ruta sintesis de glucosidos de steviol. alfredo_jarma.pdf
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Ruta de síntesis de glucósidos deRuta de síntesis de glucósidos de steviol en hojas de Stevia rebaudiana.
ALFREDO JARMA OROZCO – JUAN JARABA NAVASPh.D. Fisiología de Cultivos – Ph.D. Fitopatología
Facultad de Ciencias AgrícolasUniversidad de CórdobaMontería ‐ Colombia
V SIMPOSIO INTERNACIONAL DE KA´A HE’ËSTEVIA K ´ H ´ë St i l l t d l i t ió t i i t l d A é iSTEVIA Ka´a He´ë – Stevia, la planta de la integración y patrimonio ancestral de América
17 y 18 de Noviembre de 2010 (Asunción – Paraguay)
INTRODUCCION CONCEPTOS BÁSICOS CONCEPTOS BÁSICOS
o Fotosíntesiso Metabolismo secundario Ho Metabolismo secundario oTerpenos
SÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS DE STEVIOL
H
SÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS DE STEVIOLCONCLUSIONES
INTRODUCCION CONCEPTOS BÁSICOS
H
CONCEPTOS BÁSICOSo Fotosíntesiso Metabolismo secundario
Ho Metabolismo secundario oTerpenos
SÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS DE STEVIOLSÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS DE STEVIOLCONCLUSIONES
CADENA PRODUCTIVA
Producción primaria
Agroindustria Comercio
= = $CONOCIMIENTO
$
Stevia rebaudiana
COMO OBTENER ESE CONOCIMIENTO?COMO OBTENER ESE CONOCIMIENTO?
Documentación
I i ió / diInvestigación / estudios
Inversión CIENCIA & TECNOLOGÍAInversión CIENCIA & TECNOLOGÍA
Stevia rebaudiana
POR DONDE EMPEZAR?
Conociendo la plantap
Como es?
Donde y como crece?
f i i ?
Como produce los compuestos de
Que afecta ese crecimiento?
p pinterés comercial?
INTRODUCCION CONCEPTOS BÁSICOS
H
CONCEPTOS BÁSICOSo Fotosíntesiso Metabolismo secundario
Ho Metabolismo secundario oTerpenos
SÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS DE STEVIOLSÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS DE STEVIOLCONCLUSIONES
INTRODUCCION CONCEPTOS BÁSICOS
H
CONCEPTOS BÁSICOSo Fotosíntesiso Metabolismo secundario
Ho Metabolismo secundario oTerpenos
SÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS DE STEVIOLSÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS DE STEVIOLCONCLUSIONES
“Lo que garantiza la existencia de la vida en la tierra es...una pequeña corriente mantenida por la luz solar“
Alb t S t G i (1893 1986) P i N b l fi i l í di i 1937Albert Szent‐Gyorgyi (1893‐1986) Premio Nobel fisiología medicina 1937
LA CELULA VEGETALC U GMaquinaria de la vida
FOTOSÍNTESISEl principio de la síntesis de glucósidos
Hoja
Sección Transversal de la hoja
Pared celular
p p g
Hoja
Vacuola
Núcleo
estoma Cloroplasto
NúcleoCitosol
estoma
AlmidónTilacóide
Membrana externa
Membrana internainternaGrana
Estroma
Lumen del TilacoideEletromicrografia del cloroplasto
Eletromicrografia de las grana
FOTOSÍNTESISEl principio de la síntesis de glucósidos
luz
p p g
Cloroplasto
Luzreflejada
p
L GLuzabsorbida
Grana
Luztransmitida
FOTOSÍNTESISEl principio de la síntesis de glucósidosp p g
Fluorescencia (0,5%)
Fotones reflejados
( , )97% para
FOTOQUÍMICA
IPP
CALOR(2,5%)
FOTOSÍNTESISEl principio de la síntesis de glucósidos
Fotoquímica Ciclo de Calvin
p p g
Luz
CO2H2O
NADP+
RuBPFotosistema II
ADP+ P i
3-Fosfoglicerato
G3PATP
Cadena transportadorade electrones y
Fotosistema I
Al idó
Cloroplasto
NADPHAlmidón(almacenamiento)
AminoácidosÁcidos grasos
O2 Glucosa + Fructuosa = Sacarosa(exportación)
Glucólisis
FOTOSÍNTESISEl principio de la síntesis de glucósidos
PERO....
p p g
Ahora queremos saber como
OK.....produce...
GLUCÓSIDOS
Entendemos como se construye estoconstruye esto
$$Foto: Cortesía Sr. Francisco Guerrero. Cultivo Agroindustrias de la Stevia
(Cerrito – Valle del Cauca, Colombia)
INTRODUCCION CONCEPTOS BÁSICOS
H
CONCEPTOS BÁSICOSo Fotosíntesiso Metabolismo secundario
Ho Metabolismo secundario oTerpenos
SÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS DE STEVIOLSÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS DE STEVIOLCONCLUSIONES
METABOLISMO SECUNDARIOLa ruta que normalmente aprovechamos de Stevia
METABOLISMO SECUNDARIORutas metabólicas de las plantas que conducen a la síntesis de compuestos químicos que cumplen funciones no esenciales en ellas y que intervienen en las interacciones
ecológicas entre la planta y su ambiente.
