Metabolitos secundarios (1)

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UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

METABOLITOS SECUNDA RIOS

Profesor Edison Javier Osorio Durango. QF., MSc., PhD. Facultad de Qumica Farmacutica. Universidad de Antioquia.

Julio de 2009

METABOLITOS SECUNDARIOS

1. Introduccin Un aspecto metablico que distingue el reino animal del vegetal es la capacidad de las plantas y los hongos para producir sustancias que no son esenciales para su supervivencia. A esas sustancias se les denomina metabolitos secundarios. Estas sustancias no parecen participar directamente en el crecimiento o desarrollo ni tampoco son necesarias para que un organismo pueda existir como tal. Simplemente aportan a la especie que las produce una ventaja para responder a estmulos del entorno. Los animales superiores raramente producen metabolitos secundarios, si acaso pueden ser encontrados ocasionalmente en insectos y otros invertebrados. Los principales metabolitos secundarios se pueden clasificar en tres grupos diferentes: los compuestos fenlicos, los terpenoides (o isoprenoides) y los alcaloides. Los aproximadamente 8.000 compuestos fenlicos provienen de las llamadas vas biosintticas del shikimato o del acetato/malonato. Los terpenoides derivan del isopentenil difosfato (IPP) por medio de la ruta del acido mevalnico (se conocen unos 25.000). Mientras que los alcaloides contienen uno o ms tomos de nitrgeno y derivan principalmente de aminocidos, de ellos se conocen unos 12.000. As pues, en el conjunto de las especies vegetales, se pueden diferenciar tres rutas biosintticas que dan lugar a los metabolitos secundarios: Ruta del cido shikmico Ruta del acetato-malonato (ruta de los polictidos) Ruta del acido mevalnico (ruta de la condensacin isoprnica).

Hay metabolitos secundarios que proceden de una ruta biosinttica y los hay que proceden incluso de varias. A continuacin se indica la ruta biosinttica que da lugar a los principales metabolitos secundarios:

Compuestos fenlicos: cidos fenlicos. Cumarinas y lignanos. Flavonoides. Taninos. Antraquinonas. Los isoprenoides: Esteroides Terpenos Alcaloides

Ruta del cido shikmico. Ruta del cido shikmico. Ruta del cido shikmico y ruta del acetato-malonato. Ruta del cido shikmico y ruta del acetato-malonato. Ruta del acetato-malonato. Ruta del cido mevalnico. Ruta del acido mevalonico. Ruta del cido shikmico y ruta del cido mevalnico.

A continuacin se hablar de cada uno de estos compuestos por separado.

2. Compuestos fenlicos Estos compuestos, uno de los grupos fitoqumicos mas ampliamente distribuido, son de considerable importancia, tanto estructural como funcional, para los organismos vivos, ya que realizan un amplio abanico de funciones biolgicas (Balasundram et al., 2006). Adems, se han asociado con los beneficios sobre la salud derivados del consumo de altos niveles de frutas y vegetales (Parr & Bolwell, 2000). Los efectos benficos han sido atribuidos a su actividad antioxidante (Heim et al., 2002). Estructuralmente, los compuestos fenlicos estn conformados por estructuras aromticas con uno o varios sustituyentes hidroxilos, presentando un rango que va desde simples molculas fenlicas hasta compuestos altamente polimerizados (Bravo, 1998). A pesar de su diversidad estructural, este grupo de compuestos es frecuentemente referido como polifenoles. La mayora de los compuestos fenlicos estn conjugados con mono y polisacridos, unidos a uno o ms grupos fenlicos. Tambin pueden presentarse como derivados funcionales de ester y metil-ester (Balasundram et al., 2006). De tal diversidad estructural resulta un amplio rango de compuestos fenlicos, que pueden ser categorizados en varias clases, tal como se muestra en la tabla siguiente (Balasundram et al., 2006). De estos, los derivados de cidos benzoicos e hidroxicinmicos, as como los taninos, son considerados como los compuestos fenlicos dietarios ms abundantes (King & Young, 1999). Tabla 1. Clases de compuestos fenlicos en plantas.

Clase Fenoles simples, benzoquinonas. cidos benzoicos. Acetofenonas, cidos fenilacticos. cidos cinmicos, derivados fenilpropanos. Naftoquinonas. Xantonas. Estilbenos, antraquinonas. Flavonoides, isoflavonoides. Lignanos, neolignanos. Biflavonoides. Ligninas. Taninos condensados (proantocianidinas).

