via do acetato-malonato - university of são paulo
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28/08/2016
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BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Via do Acetato-Malonato
Prof. Marcelo J. Pena Ferreira
BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
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CO2 + H2O
GLICOSE
PIRUVATO
3-FOSFOGLICERATO (3-PGA)
VIA DO METILERITRITOL-FOSFATO (MEP)
ACETIL-CoA
VIA DO ACETATO-
MEVALONATO
TERPENÓIDES
MONOTERPENOS (C10) SESQUITERPENOS (C15) DITERPENOS (C20) TRITERPENOS (C30) ESTERÓIDES CAROTENÓIDES
CICLO DE KREBS
VIA DO ACETATO-MALONATO
DERIVADOS DE ÁCIDOS GRAXOS
CUTINA SUBERINA CERAS POLIACETILENOS
FOSFOENOLPIRUVATO
ERITROSE-4-FOSFATO
VIA DO CHIQUIMATO
SUBSTÂNCIAS FENÓLICAS
SUBSTÂNCIAS FENÓLICAS
AMINOÁCIDOS AROMÁTICOS
AMINOÁCIDOS ALIFÁTICOS
METABÓLITOS NITROGENADOS
ALCALOIDES GLICOS. CIANOGÊNICOS GLUCOSINOLATOS POLIAMINAS
FLAVONÓIDES FENILPROPANÓIDES
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BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
• Precursora de policetídeos: cadeias poli--ceto
• Compreende as seguintes classes de metabólitos:
• Ácidos graxos;
• Poliacetilenos;
• Prostaglandinas;
• Antibióticos macrolídeos;
• Várias substâncias aromáticas:
xantonas, antraquinonas, tetraciclinas....
Via do acetato-malonato
BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Via do acetato-malonato Formação da cadeia poli--ceto: ocorre com a carboxilação da Ac-CoA à
malonil-CoA (na presença de ATP, HCO3- e coenzima biotina)
acetil-CoA-CO2
malonil-CoA
acetoacetil-CoA poli--ceto-éster
malonil-CoA -CO2
aromáticos macrolídeos
ácidos graxos
sem redução dos grupos ceto
todos grupos ceto reduzidos
redução/ desidratação
-cetoéster hidroxiéster
redução desidratação
éster conjugado
redução
éster reduzido
ACP: proteína carreadora de acila
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BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Via do acetato-malonato – Ácidos graxos e derivados
1. Ácidos graxos
Biossintetizados pela enzima ácido graxo sintase (do inglês: FAS)
Animais e fungos: FAS tipo I – proteína multifuncional com sete
domínios funcionais
Plantas e bactérias: FAS tipo II – conjunto de enzimas separadas
codificadas por sete genes diferentes
Malonil-CoA Malonil-CoA
acetil-CoA acetil-CoA
Unidade Iniciadora
Unidade Iniciadora
Unidades extensoras Unidades extensoras Ácido palmítico (16:0)
Ácido esteárico (18:0)
BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Via do acetato-malonato – Ácidos graxos e derivados
1. Ácidos graxos
Frequentemente possuem n° par de C e esterificados ao glicerol
Triglicerídeos: Lipídeos de reserva de plantas oleaginosas
Geralmente presentes em:
Sementes: legumes, cereais, palmeiras; Frutos: oliva, abacate
G
L
I
C
E
R
O
L
ÁCIDO
GRAXO
ÁCIDO
GRAXO
ÁCIDO
GRAXO
Importante reserva energética para o embrião
Saturados Aves e mamíferos Insaturados Graxas e gorduras Vegetais: óleos
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BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Via do acetato-malonato – Ácidos graxos e derivados
1. Ácidos graxos
Espécies vegetais e peixes contém predominantemente
triglicerídeos de ácidos graxos insaturados.
Ácido oleico - 18:1 (9c)
Espécies de clima frio produzem % de ácidos graxos poliinsaturados
manter a fluidez.
Óleo de Colza – Brassica napus [ ] C20, C22 (ácido erúcico) e de glicosinolatos
Variedades genetica//e modificadas: Canola “Canadian oil low acid”
% de -3 e -6
BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Via do acetato-malonato – Ácidos graxos e derivados
1. Ácidos graxos
Organismos eucariontes: 9-desaturase
Espécies vegetais
Ácido oleico - 18:1 (9c)
Espécies animais – dieta: ácido linoleico
prostaglandinas
tromboxanos
leucotrienos
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BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Oenothera biennis – Onagraceae
Sementes: óleo de prímula
Óleo: suplemento alimentar
glicerídeos de ácido -linolênico (7-14%)
glicerídeos do ácido linoleico (65-80%)
Usos adicionais:
tratamento tensão pré-menstrual
esclerose múltipla
mastalgia
Dilinoleil--linolenil-glicerol: tratamento da neuropatia e retinopatia relacionadas ao diabetes
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Ricinus communis - Euphorbiaceae
ácido oleico
ácido ricinoleico
oleato 12-hidroxilase
PL: fosfolipídio
ácido undecenóico
Óleo de rícinio: purgante, base de emolientes e fabricação sabões Emprego do óleo para preparação de biodiesel
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BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Via do acetato-malonato – Ácidos graxos e derivados
1. Ácidos graxos
Fosfolipídeos: Componentes estruturais de membranas celulares;
Constituído por diacil-éster do glicerol 3P: ácido fosfatídico
O grupo fosfato pode estar ligado a colina, etanolamina, serina,
mioinositol formando fosfatidilcolina , ........
