química de productos naturales: metabolitos 1 utmach
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Dra. Haydelba D’ Armas, PhD
Mayo de 2014
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Metabolitos primarios: son moléculas de baja masa molecular queintervienen, bien como productos finales o intermediarios, en lasdistintas rutas anabólicas y catabólicas.
Por ejemplo: aminoácidos, vitaminas, nucleótidos, alcoholes, ácidosorgánicos
Son necesarios para el crecimiento del microorganismo que losproduce
Se producen como productos únicos
Son producidos por todos los organismos (son universales)
La producción no puede perderse fácilmente por mutaciónespontánea
METABOLITOS PRIMARIOS
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Metabolitos secundarios: se producen cuando la velocidad decrecimiento es baja, no tienen pues una función esencial en elcrecimiento. Por ejemplo: antibióticos, toxinas, alcaloides,flavonoides, pigmentos
Generalmente, se producen como mezclas de productos muyrelacionados químicamente entre sí, siendo importantes para lasupervivencia e interacción con el entorno
La producción puede perderse fácilmente por mutaciónespontánea
Cada uno de estos productos es producido por un grupo muyreducido de organismos
METABOLITOS SECUNDARIOS
No tienen funciones metabólicas directas aparentes
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El interés en los metabolitos secundarios surgió por su gran utilidadcomo colorantes, herbicidas, aceites, ceras, perfumes y drogas.
Con el tiempo se evaluaron las posibles funciones que estoscompuestos tendrían en las plantas, especialmente en el contexto delas interacciones ecológicas.
En general, los biólogos no le dieron importancia a estos productossecundarios que consideraron productos de desecho y sí lo hicieronlos químicos orgánicos que investigaron intensamente suspropiedades estructurales.
METABOLITOS SECUNDARIOS
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Ahora se sabe que muchos de estos productos juegan rolesimportantes en procesos de defensa, necesarios para lasupervivencia de la planta, contra herbívoros y microorganismospatógenos
También pueden cumplir funciones importantes como soporteestructural (lignina) o como pigmentos (antocianinas) y favorecerla polinización
Por estos motivos actualmente se prefiere la denominación de“Productos Naturales” en lugar de metabolitos secundarios
METABOLITOS SECUNDARIOS
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Compuestos nitrogenados (alcaloides)
Los Productos Naturales pueden dividirse en cinco gruposprincipales:
Los metabolitos secundarios no se diferencian de los primarios porsus estructuras químicas, sus moléculas precursoras o su origenbiosintético
Terpenos o terpenoides
Compuestos fenólicos (fenilpropanoides,taninos, flavonoides)
CLASIFICACIÓN
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METABOLITOS SECUNDARIOS
Metabolitos primarios Metabolitos secundarios
Ácido kaurenoicoÁcido abietico
Prolina Ácido pipecolico
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Los terpenos o terpenoides constituyen el grupo mayoritario, soninsolubles en agua (lípidos) y tienen en común el origen biosintéticoa partir de Acetil CoA o intermediarios de la glicólisis.
Los primeros fueron aislados de la trementina (terpentina)
Derivan de un precursor de 5 C ramificado: el isopentano:
TERPENOIDES
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Isopreno
Estas estructuras básicas suelen llamarse “unidades de isopreno”
Así también a los terpenos se los llaman isoprenoides
TERPENOIDES
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Se clasifican por el número de unidades de 5C que presentan
Una simple unidad de isopreno : hemiterpeno
Dos unidades de isopreno: monoterpeno
Tres unidades de isopreno: sesquiterpeno
Cuatro unidades de isopreno: diterpeno
Cinco unidades de isopreno: triterpeno
Seis unidades de isopreno: tetraterpeno
CLASIFICACIÓN DE TERPENOIDES
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Los terpenos son biosintetizados apartir de metabolitos primarios almenos por dos rutas diferentes: ladel ácido mevalónico es la másestudiada
Tres Acetil CoA se unen para darfinalmente ácido mevalónico
BIOSÍNTESIS
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El ácido mevalónico es fosforilado,descarboxilado y deshidratadopara dar isopentenilpirofosfato(IPP)
El IPP es el bloque activado de 5 Cde los terpenos
El IPP también puede formarse apartir de intermediarios de laglicólisis o glucólisis
BIOSÍNTESIS
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SÍNTESIS DE IPP EN PLÁSTIDOS
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El IPP y su isómero DPP son los bloques activados de 5C que seunen para formar los terpenos más grandes
SÍNTESIS DE IPP EN PLÁSTIDOS
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El hemiterpeno o isopreno es un producto volátil liberado en tejidosfotosintéticamente activos.
La isoprenosintasa está presente en los cloroplastos de plantas C3
Los monoterpenos fueron los primeros aislados. Son esenciasvolátiles de las flores.
Muchos de ellos son tóxicos para los insectos. Por ej. Los piretoidespresentes en hojas y flores de crisantemos. Se utilizan comoinsecticidas
En las coníferas se acumulan en los canales resiníferos. Ej. alfapineno, beta pineno, limoneno y mirceno
TERPENOIDES
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Monoterpenos (C10)
Myrceno α-pineno
(-)-limonenoβ-pineno
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Los más conocidos son las sesquiterpenolactonas, agentesantiherbívoros que se encuentran en pelos glandulares de lafamilia Asteraceae
El gossypol es un dímero. Es unagente de defensa de insectos ypatógenos (hongos y bacterias)
Se caracterizan por un anillolactona , un éster cíclico de 5 C
Sesquiterpenos (C15)
Gossypol(sesquiterpeno dimero)
Costunolido(repelente de insectos-tóxico en mamíferos)
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Las euforbiáceas, leguminosas y coníferas producen estos terpenos.
Diterpenos (C20)
Phorbol(Irritante y carcinogénico)Taxol
(droga anticancerígena)
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Incluyen esteroides. Algunos alcoholes esteroidales son importantescomponentes de las membranas celulares de las plantas.Disminuyen la permeabilidad de las mismas
Las fitoedicsonas presentan la misma estructura básica que lashormonas de algunas insectos. Su ingesta es letal
Triterpenos (C30)
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Otros triterpenos son compuestos antiherbívoros
CardenólidosSon cardiotónicos
Limonoides, sustancias amargas
Triterpenos (C30)
Azadirachtin(repelente de insectos)
Digitoxigenla aglicona del digitoxin, un cardenólido(tratamiento de enfermedades cardíacas)
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Son moléculas de elevada masa molecular (n>9). Las gomas son lospolímeros mejor conocidos y contienen 1500 a 15000 unidades deisopreno, como por ejemplo el caucho. El árbol más conocido es laHevea brasieliensis
Algunos herbívoros evaden el efecto tóxico de los metabolitossecundarios. Por ej. detoxifican los productos lipofílicos como losterpenos, convirtiéndolos en solubles y los eliminan. Otros seconvierten en tóxicos para otros predadores, ej. monarca
Politerpenos([C5]n)
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AgradecimientoSenescyt (ecuador) a través del proyecto prometeoUniversidad técnica de machala: institución devinculación