FARMACOGNOSIFARMACOGNOSIAA

RUTAS RUTAS METABÓLICAS DE METABÓLICAS DE

LAS PLANTASLAS PLANTAS

PRIMERA PARTEPRIMERA PARTE

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN METABOLITOS PRIMARIOSMETABOLITOS PRIMARIOS METABOLITOS SECUNDARIOSMETABOLITOS SECUNDARIOS RUTA DEL ÁCIDO MEVALÓNICORUTA DEL ÁCIDO MEVALÓNICO TERPENOSTERPENOS

INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN Los constituyentes de todas las plantas y Los constituyentes de todas las plantas y

animales son biosintetizados en los organismos animales son biosintetizados en los organismos mediante reacciones enzimáticas. mediante reacciones enzimáticas.

La fuente de carbono más frecuentemente La fuente de carbono más frecuentemente utilizada es la glucosa, la cual es fotosintetizada utilizada es la glucosa, la cual es fotosintetizada en las plantas verdes (organismos autotróficos) en las plantas verdes (organismos autotróficos) o obtenida a partir del entorno en los o obtenida a partir del entorno en los organismos heterotrópicos. organismos heterotrópicos.

Los avances relativamente recientes en Los avances relativamente recientes en bioquímica han clarificado mucho la bioquímica han clarificado mucho la interrelación entre las reacciones interrelación entre las reacciones enzimáticamente catalizadas de los enzimáticamente catalizadas de los “metabolitos primarios” (tales como azúcares, “metabolitos primarios” (tales como azúcares, aminoácidos y ácidos grasos) y los biopolímeros aminoácidos y ácidos grasos) y los biopolímeros (tales como lípidos, proteínas y ácidos (tales como lípidos, proteínas y ácidos nucleicos). nucleicos).

Estos metabolitos dan lugar a los Estos metabolitos dan lugar a los “metabolitos secundarios”, así llamados “metabolitos secundarios”, así llamados porque no es obvio su papel en el porque no es obvio su papel en el metabolismo de muchos organismos.metabolismo de muchos organismos.

Se conocen en la actualidad tres Se conocen en la actualidad tres grandes vías o rutas fundamentales que grandes vías o rutas fundamentales que permiten la biosíntesis de la gran permiten la biosíntesis de la gran mayoría de los diferentes tipos de mayoría de los diferentes tipos de productos naturales conocidos: productos naturales conocidos:

Ruta del ácido Ruta del ácido mevalónicomevalónico

A partir de él se forman unidades de A partir de él se forman unidades de prenilo que tras uniones sucesivas prenilo que tras uniones sucesivas conducen a isoprenoides conducen a isoprenoides (terpenoides, esteroides, (terpenoides, esteroides, carotenoides) carotenoides)

Ruta del ácido Ruta del ácido shikímicoshikímico

A partir de él se forman los A partir de él se forman los aminoácidos y desde ellos los otros aminoácidos y desde ellos los otros compuestos aromáticos más compuestos aromáticos más complejos (fenilpropanoides, complejos (fenilpropanoides, flavonoides, alcaloides) flavonoides, alcaloides)

ácido shikímico

Ruta del acetato-Ruta del acetato-malonatomalonato (ruta (ruta policétidapolicétida))

A partir de malonato y acetato se A partir de malonato y acetato se forman los policétidos forman los policétidos (acetogeninas) y ácidos grasos. (acetogeninas) y ácidos grasos.

aceato-malonato

Tipos de Metabolitos Tipos de Metabolitos

Normalmente se distingue entre Normalmente se distingue entre metabolismo primario y secundario. El metabolismo primario y secundario. El primero se refiere a los procesos primero se refiere a los procesos fotosintéticos que dan lugar a los ácidos fotosintéticos que dan lugar a los ácidos carboxílicos del ciclo de Krebs que son carboxílicos del ciclo de Krebs que son de bajo peso molecular y que están de bajo peso molecular y que están ampliamente distribuidos, alfa-ampliamente distribuidos, alfa-aminoácidos, carbohidratos, grasas, aminoácidos, carbohidratos, grasas, proteínas y ácidos nucleicos implicados proteínas y ácidos nucleicos implicados en los procesos vitales. en los procesos vitales.

Estos compuestos se clasifican atendiendo a Estos compuestos se clasifican atendiendo a diferentes criterios, cumplen funciones muy diferentes criterios, cumplen funciones muy diversas en los seres vivos y tienen diferentes diversas en los seres vivos y tienen diferentes capacidades como materiales de partida capacidades como materiales de partida (precursores) para los metabolitos secundarios. (precursores) para los metabolitos secundarios.