Los MS pueden variar:Los MS pueden variar:
Entre y dentro de especies d l Dentro de una planta Época del año
Características del suelo Estímulos químicos
El ambiente en el que se encuentre La época del año p La hora del día
METABOLISMO SECUNDARIO
Porque los sintetizan las plantas?
La ruta que normalmente aprovechamos de Stevia
Agentes alelopáticos
Atracción polinizadores o dispersores de semillas
Defensa contra predadores y patógenos
Agentes alelopáticos
Cuales son los principales?
FENILPROPANOIDES (lignina, pigmentos, ácidos grasos, etc)
ALCALOIDES (cafeína, nicotina, cocaína, etc)
TERPENOIDES (aromas, pigmentos protectores, glucósidos, etc)
METABOLISMO SECUNDARIOLa ruta que normalmente aprovechamos de SteviaLa ruta que normalmente aprovechamos de Stevia
AzúcaresGl
Aminoácidos Ácidos grasos y
MEP
ucólisoác dos
lípidos
GLUCÓSIDOS DE STEVIOL
sis
Acetil-CoA
Nucleótidos
ATP y NADPH
INTRODUCCION CONCEPTOS BÁSICOS
H
CONCEPTOS BÁSICOSo Fotosíntesiso Metabolismo secundario
Ho Metabolismo secundario oTerpenos
SÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS DE STEVIOLSÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS DE STEVIOLCONCLUSIONES
TERPENOSLa importancia de IPPLa importancia de IPP
TERPENOSLa importancia de IPP
A. PIRUVICO GLUCÓLISIS
Acetoacetil CoA
Acetil CoAÁcido mevalónico
(MVA)Dimetilalil Pirofosfato
(DMAPP)
ATP y Mg+F f il
Isomerización ibl
CH2OPPCH2OPP
Isopentenil Pirofosfato (IPP)
y gFosforila
Descarboxila
reversible
Condensación GPP sintasaGeranil Pirofosfato
(GPP)Farsenil Pirofosfato
(FPP)Geranilgeranil Pirofosfato
(GGPP)
Monoterpenos(C10)(E t l / b i t id )
(C30)
Sesquiterpenos
(FPP)(GGPP)
Triterpenos
(C15)
T t t ( t id )
Condensación
DimerizaciónDimerización
GPP sintasa
FPP sintasa
GGPP sintasa
Copalil pirofosfato (CPP)
(C10) (Esteroles / brasinoesteroides)
Dipertenos cíclicos ent-kaurenol
H
Tetraterpenos (carotenoides)(C40)
(C20)ent-kaurenol
H
(Kaurenoides)
PPi
Intermediario dícíclico
CPP sintasa
Kaureno sintetasa
Dipertenosent - kaureno
ent-kaurenal
Acido ent kaurenoicoAcido ent -7 α -hidroxi
H
lineales (C20)
(C20)
ent-kaurenal
-
H(Kaurenoides)
Diterpeno tetracíclico
Acido ent - kaurenoicoAcido ent 7 α hidroxi- kaurenoico
COOH
H
HCHO
kaurenólidos
COOH
GA12
- aldehídoGiberelinas
INTRODUCCION CONCEPTOS BÁSICOS
H
CONCEPTOS BÁSICOSo Fotosíntesiso Metabolismo secundario
Ho Metabolismo secundario oTerpenos
SÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS DE STEVIOLSÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS DE STEVIOLCONCLUSIONES
SÍNTESIS DE GLUCOSIDOS DE STEVIOLORGANELOS CELULARES IMPLICADOS
1. CLOROPLASTOS
5. VACUOLA
4. CITOPLASMA
3. RETICULOENDOPLASMÁTICO
2. MITOCONDRIAS
SÍNTESIS DE GLUCOSIDOS DE STEVIOL
TODO SE INICIA CON LA FOTOSINTESIS
SÍNTESIS DE GLUCOSIDOS DE STEVIOLINICIO DEL PROCESO: FOTOSINTESIS
CO2H2O
Fotoquímica Ciclo de Calvin
CloroplastosLuz
NADP+
RuBPFotosistema II
Cadena transportadorade electrones y
F t i t I
ADP+ P i
3-Fosfoglicerato
CLOROPLASTOSG3PATP
Fotosistema I
O2
Cloroplasto
NADPHAlmidón(almacenamiento)
AminoácidosÁcidos grasos
CLOROPLASTOS
Glucosa + Fructuosa = Sacarosa(exportación)
SÍNTESIS DE GLUCOSIDOS DE STEVIOLCONTINUACION DEL PROCESO: RESPIRACION
MitocondriaMitocondria/Citoplasma/
GLUCÓLISIS
Cloroplasto
(G3P Y/O A. PIRUVICO)
