5. biosÍntesis-2
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OSCAR JAVIER PATIÑO
QUÍMICO Ph.D.
GENERALIDADES BIOSINTETICAS
Metabolito
Son sustancias obtenidas de procesos metabolicos de los organismos.
BIOSINTESIS
El conjunto de reacciones específicas mediante el cual un organismo fabrica sus propias sustancias y mantiene la vida se conoce como METABOLISMO
Metabolito primario
Son aquellas sustancias que están en la mayoría de las plantas y son indispensables para su crecimiento, reproducción y desarrollo.
BIOSINTESIS
Metabolito secundario
Moléculas con PM < 200 uma
Distribución taxonómica restringida
Derivadas del metabolismo primario
No son esenciales para la supervivencia del organismo
Se producen bajo condiciones especiales.
BIOSINTESIS
Biosíntesis Es la secuencia de reacciones orgánicas y mecanismos de
reacción que representa de manera lógica como se pueden
fabricar los diferentes metabolitos secundarios.
BIOSINTESIS
Luz solar
Clorofila Microorganism
os autótrofos Enzima
Ribulosa 1,5-Difosfato
NADP+
NADPH
CO2
Reducción
Oxidación
Ganancia de E
Pérdida de E ADP
ATP
OHCH3
O
ÁCIDO ACÉTICO
Ácido pirúvico Ciclo de Krebbs
aminoácidos alifáticos
ALCALOIDES
COMO SE ORIGINAN LOS METABOLITOS SECUNDARIOS?
CH3HOOC
O
INICIADOR
Ribosa 5P
Síntesis de nucleótidos y ac.
nucleícos
Polisacáridos y glicósidos
ESQUEMA GENERAL DE RUTAS BIOSINTÉTICAS
precursores
BIOSÍNTESIS A PARTIR DE ÁCIDO ACETICO
Fenoles
Ácidos grasos
α-Pironas
γ-Pironas
Acetogeninas
Cromanos
Cumarinas
Quinonas
Xantonas
Aflatoxinas
Prostaglandinas
Monoterpenos
Sesquiterpenos
Diterpenos
Triterpenos
Tetraterpenos
Iridoides
Gibberelinas
Sesquiterpenlactonas
Limonoides
Esteroles
Corticoides
Ácidos biliares
Hormonas esteroidales
Carotenos
Xantofilas
Ribosa 5P
Síntesis de nucleótidos y ac.
nucleícos
Polisacáridos y glicósidos
ESQUEMA GENERAL DE RUTAS BIOSINTÉTICAS
BIOSÍNTESIS A PARTIR DE SHIKIMICO
Taninos
hidrolizables
Fenilpropanos
Cumarinas
Lignanos
Ligninas
TAREA
Investigue la definición de cada
metabolito y de un ejemplo estructural
del núcleo base de cada uno.
TIPOS DE TANINOS
Taninos hidrolizables: Pueden ser hidrolizados por ácidos o enzimas Están
formados por varias moléculas de ácidos fenólicos derivados del shikímico
unidos por enlaces éster a un núcleo central de glucosa.
Galotaninos: Derivados de ácido gálico o el ácido digálico.
Elágitaninos : Derivados del acido elágico o el ácido hexahidro difénico.
TANINOS
FENILPROPANOS
Son compuestos orgánicos que poseen un anillo aromático y sustituyentes alquilicos (propanos) C6-C3. Están presentes en muchos aceites esenciales: clavos, canela, anís, sasafraz etc. Su biosíntesis se deriva del acido shikimico
COH
H3CO
CH3
OH
OCH3
CH2 O
OCH3
FENILPROPANOS
FENILPROPANOIDES
Aislados de muchas familias de plantas entre las que se destacan:
Características estructurales: dobles enlaces de la
cadena lateral en posición –trans.