Estructura C6 C6 C1 C6 C2 C6 C3 C6 C4 C6 C1 - C6 C6 C2 C6 C6 C3 - C6 (C6 C3)2 (C6 C3 - C6)2 (C6 C3)n (C6 C3 - C6)n

Se observa que los compuestos fenlicos constituyen un grupo muy numeroso de metabolitos secundarios los cuales derivan fundamentalmente de varias rutas biosintticas. Entre ellas tenemos la ruta del cido shikmico. Este compuesto se aisl inicialmente en 1885 de la planta asitica "Shikimi-Noki" Illicium sp. (Illiciaceae) y es reconocido como el compuesto punto de partida para un vasto nmero de sustancias naturales. Su existencia como un discreto constituyente vegetal, ha sido observada en aos recientes, pero no hay duda de que es el metabolito universal de las plantas superiores y de muchas clases de organismos no mamferos.COOH

HO OH

OH

cido shikmico

Los aminocidos fenilalanina y tirosina, se sintetizan por reacciones posteriores del cido shikmico con el cido fosfoenolpirvico (PEP), seguida de las transformaciones que se muestran en el esquema siguiente, va del cido corsmico como intermediario del cido prefnico para luego formar el fenilpirvico. En microorganismos y plantas, estos aminocidos, se forman separadamente a partir del cido prefnico. Los cidos prefnico, fenilpirvico y el p-hidroxifenilpirvico son los precursores de fenilalanina y tirosina, estos aminocidos son los constituyentes universales de protenas y es punto de partida de la secuencia biosinttica que lleva a los llamados compuestos fenilpropanoides (C6-C3).

La ruta principal para la produccin de los cidos cinmico a partir de fenilalanina o tirosina, se revel cuando se encontr que los tejidos vegetales contienen sistemas enzimticos capaces de catalizar la remocin de amonaco de estos aminocidos:

COOH

COOH

- NH3R NH2

PAL o TAL

R

R = H, Fenilalanina R = OH, Tirosina

R = H, cido cinmico R = OH, cido p-cumrico

Las evidencias experimentales muestran al parecer que la enzima fenilalanina amonio liasa (PAL) se encuentra ampliamente distribuida en los vegetales, mientras que la tirosina amonio liasa (TAL) se encuentra principalmente en ciertas gramneas. Estas enzimas son esteroespecficas ya que son capaces de desaminar los L-aminocidos pero no los Daminocidos. Los cidos cinmicos producidos por accin de los aminoliasas, constituyen el punto de partida para una cantidad enorme de procesos metablicos secundarios. Entonces, podramos afirmar que el cido shikmico va cido cinmico, es el precursor de la mayora de constituyentes vegetales que contienen anillos aromticos; dando un patrn de oxigenacin en el anillo aromtico claro, que permite reconocer los compuestos derivados de este; as, en compuestos aromticos derivados del cido shikmico, las posiciones oxigenadas son de tipo catecol (orto) o pirogalol (diorto), y en el caso de los fenoles monooxigenados son generalmente p-hidroxi-compuestos. Proceden de la ruta del shikmico los fenoles simples, los cidos fenlicos, las cumarinas, los lignanos, los flavonoides y antocianos, y los taninos.

COOH

COOH

COOH

NH2

HO OH

OH

cido shikmico

Fenilalanina

cido cinmico

Fenilpropanoides: fenoles simples y cidos fenlicos, fenilpropanos.

Cumarinas y lignanos

Flavonoides y antocianos

Taninos condensados

2.1. Los fenilpropanos (Compuestos C6C 3) Los fenilpropanos son los productos naturales ms simples derivados del cido shikmico y consisten de un anillo aromtico con una cadena de tres tomos de carbono insaturada. Estos compuestos son biosintetizados por la oxidacin de la fenilalanina por la enzima PAL, lo cual resulta en la formacin del cido cinmico. El acido cinmico puede entonces sufrir un nmero de reacciones elaboradas para generar muchos de los fenilpropanos. La importancia fundamental de la secuencia de reacciones cido shikmico cido prefnico fenilalanina (o tirosina) cidos cinmicos, y la amplia distribucin natural de los cidos cinmicos y sus productos de biodegradacin, lleva a la conclusin de que muchos compuestos naturales que contienen cadenas laterales de 3 tomos de carbono ligados a ncleos fenlicos, son productos de reducciones biolgicas de los cidos cinmicos; la naturaleza ofrece muchos ejemplos de casi todos los niveles de oxidacin de la cadena lateral de estos compuestos.

Figura. Formacin de fenilpropanos a partir de fenilalanina y tirosina.Una caracterstica estructural general, en este tipo de sustancias es la presencia frecuente de funciones oxigenadas en posiciones 4, 3 y 4, 4 y 5 y 3, 4 y 5, que son las mismas posiciones oxigenadas presentes en el cido Shikmico. COOH1

5 HO 4 OH

3 OH

El acido cinmico tambin puede ser reducido al correspondiente aldehdo, cinamaldehdo, el cual es el constituyente principal del aceite esencial de la corteza de canela (Cinnamomum zeylanicum, Lauraceae), y utilizado como especia y saborizante. Las hojas del Cinnamomum tambin tienen eugenol, el principal constituyente del aceite esencial de los clavos de olor derivados a partir de Syzygium aromaticum (Myrtaceae). El aceite de clavo fue utilizado como un anestsico y antisptico dental, ambas propiedades debidas al eugenol. Hoy en da, el aceite es todava utilizado para el tratamiento a corto plazo del dolor dental. Estos fenilpropanos pueden tener muchos grupos funcionales (por ejemplo: OCH3, O-CH2-O-, OH) y el doble enlace puede estar en diferentes posiciones en la cadena lateral C3 (ejemplo: eugenol versus anetol). Estos compuestos son comunes en plantas aromticas, adems presentan actividades frente a hongos y bacterias. Algunos miembros de esta clas