Los metabolitos secundarios son, en principio, Los metabolitos secundarios son, en principio, no esenciales para la vida pero contribuyen no esenciales para la vida pero contribuyen definitivamente a la adaptación de las especies definitivamente a la adaptación de las especies y su supervivencia. Son más característicos y su supervivencia. Son más característicos para un grupo biológico particular, tal como para un grupo biológico particular, tal como una familia o un género, y aparentemente, la una familia o un género, y aparentemente, la maquinaria sintética puesta en juego aquí está maquinaria sintética puesta en juego aquí está relacionada con la evolución de las especies. relacionada con la evolución de las especies.

El patrón específico de constituyentes en las El patrón específico de constituyentes en las especies ha sido, de hecho, usado para la especies ha sido, de hecho, usado para la determinación sistemática.determinación sistemática.

Los azúcares más comunes como, glucosa, Los azúcares más comunes como, glucosa, fructosa y manosa, cuya química y misión fructosa y manosa, cuya química y misión biológica han sido estudiadas ampliamente por biológica han sido estudiadas ampliamente por los bioquímicos, se colocan en el primer grupo, los bioquímicos, se colocan en el primer grupo, mientras que azúcares, raros estrechamente mientras que azúcares, raros estrechamente relacionados, tales como calcosa, estreptosa, y relacionados, tales como calcosa, estreptosa, y micaminosa, descubiertos como constituyentes micaminosa, descubiertos como constituyentes de antibióticos e investigados por químicos de antibióticos e investigados por químicos orgánicos, se consideran como metabolitos orgánicos, se consideran como metabolitos secundarios. El aminoácido prolina se entiende secundarios. El aminoácido prolina se entiende como un metabolito primario pero el análogo de como un metabolito primario pero el análogo de 6 miembros, ácido pipecólico, que está también 6 miembros, ácido pipecólico, que está también ampliamente distribuido, se clasifica como un ampliamente distribuido, se clasifica como un metabolito secundario o un alcaloide.metabolito secundario o un alcaloide.

Metabolitos primarios Metabolitos primarios El metabolismo primario compromete El metabolismo primario compromete

aquellos procesos químicos que cada aquellos procesos químicos que cada planta debe llevar a cabo cada día para planta debe llevar a cabo cada día para sobrevivir y reproducir su actuación, como sobrevivir y reproducir su actuación, como son: fotosíntesis, glicolisis, ciclo del ácido son: fotosíntesis, glicolisis, ciclo del ácido cítrico, síntesis de aminoácidos, cítrico, síntesis de aminoácidos, transaminación, síntesis de proteinas, transaminación, síntesis de proteinas, enzimas y coenzimas, síntesis de enzimas y coenzimas, síntesis de materiales estructurales, duplicación del materiales estructurales, duplicación del material genético, reproducción de células material genético, reproducción de células (crecimiento), absorción de nutrientes, etc.(crecimiento), absorción de nutrientes, etc.

Los metabolitos primarios se caracterizan Los metabolitos primarios se caracterizan por: por:

Tener una función metabólica directa.Tener una función metabólica directa. Ser compuestos esenciales intermedios Ser compuestos esenciales intermedios

en las vías catabólica y anabólica.en las vías catabólica y anabólica. Encontrarse en todas las plantas.Encontrarse en todas las plantas. Tratarse de carbohidratos, lípidos, Tratarse de carbohidratos, lípidos,

proteínas, ácidos nucleicos o clorofilas.proteínas, ácidos nucleicos o clorofilas.

Metabolitos secundarios Metabolitos secundarios El metabolismo secundario compromete aquellos El metabolismo secundario compromete aquellos

procesos químicos que son únicos para una procesos químicos que son únicos para una planta dada, y no son universales. planta dada, y no son universales.

Dicho metabolismo es la química que Dicho metabolismo es la química que conduce a la formación de un producto conduce a la formación de un producto natural. Algunas porciones de esta natural. Algunas porciones de esta química son comunes para un número química son comunes para un número de plantas diferentes o familias de de plantas diferentes o familias de plantas, pero actualmente la química de plantas, pero actualmente la química de productos naturales es usualmente productos naturales es usualmente diferente de una planta a otra. diferente de una planta a otra. Precursores químicos comunes pueden Precursores químicos comunes pueden conducir a resultados diferentes. conducir a resultados diferentes.

Los metabolitos secundarios (en la mayoría de Los metabolitos secundarios (en la mayoría de los casos) no parecen ser necesarios para la los casos) no parecen ser necesarios para la supervivencia de las plantas, pero pueden supervivencia de las plantas, pero pueden suponer una ventaja competitiva considerable.suponer una ventaja competitiva considerable.

