECUNDARIOLa ruta que normalmente aprovechamos de Stevia

METABOLISMO SECUNDARIORutas metabólicas de las plantas que conducen a la síntesis de compuestos químicos que cumplen funciones no esenciales en ellas y que intervienen en las interacciones

ecológicas entre la planta y su ambiente.

Los MS pueden variar:Los MS pueden variar:

Entre y dentro de especies d l Dentro de una planta Época del año

Características del suelo Estímulos químicos

El ambiente en el que se encuentre La época del año p La hora del día

METABOLISMO SECUNDARIO

Porque los sintetizan las plantas?

La ruta que normalmente aprovechamos de Stevia

Agentes alelopáticos

Atracción polinizadores o dispersores de semillas

Defensa contra predadores y patógenos

Agentes alelopáticos

Cuales son los principales?

FENILPROPANOIDES (lignina, pigmentos, ácidos grasos, etc)

ALCALOIDES (cafeína, nicotina, cocaína, etc)

TERPENOIDES (aromas, pigmentos protectores, glucósidos, etc)

METABOLISMO SECUNDARIOLa ruta que normalmente aprovechamos de SteviaLa ruta que normalmente aprovechamos de Stevia

AzúcaresGl

Aminoácidos Ácidos grasos y

MEP

ucólisoác dos

lípidos

GLUCÓSIDOS DE STEVIOL

sis

Acetil-CoA

Nucleótidos

ATP y NADPH


H




TERPENOSLa importancia de IPPLa importancia de IPP

TERPENOSLa importancia de IPP

A. PIRUVICO GLUCÓLISIS

Acetoacetil CoA

Acetil CoAÁcido mevalónico

(MVA)Dimetilalil Pirofosfato

(DMAPP)

ATP y Mg+F f il

Isomerización ibl

CH2OPPCH2OPP

Isopentenil Pirofosfato (IPP)

y gFosforila

Descarboxila

reversible

Condensación GPP sintasaGeranil Pirofosfato

(GPP)Farsenil Pirofosfato

(FPP)Geranilgeranil Pirofosfato

(GGPP)

Monoterpenos(C10)(E t l / b i t id )

(C30)

Sesquiterpenos

(FPP)(GGPP)

Triterpenos

(C15)

T t t ( t id )

Condensación

DimerizaciónDimerización

GPP sintasa

FPP sintasa

GGPP sintasa

Copalil pirofosfato (CPP)

(C10) (Esteroles / brasinoesteroides)

Dipertenos cíclicos ent-kaurenol

H

Tetraterpenos (carotenoides)(C40)

(C20)ent-kaurenol

H

(Kaurenoides)

PPi

Intermediario dícíclico

CPP sintasa

Kaureno sintetasa

Dipertenosent - kaureno

ent-kaurenal

Acido ent kaurenoicoAcido ent -7 α -hidroxi

H

lineales (C20)

(C20)

ent-kaurenal

-

H(Kaurenoides)

Diterpeno tetracíclico

Acido ent - kaurenoicoAcido ent 7 α hidroxi- kaurenoico

COOH

H

HCHO

kaurenólidos

COOH

GA12

- aldehídoGiberelinas


H




SÍNTESIS DE GLUCOSIDOS DE STEVIOLORGANELOS CELULARES IMPLICADOS

1. CLOROPLASTOS

5. VACUOLA

4. CITOPLASMA

3. RETICULOENDOPLASMÁTICO

2. MITOCONDRIAS

SÍNTESIS DE GLUCOSIDOS DE STEVIOL

TODO SE INICIA CON LA FOTOSINTESIS

SÍNTESIS DE GLUCOSIDOS DE STEVIOLINICIO DEL PROCESO: FOTOSINTESIS

CO2H2O

Fotoquímica Ciclo de Calvin

CloroplastosLuz

NADP+

RuBPFotosistema II

Cadena transportadorade electrones y

F t i t I

ADP+ P i

3-Fosfoglicerato

CLOROPLASTOSG3PATP

Fotosistema I

O2

Cloroplasto

NADPHAlmidón(almacenamiento)

AminoácidosÁcidos grasos

CLOROPLASTOS

Glucosa + Fructuosa = Sacarosa(exportación)

SÍNTESIS DE GLUCOSIDOS DE STEVIOLCONTINUACION DEL PROCESO: RESPIRACION

MitocondriaMitocondria/Citoplasma/

GLUCÓLISIS

Cloroplasto

(G3P Y/O A. PIRUVICO)

A PIRUVICOA. PIRUVICOal citoplasma

ACoA (cit)

G3P + A. PIRUVICOal cloroplasto

MVA (cit)IPP (cit/plastos)

KAURENO (cit/plastos)GA Ald (RE)

MEP (plastos)IPP (plastos)