A PIRUVICOA. PIRUVICOal citoplasma
ACoA (cit)
G3P + A. PIRUVICOal cloroplasto
MVA (cit)IPP (cit/plastos)
KAURENO (cit/plastos)GA Ald (RE)
MEP (plastos)IPP (plastos)
KAURENO (plastos)GA12 Ald (RE)
GIB (cit)
SÍNTESIS DE GLUCOSIDOS DE STEVIOLFINAL DEL PROCESO: ALMACENAMIENTO
RE/Vacuola
REK se oxida a A KAURENOICO (AK) y sePLASTOS K se oxida a A. KAURENOICO (AK) y se
reduce a STEVIOL (ST)…al citKAURENO (K)...al RE
CITOPLASMAST sufre glucosilacionesy forma GLUCOSIDOS DE ESTEVIOL (GE) a vacuolaESTEVIOL (GE)…a vacuola
VACUOLAGE
almacenamiento
SÍNTESIS DE GLUCOSIDOS DE STEVIOL
Acetoacetil CoA
Acetil CoAÁcido mevalónico
(MVA)Dimetilalil Pirofosfato
(DMAPP)
VIA ACIDO MEVALONICO (AMV)
Kim et al 1996: citoplasma
A. PIRUVICO GLUCÓLISIS
CH2OPP
(MVA) (DMAPP)
CH2OPP
Isopentenil Pirofosfato
ATP y Mg+Fosforila
Descarboxila
Isomerización reversible
Kim et al., 1996: citoplasma
Altos niveles HMG-CoA en Stevia
Isopentenil Pirofosfato (IPP)
Geranil Pirofosfato (GPP)
Farsenil Pirofosfato (FPP)
Geranilgeranil Pirofosfato (GGPP)
Sesquiterpenos
(FPP)(GGPP)
(C15)
Condensación
DimerizaciónDi i ió
Copalil pirofosfato (CPP)
Monoterpenos(C10) (Esteroles / brasinoesteroides)
(C30)
H
Triterpenos Tetraterpenos (carotenoides)
(C40)
H
Dimerización
PPi
GPP sintasa
FPP sintasa
GGPP sintasa(CPP)
Dipertenos
Dipertenos cíclicos
ent - kaureno
ent-kaurenol
ent-kaurenal
H
H
lineales (C20)
(C20)ent-kaurenol
ent-kaurenal
H
H(Kaurenoides)
Diterpeno tetracíclico
GGPP sintasa
CPP sintasa
Kaureno sintetasa
Intermediario dícíclico
Acido ent - kaurenoicoAcido ent -7 α -hidroxi- kaurenoicoH
kaurenólidos Esteviol?
- Kaureno oxidasa
COOH
HCHO
GA12
- aldehídoGiberelinas
SÍNTESIS DE GLUCOSIDOS DE STEVIOL
VIA METIL ERITRITOL 4 FOSFATO (MEP)
Totté et al 2000
CH2OPP
Isopentenil Pirofosfato
Totté et al., 2000Brandle et al., 2002
Isopentenil Pirofosfato (IPP)
Geranil Pirofosfato (GPP)
Farsenil Pirofosfato (FPP)(FPP)
Condensación
Di i ió CPP sintasa
Copalil pirofosfato (CPP)
(Esteroles / brasinoesteroides)
H
Tetraterpenos (carotenoides)(C40)
H
Dimerización
PPi
CPP sintasa
Kaureno sintetasa
Kaureno oxidasa (CPP)
Dipertenos
Dipertenos cíclicos
ent - kaureno
ent-kaurenol
ent-kaurenal
H
H
lineales (C20)
(C20)ent-kaurenol
ent-kaurenal
H
H(Kaurenoides)
Diterpeno tetracíclico
Intermediario dícíclicoA. kaurenoico hidroxilasa
Acido ent - kaurenoicoAcido ent -7 α -hidroxi- kaurenoicoH
kaurenólidos Esteviol
-
COOH
HCHO
GA12
- aldehídoGiberelinas?
Esteviósido: R1=Glu
OR2
17
Esteviósido: R1 GluR2=Glu-Glu
Rebaudiósido A: R1=GluR2=Glu-Glu
1. G. hidroxilo del C-13
CH2CH3
H
12 8
9
10
1112
13
14
15
16
20R2 Glu Glu
lGlu
Rebaudiósido C: R1=Glu
H3C H
H
R OOC
34
5
67
18
D l ó id A R1 Gl
R2=Glu-RhalGlu
19R1OOC Dulcósido A: R1=GluR2=Glu-Rha
Glu=Glucosa; Rha=Ramnosa
19
2. C-19 del G. carboxilo del C-4
Tomado de Geuns, 2003
PERO…COMO SE PRODUCE CADA GLUCÓSIDO?
UDP GLUCOSIL TRANSFERASAS (UGT): Catalizan las glucosilaciones de acuerdo al grupo aceptor
Glc a OHUGT85C2 2
2a
SteviolbiósidoRebaudiósido B1 4
SteviolSteviolmonósido
Steviósido
Glc a GlcUGT76G13
Rebaudiósido AGlc a COOHUGT74G1
1a Rhamnosa: Rebaudiósido C
Tomado de Richman et al., 2005; Geuns, 2003
RubusósidoXilulosa: Rebaudiósido F
Kaurene(13)
Tomado de Brandle y Telmer, 2007
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