Los metabolitos secundarios poseen otras Los metabolitos secundarios poseen otras características, como son:características, como son: No tener funciones metabólicas directas No tener funciones metabólicas directas

aparentes.aparentes. Ser importantes para la supervivencia e Ser importantes para la supervivencia e

interacción con el entorno.interacción con el entorno. Presentar diferente distribución en el reino Presentar diferente distribución en el reino

vegetal.vegetal. No ser clasificados como secundarios basándose No ser clasificados como secundarios basándose

en su estructura, ruta biogenética o tipo de en su estructura, ruta biogenética o tipo de distribución.distribución.

A lo largo de la historia, los metabolitos A lo largo de la historia, los metabolitos secundarios de las plantas han sido utilizados secundarios de las plantas han sido utilizados por la humanidad y existen cuatro clases de por la humanidad y existen cuatro clases de ellos que sean significativos para el ser ellos que sean significativos para el ser humano, a saber: humano, a saber: terpenoidesterpenoides, , alcaloidesalcaloides y y compuestos nitrogenados relacionados, compuestos nitrogenados relacionados, fenilpropanoidesfenilpropanoides y compuestos fenólicos y compuestos fenólicos relacionados y relacionados y flavonoidesflavonoides. .

Las vías de formación de los metabolitos Las vías de formación de los metabolitos secundarios se recogen de forma muy general secundarios se recogen de forma muy general en el esquema siguiente en el cual partiendo en el esquema siguiente en el cual partiendo del carbohidrato más común, la glucosa y del carbohidrato más común, la glucosa y donde se puede apreciar la interrelación entre donde se puede apreciar la interrelación entre ellos.ellos.

La primera etapa en la formación de un La primera etapa en la formación de un metabolito secundario implica la formación de metabolito secundario implica la formación de un enzima bifurcadota que dirige una cierta un enzima bifurcadota que dirige una cierta cantidad del metabolismo primario hacia el cantidad del metabolismo primario hacia el metabolismo secundario. metabolismo secundario.

RUTA DEL ÁCIDO RUTA DEL ÁCIDO MEVALÓNICOMEVALÓNICO

En general lo que ocurre es que: 3 moléculas de acetil-CoA se unen para formar

ácido mevalónico El ácido mevalónico es un intermediario de 6-

carbonos El ácido mevalónico es-fosforilado con 2 grupos

fosfato (pirofosfato)-descarboxilado y deshidratado para producir isopentenil pirofosfato (isopentenil difosfato) – IPP (building block)

Ruta independiente del mevalonato: utiliza intermediarios de la glicólisis para sintetizar IPP

Ruta clásicaRuta clásica Se condensan 3 moléculas de Ac CoA dando Se condensan 3 moléculas de Ac CoA dando

una molécula de 6C (ac. Mevalonico). Este se una molécula de 6C (ac. Mevalonico). Este se fosforila 3 veces y se descarboxila fosforila 3 veces y se descarboxila transformándose en una molécula de 5C q es transformándose en una molécula de 5C q es el isopentenil PPi. Este se parece al isopreno el isopentenil PPi. Este se parece al isopreno y es la molécula q se va repitiendo. este y es la molécula q se va repitiendo. este isopentenil PPi es el intermediario a partir isopentenil PPi es el intermediario a partir del cual se forman los demás.del cual se forman los demás.

Ruta alternativaRuta alternativa Se forman 3 P-gliceratos a partir de la Se forman 3 P-gliceratos a partir de la

glucólisis. También se necesita piruvato, glucólisis. También se necesita piruvato, pero solo se necesitan 2C de este pirúvico. pero solo se necesitan 2C de este pirúvico. La unión da un compuesto de 5C q a el La unión da un compuesto de 5C q a el deoxixilulosa 5P y a partir de esta el deoxixilulosa 5P y a partir de esta el isopentenil PPi. Este intermediario es común isopentenil PPi. Este intermediario es común a ambas rutas.a ambas rutas.