Piperaceae Umbelliferaceae Cupressaceae
CUMARINAS
Dicumarol
(Agente anticoagulante)
Melilotus officinalis
Especies de la familia Rutaceae Psoraleno
Tratamiento de despigmentación
cutanea (vitiligo)
LIGNANOS
Se definieron inicialmente por Haworth en 1942, como
productos de las plantas basados en un esqueleto de
carbono que posee dos unidades de n-propilbenceno
unidos en la posición beta-beta o 8-8´
FURANOFURANICOS
DIARILBUTIROLACTONICOS
ARILNAFTALENOS
DIBENZOCICLOOCTADIENOS
LIGNANOS
Podophyllum peltatum
Lignanos con
actividad
citotóxica
Semisintéticos
Excelentes
agentes
antitumorales
BIOSÍNTESIS A PARTIR DE ÁCIDO ACETICO
Fenoles
Ácidos grasos
α-Pironas
γ-Pironas
Acetogeninas
Cromanos
Cumarinas
Quinonas
Xantonas
Aflatoxinas
Prostaglandinas
Monoterpenos
Sesquiterpenos
Diterpenos
Triterpenos
Tetraterpenos
Iridoides
Gibberelinas
Sesquiterpenlactonas
Limonoides
Esteroles
Corticoides
Ácidos biliares
Hormonas esteroidales
Carotenos
Xantofilas
TAREA
Investigue la definición de cada metabolito y de un ejemplo estructural del núcleo base de cada
uno.
Las prostaglandinas son derivados de ácidos grasos que son
reguladores bioquímicos.
Son un grupo de ácidos carboxílicos de C20 que contienen un
anillo de cinco miembros con dos cadenas largas
El nombre de prostaglandina se deriva del
hecho que fueron aisladas por primera vez
en las glándulas de próstata de carnero.
Se ha demostrado que existen en pequeñas
cantidades en todos los tejidos y que cumplen
funciones especificas en la regulación de:
Nivelan la presión
arterial
Intervienen en los
procesos
inflamatorios
Participan en el
aglutinamiento de
las plaquetas en la
coagulación
Regula la
secreción de
ácidos
gástricos
ACETOGENINAS
(CH2)9CH3
O
O
(CH2)9
OH
OH
OH
O
O
Acetogeninas son áctivas contra lepidopteros. Insecticida a base de
acetogeninas fue patentado por Bayer®
Tienen una estructura alifática de cadena larga terminada en una lactona,
normalmente insaturada y ciclada
Annona muricata
POLIETERES
O
O
O
O
O
O
O
OO
O
CHOHO
O
Brevitoxina-B (BTX-B) Gymnodinium breve (=Ptychodiscus brevis)
Dinoflagelados (Asociados a organismos Marinos)
Citotóxicos
(Tratamiento de Cancer)
MACRÓLIDOS ANTRACICLINAS
Streptomyces spp.
Eritromicinas
RUTA DEL ACIDO ACÉTICO
O
CH3
CH3
OH OH
FENOLES
OH
OH OH
CH3
O
ACETOFENONAS O
OO
OCH3
CH3
COOH
OH
OH
DEPSIDOS
OCH3
O
COOH
γ-PIRONAS
OCH3 O
α-PIRONAS O
OH
OH
O
OH
CROMONAS ISOCUMARINAS
O
O OH
OHOH
OH
XANTONAS O
O
ANTRAQUINONAS
O
O NAFTOQUINONAS
O
OH
OH
O
CH3
Patrón de oxigenación
1-3.
ANTRAQUINONAS
O
O
ANTRAQUINONAS
Acción laxante (Se absorben a
nivel del intestino, ejercen efecto
neuroperistáltico)
Cassia sena
(Sen)(Leguminosae)
Rheum rhabarbarum
Ruibarbo
CROMONAS
Familia Umbeliferaceae (Apiaceae) Agentes antiasmáticos
Nedocromil
Khellin
Compuestos fenolicos que caracterizan
porque tienen un anillo aromático unido
a un anillo de pirano.
BIOSÍNTESIS A PARTIR DE ÁCIDO ACETICO
Fenoles
Ácidos grasos
α-Pironas
γ-Pironas
Acetogeninas
Cromanos
Cumarinas
Quinonas
Xantonas
Aflatoxinas
Prostaglandinas
Monoterpenos
Sesquiterpenos
Diterpenos
Triterpenos
Tetraterpenos
Iridoides
Gibberelinas
Sesquiterpenlactonas
Limonoides
Esteroles
Corticoides
Ácidos biliares
Hormonas esteroidales
Carotenos
Xantofilas
TAREA
Investigue la definición de cada metabolito y de un ejemplo estructural del núcleo base de cada
uno.