KAURENO (plastos)GA12 Ald (RE)

GIB (cit)

SÍNTESIS DE GLUCOSIDOS DE STEVIOLFINAL DEL PROCESO: ALMACENAMIENTO

RE/Vacuola

REK se oxida a A KAURENOICO (AK) y sePLASTOS K se oxida a A. KAURENOICO (AK) y se

reduce a STEVIOL (ST)…al citKAURENO (K)...al RE

CITOPLASMAST sufre glucosilacionesy forma GLUCOSIDOS DE ESTEVIOL (GE) a vacuolaESTEVIOL (GE)…a vacuola

VACUOLAGE

almacenamiento


Acetoacetil CoA

Acetil CoAÁcido mevalónico

(MVA)Dimetilalil Pirofosfato

(DMAPP)

VIA ACIDO MEVALONICO (AMV)

Kim et al 1996: citoplasma

A. PIRUVICO GLUCÓLISIS

CH2OPP

(MVA) (DMAPP)

CH2OPP

Isopentenil Pirofosfato

ATP y Mg+Fosforila

Descarboxila

Isomerización reversible

Kim et al., 1996: citoplasma

Altos niveles HMG-CoA en Stevia


Geranil Pirofosfato (GPP)

Farsenil Pirofosfato (FPP)

Geranilgeranil Pirofosfato (GGPP)

Sesquiterpenos

(FPP)(GGPP)

(C15)

Condensación

DimerizaciónDi i ió


Monoterpenos(C10) (Esteroles / brasinoesteroides)

(C30)

H

Triterpenos Tetraterpenos (carotenoides)

(C40)

H

Dimerización

PPi

GPP sintasa

FPP sintasa

GGPP sintasa(CPP)

Dipertenos

Dipertenos cíclicos

ent - kaureno

ent-kaurenol

ent-kaurenal

H

H

lineales (C20)

(C20)ent-kaurenol

ent-kaurenal

H

H(Kaurenoides)


GGPP sintasa

CPP sintasa

Kaureno sintetasa

Intermediario dícíclico

Acido ent - kaurenoicoAcido ent -7 α -hidroxi- kaurenoicoH

kaurenólidos Esteviol?

- Kaureno oxidasa

COOH

HCHO

GA12

- aldehídoGiberelinas


VIA METIL ERITRITOL 4 FOSFATO (MEP)

Totté et al 2000

CH2OPP

Isopentenil Pirofosfato

Totté et al., 2000Brandle et al., 2002


Geranil Pirofosfato (GPP)

Farsenil Pirofosfato (FPP)(FPP)

Condensación

Di i ió CPP sintasa


(Esteroles / brasinoesteroides)

H

Tetraterpenos (carotenoides)(C40)

H

Dimerización

PPi

CPP sintasa

Kaureno sintetasa

Kaureno oxidasa (CPP)

Dipertenos

Dipertenos cíclicos

ent - kaureno

ent-kaurenol

ent-kaurenal

H

H

lineales (C20)

(C20)ent-kaurenol

ent-kaurenal

H

H(Kaurenoides)


Intermediario dícíclicoA. kaurenoico hidroxilasa

Acido ent - kaurenoicoAcido ent -7 α -hidroxi- kaurenoicoH

kaurenólidos Esteviol

-

COOH

HCHO

GA12

- aldehídoGiberelinas?

Esteviósido: R1=Glu

OR2

17

Esteviósido: R1 GluR2=Glu-Glu

Rebaudiósido A: R1=GluR2=Glu-Glu

1. G. hidroxilo del C-13

CH2CH3

H

12 8

9

10

1112

13

14

15

16

20R2 Glu Glu

lGlu

Rebaudiósido C: R1=Glu

H3C H

H

R OOC

34

5

67

18

D l ó id A R1 Gl

R2=Glu-RhalGlu

19R1OOC Dulcósido A: R1=GluR2=Glu-Rha

Glu=Glucosa; Rha=Ramnosa

19

2. C-19 del G. carboxilo del C-4

Tomado de Geuns, 2003

PERO…COMO SE PRODUCE CADA GLUCÓSIDO?

UDP GLUCOSIL TRANSFERASAS (UGT): Catalizan las glucosilaciones de acuerdo al grupo aceptor

Glc a OHUGT85C2 2

2a

SteviolbiósidoRebaudiósido B1 4

SteviolSteviolmonósido

Steviósido

Glc a GlcUGT76G13

Rebaudiósido AGlc a COOHUGT74G1

1a Rhamnosa: Rebaudiósido C

Tomado de Richman et al., 2005; Geuns, 2003

RubusósidoXilulosa: Rebaudiósido F

Kaurene(13)

Tomado de Brandle y Telmer, 2007

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Documents

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