TERPENOIDESTERPENOIDES

TERPENOS TERPENOS (Terpenoides)

Grupo de compuestos lipídicos diverso y numeroso: formado por alrededor de 30,000 compuestos insolubles a parcialmente miscibles en agua son biosintetizados a partir del acetil-CoA o

intermediarios de la glicólisis Compuestos derivados de la unión de unidades

isopreno de 5-carbonos (C5H8) los terpenos se conocen también como isoprenos o isoprenoides

También se conocen como terpenoides si se encuentran presentes otros elementos (especialmente oxigeno)

Biosíntesis de terpenos

La biosíntesis de los terpenos depende de un número variable de condensaciones consecutivas de los dos monómeros activos (building blocks)

La biogénesis de los terpenoides se puede dividir La biogénesis de los terpenoides se puede dividir en cuatro etapas generales, que son: en cuatro etapas generales, que son:

Etapa 1: Etapa 1: Síntesis del isopentenilpirofosfato Síntesis del isopentenilpirofosfato (IPP):(IPP): Vía ácido mevalónico (MVA)Vía ácido mevalónico (MVA) o vía no de o vía no de ácido mevalónico o vía de 1-desoxi-D-xilosa-5-ácido mevalónico o vía de 1-desoxi-D-xilosa-5-fosfato (DOXP) la cual se conoce también como fosfato (DOXP) la cual se conoce también como Ruta independiente del mevalonatoRuta independiente del mevalonato..

Etapa 2: Isomerización del IPP a Etapa 2: Isomerización del IPP a dimetilalilpirofosfato (DMAPP), adición dimetilalilpirofosfato (DMAPP), adición repetitiva de IPP y DMAPP.repetitiva de IPP y DMAPP.

Etapa 3: Elaboración de moléculas de Etapa 3: Elaboración de moléculas de prenilpirofosfato.prenilpirofosfato.

Etapa 4: Modificaciones enzimáticas de los Etapa 4: Modificaciones enzimáticas de los esqueletos. esqueletos.

Una vez obtenido el isopentil difosfato a partir de la ruta del ácido mevalónico o su ruta alterna, entonces comienza la isomerización del IPP a dimetilalilpirofodimetilalilpirofosfato y a partir sfato y a partir de las adiciones de las adiciones repetitivas y repetitivas y formación de formación de prenilpirofosfatprenilpirofosfatoo se consigue la se consigue la formación de formación de las diversas las diversas variedades de variedades de terpenoides por terpenoides por las las modificaciones modificaciones enzimáticas de enzimáticas de los esqueletoslos esqueletos

¿De qué depende la ruta ¿De qué depende la ruta elegida?elegida?

Ruta del ácido mevalónico (MVA)Ruta del ácido mevalónico (MVA): Esta : Esta vía opera en el citosol y en el retículo vía opera en el citosol y en el retículo endoplasmático de las plantas y se endoplasmático de las plantas y se encuentra también en animales, encuentra también en animales, levaduras, bacterias, hongos, algas y levaduras, bacterias, hongos, algas y protozoos. protozoos.

Ruta de la 1-desoxi-D-xilulosa-5-fosfato Ruta de la 1-desoxi-D-xilulosa-5-fosfato (DOXP)(DOXP): Se presenta sólo en bacterias, : Se presenta sólo en bacterias, algas verdes, cloroplastos de las plantas algas verdes, cloroplastos de las plantas y parásitos plasmodium. y parásitos plasmodium.

Isomerización del IPP a Isomerización del IPP a dimetilalilpirofosfato dimetilalilpirofosfato

(DMAPP), adición repetitiva de (DMAPP), adición repetitiva de IPP y DMAPP.IPP y DMAPP.

La IPP isomerasa convierte IPP La IPP isomerasa convierte IPP (isopentenilpirofosfato) en DMAPP en DMAPP (dimetilalilpirofosfato), éste acepta sucesivos residuos (dimetilalilpirofosfato), éste acepta sucesivos residuos de IPP para formar geranil pirofosfato (GPP), farnesil de IPP para formar geranil pirofosfato (GPP), farnesil pirofosfato (FPP), geranil geranil pirofosfato (GGPP). pirofosfato (FPP), geranil geranil pirofosfato (GGPP). Una prenil transferasa cataliza la transferencia de Una prenil transferasa cataliza la transferencia de IPP en un receptor de grupo prenilo cía una IPP en un receptor de grupo prenilo cía una sustitución nucleofílica.sustitución nucleofílica.

La isomerización de IPP a DMAPP crea un doble La isomerización de IPP a DMAPP crea un doble enlace alílico, a partir del cual se generan enlace alílico, a partir del cual se generan carbocationes estabilizados por resonancia. La carbocationes estabilizados por resonancia. La adición repetitiva de IPP a DMAPP tiene lugar adición repetitiva de IPP a DMAPP tiene lugar mediante diferentes prenil transferasas y esta adición mediante diferentes prenil transferasas y esta adición puede ocurrir por reacciones cabeza-cola, cabeza-puede ocurrir por reacciones cabeza-cola, cabeza-cabeza o cabeza-centro.cabeza o cabeza-centro.