Ácido mevalónico Deoxixilulosa 5-fosfato Ciclo de las pentosas
CH2 OPP
CH3
CH3 OPP
CH3
IPP (C5) DMAPP (C5) Hemiterpenos
C10 Monoterpenos
Iridoides Monoterpenos modificados
C15 Sesquiterpenos
IPP
C20 Diterpenos
C25
IPP
Sesterpenos
C30
x2
Triterpenos Esteroles (C27)
x2
C40 Tetraterpenos Carotenoides
MONOTERPENOS (C10)
CH3
CH3 CH2
CH3
CH3 CH3
O
CH3
CH3 CH3
OH
CH2
CH3CH3
OH
CH3
Compuestos con alta presión de vapor (compuestos volátiles). Forman los aceites
esenciales de las especies vegetales
Limoneno
Aromatizantes y saborizantes en
alimentos, aceites usados en
cosmética para masajes,
antibacteriano, antiinflamatorio.
MONOTERPENOS C10
CH3
CH3 CH2
CH3
CH3 CH3
O
CH3
CH3 CH3
OH
CH2
CH3CH3
OH
CH3
Compuestos con alta presión de vapor (compuestos volátiles). Forman los aceites
esenciales de las especies vegetales
1,8-cineol
Rosmarinus officinale Eucalyptus globus
Control Botánico
Actividad
fumigante
MONOTERPENOS
CH3
CH3 CH2
CH3
CH3 CH3
O
CH3
CH3 CH3
OH
CH2
CH3CH3
OH
CH3
Compuestos con alta presión de vapor (compuestos volátiles). Forman los aceites
esenciales de las especies vegetales
Carvacrol
Tomillo Oregano
Actividad antibacterial, usado
como aditivo en alimentos para
evitar proliferación bacteriana
Escherichia coli
(Infecciones intestinales)
Pseudomona aeruginosa
(infecciones en sistema
pulmonar, dijestivo y urinario)
MONOTERPENOS MODIFICADOS
CH3
CH3 CH3CH3
COOH
C10 Dos unidades de DMAPP
Piretrinas
O
CH2
O
O
CH3
CH3
CH3
CH3
Piretroides (Síntesis)
Acción knock down particularmente en insectos voladores. Acción neurotóxica por bloqueo de canales de sodio en axones. Mecanismo similar a los organoclorados,
las piretrinas son moderadamente tóxicas para mamiferos. T1/2 = 2 horas
Chrysanthemum cinerariaefolium
SESQUITERPENOS Componentes de aceites esenciales de algunas especies vegetales
Biológicamente activos: Anticancerigenos, antifúngicos, antibacterianos
Intermediarios para compuestos de hemisíntesis, síntesis (Artemisinina)
Artemisia annua (ajenjo)
Tratamiento de fiebres
causadas por malaria
DITERPENOS (C20)
Taxus chinensis
TRITERPENOS (C30)
TETRATERPENOS (C40)
Carotenoide
Acción antioxidante
Precursores de Vitamina A
NORTRITERPENOS
Limonoides (C26) : Tetranortriterpenoides altamente funcionalizados
Producto natural más activo como antialimentario
(Insectos de cuerpo blando)
Arbol del Neem Azadiractina
Rutaceae
Meliaceae
ESTEROIDES
Esteroles (C27) : Trinortriterpenoides
Colesterol Ciclopentano
perhidrofenantreno Sitostanol (Esteroles de soya)
Los esteroides son moléculas policíclicas complejas que se
encuentran en todas las plantas y animales.
Sus estructuras se basan en un núcleo tetracíclico androstano
conocido como ciclopentanoperhidrofenantreno.
La longitud y estructura de las cadenas (R) caracteriza a cada uno
de los esteroides derivados.
Ciclopentano
perhidrofenantreno
Esteroides
Esteroles Hormonas sexuales
Hormonas adrenocorticales
Esteroides sintéticos
CH3
CH3R
OH
CH3
CH3O
OH
CH3
CH3O
O
CH3
CH3R1
R
Los esteroles son esteroides con 27 a 29 átomos de carbono y contienen un grupo alcohol
o hidroxilo (-OH) en el carbono 3. Se encuentran en abundancia en los organismos vivos,
sobre todo en animales y en algunas algas rojas.