Fosfatidilcolina: lecitina
Lipossomos: potencial interesse em sistemas “drug delivery”.
PAF (fator agregação plaquetária): ativa plaquetas sanguíneas; contribui para efeitos como trombose, alergias e inflamações.
BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Via do acetato-malonato – Ácidos graxos e derivados
2. Ceras cuticulares
Constituída por longas cadeias alifáticas tais como n-alcanos, alcoóis
graxos (1° e 2°), aldeídos e cetonas, ácidos graxos livres e ésteres.
Também encontrados: triterpenos e esteróides.
Lamela média (pectinas)
Parede celular 1ª
Cera epicuticular Matriz de cutina
Matriz de cutina “embebida” por ceras:
Cera intracuticular
Capa cuticular: cutina + celulose aderida a lamela média
Cutícula (cutina + ceras):
Um dos fatores para a
conquista do ambiente
terrestre
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BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Via do acetato-malonato – Ácidos graxos e derivados
Cutícula
Constituída por cutina (biopolímero de estéres de ácidos graxos C16
ou C18) e 2 tipos de ceras:
epicuticular: depositada sobre a superfície da cutina
intracuticular: incorporada a matrix de cutina
...O-(CH2)15-C-O-(CH2)9-CH-(CH2)7-C....
(CH2)7-CH-(CH2)9-O-C-(CH2)7-CH-(CH2)9-O-C....
O... O...
Estrutura parcial da molécula de cutina
Cutina: Principal constituinte da cutícula que recobre as paredes
celulares externas da epiderme dos órgãos aéreos
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Produção (Biossíntese) das ceras
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BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Via do acetato-malonato – Ácidos graxos e derivados
Funções da Cutícula
A: Redução da perda de água não estomática e difusão de gases; B: Evita acumulação de água e pó; E: Camada fotoprotetora; C: Participa da interação planta-inseto; F: Promove suporte mecânico D: Participa da tradução de sinais para ativação de genes específicos;
BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Hidrofobicidade da cutícula depende da composição relativa das frações
de hidrocarbonetos, álcoois e aldeídos (mais relacionada com as ceras);
Fig. 3 – Evaporation rates (E) in Whatman paper discs
impregnated with constituents separated from foliar epicuticular
waxes of species from caatinga and cerrado. Empty symbols
correspond to triterpenoids. () ursolic acid, () hentriacontan-16-
one, () lupeol, () lupeol + β-amyrin, () epifriedelinol, ()n-
alkanes. Values correspond to means ± sd (n = 30), obtained at
25◦C and 65% relative humidity.
alcanos são mais eficientes que terpenóides como barreiras a perda de água
Oliveira et al. Epicuticular waxes from caatinga and cerrado species and their efficiency against water loss. Anais da Academia Brasileira de Ciências (2003) 75(4): 431-439
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BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Via do acetato-malonato – Ácidos graxos e derivados
3. Poliacetilenos
Obtidos pela desaturação de ácidos graxos insaturados
Atuam como componentes de defesa
nas espécies produtoras
Atividades:
Inseticida
Supressora alimentação de insetos
Fitoalexinas
Efeitos fototóxicos
ácido oleico - 18:1 (9c)
ácido linoleico - 18:2 (9c,12c)
ácido crepenínico - 18:2 (9c,12a)
ácido deidrocrepêninico - 18:3 (9c,12a,14c)
18:3 (9c,12a,14a)
18:4 (9c,12a,14a, 16a) ácido deidromatricaria - 10:4 (2t,4a,6a,8a)
-oxidação e isomerização
BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Via do acetato-malonato – Ácidos graxos e derivados
3. Poliacetilenos
Ocorrência: especialmente comuns em Asteraceae e Apiaceae;
Fungos basidiomicetos
Geralmente, substâncias altamente tóxicas
cicutoxina Bidens pilosa - Asteraceae
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+ de 10.000 ocorrências em Asteraceae
APG-III (2009) POLIACETILENOS
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aromáticos macrolídeos
ácidos graxos
sem redução dos grupos ceto
todos grupos ceto reduzidos
redução/ desidratação
-cetoéster hidroxiéster
redução desidratação
éster conjugado
redução
éster reduzido
Via do acetato-malonato – Policetídeos
Biossintetizados pela enzima policetídeo sintase (do inglês: PKS)
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BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Via do acetato-malonato – Policetídeo sintases
Tipos de PKS’s
PKS – tipo I: proteínas multifuncionais muito grandes com domínios
funcionais individuais, podendo esses ser iterativos ou não.