Elaboración de moléculas Elaboración de moléculas de prenilpirofosfato de prenilpirofosfato

Una gran familia de sintetasas es Una gran familia de sintetasas es responsable de la conversión de GPP responsable de la conversión de GPP (geranil pirofosfato ), FPP (farnesil (geranil pirofosfato ), FPP (farnesil pirofosfato ) y GGPP (geranil geranil pirofosfato ) y GGPP (geranil geranil pirofosfato ) en unidades de pirofosfato ) en unidades de isoprenilo que posteriormente darán isoprenilo que posteriormente darán lugar a todos los terpenoides lugar a todos los terpenoides mediante la intervención de otras mediante la intervención de otras sintetasas y ciclasas.sintetasas y ciclasas.

Modificaciones enzimáticas Modificaciones enzimáticas de los esqueletos de los esqueletos

El fitoeno es el primer intermediario tetraterpeno. El El fitoeno es el primer intermediario tetraterpeno. El diterpeno se forma uniendo dos moléculas de geranil diterpeno se forma uniendo dos moléculas de geranil PPi. Solo se acumula el producto final, no los PPi. Solo se acumula el producto final, no los intermediarios. Toda esta síntesis se da en el plastidio.intermediarios. Toda esta síntesis se da en el plastidio.

La enzima, sin soltar al monoterpeno, le une un IPP La enzima, sin soltar al monoterpeno, le une un IPP originando un diterpeno que es el que suelta.originando un diterpeno que es el que suelta.

En la ruta clásica los sesquiterpenos se liberan. En el En la ruta clásica los sesquiterpenos se liberan. En el plastidio los hemiterpenos y monoterpenos se pueden plastidio los hemiterpenos y monoterpenos se pueden liberar.liberar.

Los hemiterpenos son muy volátiles. Los hemiterpenos son muy volátiles. Los sesquiterpenos no se pueden liberar, esto es al Los sesquiterpenos no se pueden liberar, esto es al

unirle al monoterpeno un IPP este no se libera, pero al unirle al monoterpeno un IPP este no se libera, pero al unirle otro IPP formamos los diterpenos q sí se pueden unirle otro IPP formamos los diterpenos q sí se pueden liberar.liberar.

Tipos y funciones de Tipos y funciones de TerpenosTerpenos

Formación de Formación de MonoterpenosMonoterpenos

Los hay como moléculas de cadena Los hay como moléculas de cadena abierta y con forma cíclica; se dan por abierta y con forma cíclica; se dan por ciclación de GPP mediante la ciclación de GPP mediante la intervención de las monoterpeno intervención de las monoterpeno sintetasas y en este grupo de productos sintetasas y en este grupo de productos naturales son frecuentes las excepciones naturales son frecuentes las excepciones a la regla de unión cabeza-cola a la regla de unión cabeza-cola (piretrinas). (piretrinas).

Así aparecen esqueletos monoterpénicos Así aparecen esqueletos monoterpénicos como: mierceno (cadena abierta), cineol, como: mierceno (cadena abierta), cineol, terpineol, fenchol, carveol, etc terpineol, fenchol, carveol, etc

Es un amplio grupo de terpenoides que Es un amplio grupo de terpenoides que presenta más de 200 estructuras cíclicas presenta más de 200 estructuras cíclicas diferentes; las ciclación del FPP ocurre por el diferentes; las ciclación del FPP ocurre por el mismo mecanismo que la ciclación del GPP; mismo mecanismo que la ciclación del GPP; los cinco carbonos y el doble enlace adicional los cinco carbonos y el doble enlace adicional permiten un aumento de la flexibilidad de la permiten un aumento de la flexibilidad de la cadena y la formación de un mayor número de cadena y la formación de un mayor número de estructuras esqueletales; muchos de estos estructuras esqueletales; muchos de estos sesquiterpenos tienen funciones de defensa en sesquiterpenos tienen funciones de defensa en plantas y algunas sesquiterpeno sintetasas plantas y algunas sesquiterpeno sintetasas con capaces de dar lugar a más de 25 con capaces de dar lugar a más de 25 productos diferentes. productos diferentes.

Los esqueletos más frecuentes de sesquiterpenos que se obtienen son: farneseno (cadena abierta), humuleno, longifoleno, germacreno y bisaboleno.