El esterol más común en los animales es el colesterol, que forma parte de
las membranas de todas las células eucariotas y micoplasmas.
Las plantas superiores contienen fitosterol que es en realidad una mezcla de composición
variable de tres componentes: Campesterol, Sitosterol y Estigmasterol.
En ciertas células animales llega a
constituir más del 50% de los lípidos de
membrana.
Aplicaciones:
ACIDOS BILIARES
Sales de sodio y
potasio del acido
taurocólico
Sales de sodio y
potasio del acido
glicocolico
SAPONINAS ESTEROIDALES
Colesterol
Propiedades
similares al jabón de
ahí su nombre, del
latín “sapo: jabón”
TÓXICAS POR
INGESTIÓN
HEMÓLISIS
Citotóxicas, antiinflamatorios, anticancerigenos (Agavaceae, Fabaceae)
Precursores de corticoides (Antiinflamatorios, antirrreumáticos)
GLICOSIDOS CARDIOTÓNICOS
Digitalis spp.
azucar
Los glicósidos cardiacos se usan en las siguientes condiciones:
Insuficiencia cardiaca
Arritmias
Taquicardia
.
Aumentan contracciones del
corazón
BIOSÍNTESIS POR RUTA MIXTA
ÁCIDO ACETICO ÁCIDO SHIKIMICO
Estilbenos Flavonoides
ESTIRIL PIRONAS
O O
OCH3
O
O
O
O
OCH3
CH3
O
Metisticina Yangonina
Piper methysticum
O
O
FLAVONA
O
O
FLAVANONA
O
O
AURONA
O
O
ISOFLAVONA
O
OH
CATEQUINA
O+
ANTOCIANINA CUMESTANO
O
O
O
PTEROCARPANO
O
O
ROTENOIDE
OO
O
FLAVONOIDES
FLAVONOIDES Rotenona
Derris spp Lonchocarpus spp Tephrosia spp
Usada como insecticida por más de 150 años,
bloquea la producción de energía en las células de
los insectos
OO
O
CH2
CH3
O
H
H
OCH 3
OCH 3
FLAVONOIDES
Acción antioxidante
FLAVONOIDES
Efectos causados por parasitos del género Leishmania
Hembras del género
Lutzomia
OH
OH O
OCH3
Activos in vitro
Ribosa 5P
Síntesis de nucleótidos y ac.
nucleícos
Polisacáridos y glicósidos
ESQUEMA GENERAL DE RUTAS BIOSINTÉTICAS
Fenil-etil-aminas
simples (Tirosina)
OH
NH2
NH
Tetrahidroisoquinolinas
(Tirosina)
N
Quinolizidinas
(Lisina)
NH
NH
β-Carbolínicos
(Triptófano)
Nicotina (ácido nicotínico)
N
N
CH3NH
NH2
Indólicos simples
(Triptófano)
N
Quinolínicos (ácido antranílico)
ALCALOIDES
NH2
NH2
COOH
L-Ornitina
NH2 NH2
COOH
L-Lisina
NHNH
COOH
NH2
L-Histidina
COOH
NH2
Ácido antranílico
COOH
OHNH2
L-Tirosina
COOH
NH2
L-Fenil alanina
NH
NH2
COOH
L-Triptofano
AMINOÁCIDOS
Cinchona spp.
Catharanthus roseus
Vincristina
usada en
tratamientos
contra el cáncer
ALCALOIDES
Plasmodium falciparum
Pilocarpus sp (Rutaceae)
Clorhidrato de
pilocarpina 1%
Curar afecciones
relacionadas con
la visión
ON
N
CH3
O
CH3
ALCALOIDES
cocaína
Erythroxylum coca
Brugmansia candida
ALCALOIDES
Efecto
alucinogeno
COMO SON SINTETIZADOS ESTOS METABOLITOS POR LAS
PLANTAS
TAREA
Ampliar e
ilustrar mejor
este mapa
conceptual