Responsáveis: biossíntese de macrolídeos
Unidade iniciadora: Ac-CoA ou Pro-CoA
Unidade extensora: Mal-CoA ou Me-Mal-CoA
Ocorrem: fungos e bactérias
PKS – tipo II: complexo proteínas monofuncionais iterativas.
Responsáveis: biossíntese de aromáticos
Unidade iniciadora: pode variar
Unidade extensora: Mal-CoA
Ocorrem: restritas a bactérias
Ambos tipos utilizam proteínas carreadoras de grupos acila (ACP) para
ativar substratos e realizar crescimento intermediário policetídico.
BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Via do acetato-malonato – Policetídeo sintases
Propionil-CoA
9x malonil-CoA
15 etapas Doxorubicina
Tetraciclinas
Acetil-CoA Malonil-CoA Metil-Malonil-CoA Anfotericina B
Macrolídeos
4 etapas
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Via do acetato-malonato – Policetídeo sintases
Tipos de PKS’s
PKS – tipo III: proteínas homodiméricas que empregam os dois sítios
ativos funcionalmente independentes para realizar as reações.
Responsáveis: biossíntese de vários PN aromáticos
Ocorrem: fungos, bactérias e espécies vegetais
Unidade iniciadora: variável
Unidade extensora: Mal-CoA
Subtipos de acordo com o iniciador:
Benzoil-CoA: bifenil-sintase (BIS) e benzofenona-sintase (BPS)
Coumaroil-CoA: chalcona sintase (CHS) e estilbeno sintase (STS)
Antraniloil-CoA: acridona sintase (ACS); .......
Somente utilizam ésteres de CoA ao
invés de ACP para realizar crescimento
intermediário policetídico.
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Via do acetato-malonato – Policetídeo sintases
Evolução das PKS-III
Diversidade: relacionada modificações fora da tríade catalítica
Reação inicial Descarboxilação do malonil Extensão policetídica
influência no tamanho da cavidade do sítio ativo
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BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016 Árvore filogenética de PKS-III
duplicação e posterior refuncionalização gene chave para explicar a diversidade metabólica
Phytochemistry 2009, 70, 1719-1727
BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
PKS-III funcionalmente diferentes de CHS
Em vermelho os diversos iniciadores empregados pelas PKS-III
Phytochemistry 2007, 68, 2831-2846
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BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Via do acetato-malonato – Policetídeos aromáticos
acetil-CoA malonil-CoA poli--cetoéster Caminho B Caminho A
ácido orselínico
acetofenonas
Iniciador: Acetil-CoA
BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Via do acetato-malonato – Policetídeos aromáticos
1. Antraquinonas
Crisofanol-antrona Crisofanol
Aloe-emodina Reína
Produzidas por espécies vegetais e fungos Famílias: Fabaceae, Rhamnaceae, Polygonaceae, Xanthorrhoeaceae
acetil-CoA malonil-CoA
7x
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Via do acetato-malonato – Policetídeos aromáticos
1. Antraquinonas
Senosídeos: Cassia angustifolia e C. senna
Estimulam movimento peristáltico do intestino
Cascarosídeos: Rhamnus purshianus
Reína antrona
tautomerismo ressonância
Reína diantrona
Senosídeo A/B
Acoplamento radicalar
O-glicosilação
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Via do acetato-malonato – Policetídeos aromáticos
1. Antraquinonas
Xanthoria parietina
Parietina
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Via do acetato-malonato – Policetídeos aromáticos
1. Antraquinonas
Hypericum perforatum – Hypericaceae : Erva de São João: Antidepressivo
Emodina Emodina antrona
Hipericina
Hiperforina
Floroglucinol
MEP ou MEV
BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Via do acetato-malonato – Policetídeos aromáticos 2. Floroglucinóis : precursor aas.
Hiperforina
3x malonil-CoA
Isobutiroil-CoA Floroisobutirofenona
DMAPP
DMAPP
GPP
Isovaleroil-CoA Floroisovalerofenona
Deoxiumulona Humulona
3x malonil-CoA
Humulus lupulus – Cannabaceae
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Via do acetato-malonato – Policetídeos aromáticos
3. Benzofenonas e Xantonas : precursor benzoil-CoA.
benzofenona
-mangostin
benzoil-CoA
malonil-CoA
Fenilalanina: chiquimato
Distribuídas principalmente em Clusiaceae e Gentianaceae
preniladas polioxigenadas
MEP ou MEV
BPS
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Via do acetato-malonato – Policetídeos aromáticos
4. Flavonóides e Estilbenos: precursor coumaroil-CoA.
Chiquimato
p-coumaroil-CoA
3x malonil-CoA
Estilbeno Flavonóide
Chiquimato
Chiquimato
Acetato-Malonato
Acetato-Malonato
BIOSSÍNTESE MISTA !!!
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BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016
Referências Bibliográficas
• P.M. Dewick, Medicinal Natural Products – A Biosynthetic
Approach. 3th Ed., 2009.
• L. Beerhues & B. Liu, Phytochemistry 2009, 70: 1719-1727
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