Las diterpeno sintetasas ciclan GGPP vía dos Las diterpeno sintetasas ciclan GGPP vía dos tipos de mecanismos; tipos de mecanismos;

a) intermedio catiónico similar a las prenil a) intermedio catiónico similar a las prenil sintetasas (taxadieno sintetasa); sintetasas (taxadieno sintetasa);

b) Intermedio de ion carbonio; los diterpenos se b) Intermedio de ion carbonio; los diterpenos se encuentran en muchos casos como fitoalexinas encuentran en muchos casos como fitoalexinas y giberelinas. y giberelinas.

Para su formación hay oxidación y Para su formación hay oxidación y uniones cabeza-cabeza;el esquema uniones cabeza-cabeza;el esquema general será: general será:

FPP + FPP FPP + FPP escualeno escualeno óxido óxido escualeno escualeno triterpenos. triterpenos.

Existen diferentes mecanismos de Existen diferentes mecanismos de ciclación y directamente relacionados ciclación y directamente relacionados con ellos se encuentran los esteroides, con ellos se encuentran los esteroides, las hormonas y las sapogeninas. las hormonas y las sapogeninas.

Los mecanismos son similares a los Los mecanismos son similares a los de síntesis de triterpenos y su de síntesis de triterpenos y su formación ocurre mediante la formación ocurre mediante la intervención de la fitoeno sintetasa y intervención de la fitoeno sintetasa y el siguiente esquema general: el siguiente esquema general:

GGPP + GGPP GGPP + GGPP fitoeno fitoeno carotenoides.carotenoides.

Los carotenoides son tetraterpenos originados por Los carotenoides son tetraterpenos originados por las vías de mevalonato o de la desoxyxilulosa las vías de mevalonato o de la desoxyxilulosa fosfato y la biogénesis de los diferentes tipos de fosfato y la biogénesis de los diferentes tipos de ello se hace a través de un complejo esquema ello se hace a través de un complejo esquema general. general.

La primera etapa en la vía que conduce a los La primera etapa en la vía que conduce a los carotenoides es la formación de fitoeno por la carotenoides es la formación de fitoeno por la enzima fitoeno sintetasa y a partir de aquí, a través enzima fitoeno sintetasa y a partir de aquí, a través de otros intermedios, que son isomerizados hasta de otros intermedios, que son isomerizados hasta llegar al todo-trans licopeno. Desde este llegar al todo-trans licopeno. Desde este carotenoide todo abierto, se producen ciclaciones y carotenoide todo abierto, se producen ciclaciones y funcionalizaciones que conducen a otros funcionalizaciones que conducen a otros carotenoides como alfa, y delta-caroteno, luteína, carotenoides como alfa, y delta-caroteno, luteína, crocetina, etc. crocetina, etc.

La formación de retinal, vitamina A, responsable La formación de retinal, vitamina A, responsable del proceso de visión, tiene lugar a partir los del proceso de visión, tiene lugar a partir los carotenoides por intervención de una beta-carotenoides por intervención de una beta-caroteno monooxigenasa que divide a la molécula caroteno monooxigenasa que divide a la molécula de 40 carbonos mediante una oxidación central. de 40 carbonos mediante una oxidación central.

RUTA DEL RUTA DEL ÁCIDO ÁCIDO

SHIKIMICOSHIKIMICO

El ácido shikímico se aisló inicialmente en 1885 de la El ácido shikímico se aisló inicialmente en 1885 de la

planta asiática "SHIKIMI-NOKI"planta asiática "SHIKIMI-NOKI"Illicium spIllicium sp. (Fam. . (Fam.

Illiciaceae) y es reconocido como el compuesto punto Illiciaceae) y es reconocido como el compuesto punto

de partida para un vasto número de sustancias de partida para un vasto número de sustancias

naturales. Su existencia como un discreto naturales. Su existencia como un discreto

constituyente vegetal, ha sido observado en años constituyente vegetal, ha sido observado en años

recientes, pero no hay duda de que es el metabolito recientes, pero no hay duda de que es el metabolito

universal de las plantas superiores y de muchas universal de las plantas superiores y de muchas

clases de organismos no mamíferos.clases de organismos no mamíferos.

  

  

  

COMPUESTOS DERIVADOS DEL ACIDO COMPUESTOS DERIVADOS DEL ACIDO SHIKIMICOSHIKIMICO

  Podemos afirmar que el ácido shikímico es el precursor Podemos afirmar que el ácido shikímico es el precursor

de la mayoría de constituyentes vegetales que contienen de la mayoría de constituyentes vegetales que contienen

anillos aromáticos; dando un patrón de oxigenación en anillos aromáticos; dando un patrón de oxigenación en

el anillo aromático claro, que permite reconocer los el anillo aromático claro, que permite reconocer los

compuestos derivados de este; así, en compuestos compuestos derivados de este; así, en compuestos

aromáticos derivados del ácido shikímico, las posiciones aromáticos derivados del ácido shikímico, las posiciones

oxigenadas son de tipo catecol (oxigenadas son de tipo catecol (ortoorto) o pirogalol ) o pirogalol

((diortodiorto), y en el caso de los fenoles monooxigenados son ), y en el caso de los fenoles monooxigenados son

generalmente generalmente pp-hidroxi-compuestos.-hidroxi-compuestos.

  

  La formación del ácido shikímico La formación del ácido shikímico ocurre a partir de precursores de 3 y ocurre a partir de precursores de 3 y 4 átomos de carbono como son el 4 átomos de carbono como son el ácido fosfoenolpirúvico (PEP) y la ácido fosfoenolpirúvico (PEP) y la eritrosa 4-fosfato (E4P) por una eritrosa 4-fosfato (E4P) por una condensación de tipo aldólica, condensación de tipo aldólica, produciendo un compuesto C7 a produciendo un compuesto C7 a través de una serie de etapas. través de una serie de etapas. 

    

BIOSÍNESIS DEL ÁCIDO BIOSÍNESIS DEL ÁCIDO SHIKÍMICOSHIKÍMICO

Los aminoácidos fenilalanina y tirosina, se sintetizan por Los aminoácidos fenilalanina y tirosina, se sintetizan por

reacciones posteriores del ácido shikímico con PEP, seguida reacciones posteriores del ácido shikímico con PEP, seguida

de las transformaciones que se muestran en el esquema de de las transformaciones que se muestran en el esquema de

la figura 6, vía del ácido corísmico como intermediario del la figura 6, vía del ácido corísmico como intermediario del

ácido prefénico para luego formar el fenilpirúvico. En ácido prefénico para luego formar el fenilpirúvico. En

microorganismos y plantas, estos aminoácidos, se forman microorganismos y plantas, estos aminoácidos, se forman

separadamente a partir del ácido prefénico.separadamente a partir del ácido prefénico.

Los ácidos prefénico, fenilpirúvico y el Los ácidos prefénico, fenilpirúvico y el pp-hidroxifenilpirúvico -hidroxifenilpirúvico

son los precursores de fenilalanina y tirosina, estos son los precursores de fenilalanina y tirosina, estos

aminoácidos son los constituyentes universales de proteínas aminoácidos son los constituyentes universales de proteínas

y es punto de partida de la secuencia biosintética que lleva a y es punto de partida de la secuencia biosintética que lleva a

los llamados compuestos C6C3los llamados compuestos C6C3

   Biosíntesis de fenilalanina y tirosina Biosíntesis de fenilalanina y tirosina (Aminoácidos aromáticos). (Aminoácidos aromáticos).

La ruta principal para la producción de La ruta principal para la producción de

los ácidos cinámico a partir de los ácidos cinámico a partir de

fenilalanina o tirosina, se reveló cuando fenilalanina o tirosina, se reveló cuando

se encontró que los tejidos vegetales se encontró que los tejidos vegetales

contienen sistemas enzimáticos capaces contienen sistemas enzimáticos capaces

de catalizar la remoción de amoníaco de de catalizar la remoción de amoníaco de

estos aminoácidos:estos aminoácidos:

Biogénesis de los ácidos Biogénesis de los ácidos cinámicoscinámicos

En los mecanismos PAL (fenilalanina-En los mecanismos PAL (fenilalanina-

amonioliasa) o el TAL (tirosina-amonioliasa) o el TAL (tirosina-

amonioliasa) las enzimas actúan sobre amonioliasa) las enzimas actúan sobre

los grupos salientes en posición los grupos salientes en posición trans, trans,

como una eliminación de como una eliminación de tipo Hoffmantipo Hoffman

Compuestos C6C3 (Ácidos cinámicos)Compuestos C6C3 (Ácidos cinámicos)

La importancia fundamental de la secuencia de La importancia fundamental de la secuencia de

reacciones reacciones ácido shikímico → ácido prefénico → ácido shikímico → ácido prefénico →

fenilalanina (o tirosina) → ácidos cinámicosfenilalanina (o tirosina) → ácidos cinámicos, y la , y la

amplia distribución natural de los ácidos cinámicos y sus amplia distribución natural de los ácidos cinámicos y sus

productos de biodegradación, lleva a la conclusión de productos de biodegradación, lleva a la conclusión de

que muchos compuestos naturales que contienen que muchos compuestos naturales que contienen

cadenas laterales de 3 átomos de carbono ligados a cadenas laterales de 3 átomos de carbono ligados a

núcleos fenólicos, son productos de reducciones núcleos fenólicos, son productos de reducciones

biológicas de los ácidos cinámicos; la naturaleza ofrece biológicas de los ácidos cinámicos; la naturaleza ofrece

muchos ejemplos de casi todos los niveles de oxidación muchos ejemplos de casi todos los niveles de oxidación

de la cadena lateral de estos compuestos. de la cadena lateral de estos compuestos.

Fenilpropanoides C6C3, C6C2 Y Fenilpropanoides C6C3, C6C2 Y C6C1.C6C1.

Una característica estructural Una característica estructural

general, en este tipo de sustancias es general, en este tipo de sustancias es

la presencia frecuente de funciones la presencia frecuente de funciones

oxigenadas en posiciones 4, 3 y 4, 4 y oxigenadas en posiciones 4, 3 y 4, 4 y

5 y 3, 4 y 5, que son las mismas 5 y 3, 4 y 5, que son las mismas

posiciones oxigenadas presentes en posiciones oxigenadas presentes en

el ácido Shikímico.el ácido Shikímico.

Los siguientes son los núcleos Los siguientes son los núcleos

principales de los fenil propanos, se principales de los fenil propanos, se

puede observar que las sustituciones puede observar que las sustituciones

oxigenadas del anillo son en oxigenadas del anillo son en para o en para o en

meta de la cadenameta de la cadena

Compuestos C6C2Compuestos C6C2

Una clase de compuestos Una clase de compuestos C6C2 que C6C2 que

provienen de compuestos C6C3 por provienen de compuestos C6C3 por

un proceso de un proceso de descarboxilación, estos descarboxilación, estos

compuestos son derivados tipo compuestos son derivados tipo

acetofenona, estilbenos y fenil etanoides.acetofenona, estilbenos y fenil etanoides.

Compuestos C6C1Compuestos C6C1

A partir de los ácidos cinámicos las plantas A partir de los ácidos cinámicos las plantas

pueden generar compuestos aromáticos C6C1, pueden generar compuestos aromáticos C6C1,

formando inicialmente el éster de la coenzima formando inicialmente el éster de la coenzima

A del ácido cinámico, el cual puede sufrir A del ácido cinámico, el cual puede sufrir

degradación de la cadena lateral, mediante un degradación de la cadena lateral, mediante un

proceso enzimático similar a la β oxidación de proceso enzimático similar a la β oxidación de

los ácidos grasos. los ácidos grasos.

E1 derivado del ácido benzoico así originado, E1 derivado del ácido benzoico así originado,

puede descarboxilarse para generar puede descarboxilarse para generar

compuestos C6, o sufrir una o varias etapas de compuestos C6, o sufrir una o varias etapas de

reducción para generar derivados tipo reducción para generar derivados tipo

benzaldehído, alcohol bencílico y compuestos benzaldehído, alcohol bencílico y compuestos

derivados del tolueno.derivados del tolueno.

Compuestos C6Compuestos C6

Son pocos los compuestos C6, que han sido Son pocos los compuestos C6, que han sido

aislados en la naturaleza, los más comunes aislados en la naturaleza, los más comunes

son la arbutina (el β-D-glucopiranósido de la son la arbutina (el β-D-glucopiranósido de la

hidroquinona) y su éter metílico. La hidroquinona) y su éter metílico. La

arbutina es derivada de la ruta del ácido arbutina es derivada de la ruta del ácido

shikímico→fenilalanina; esto se comprobó shikímico→fenilalanina; esto se comprobó

por experimentos en los cuales se por experimentos en los cuales se

administró fenilalanina, ácido cinámico, administró fenilalanina, ácido cinámico,

tirosina y ácido shikímico marcados con 14Ctirosina y ácido shikímico marcados con 14C

REFERENCIASREFERENCIAS

http://www.ugr.es/~quiored/pnatu/fihttp://www.ugr.es/~quiored/pnatu/fig/rutamevalo.gifg/rutamevalo.gif

mail.fq.edu.uy/~planta/Cursos/mail.fq.edu.uy/~planta/Cursos/teorico%20terpenosteorico%20terpenos%202007,%20tema%2012.pdf%202007,%20tema%2012.pdf

http://www.caib.es/oposicions/annexhttp://www.caib.es/oposicions/annexos/Aux_torn_ll/base.docos/Aux_torn_ll/base.doc

http://issuu.com/lfsan/docs/tesislf/20http://issuu.com/lfsan/docs/tesislf/20