Post on 01-Dec-2015
No séc. 20 os produtos naturais tornam-se de grande interesse Bioquímico -modo como são produzidos cada um deles
No inicio de século 20 surgem departamentos de Bioquímica clínica, farmacologia, toxicologia, microbiologia e biologia celular com alguns cientistas interessados
departamentos de química
A meio do século 20 alguns biólogos celulares e fisiologistas começaram a usar produtos naturais como ferramentas em ensaios em que influenciam ou quebram funções celulares de um modo especifico
Exemplo: colchicina, atropina, nicotina, etc.
A descoberta dos antibióticos departamentos de microbiologiacompanhias farmacêuticas.
• Ultima metade do século 20 ecologistas
(interacção entre espécies)
Evolução Face a Novos Métodos Físico-químicos
• Caracterização das espécies vegetais com actividade farmacológica e o estudo da sua composição química com isolamento, identificação e dosagem dos seus constituintes
Botânica Química e Fisiologia
Brasil são 10% de toda a flora mundial e só 1% da flora brasileira é conhecida!!
Química Analítica, com métodos cromatográficos, espectrométricos e Radiológicos cada vez mais sofisticados > conhecimento da Composição química e da estrutura dos seus componentes activos
-cromatografia em papel-cromatografia de camada fina-cromatografia em coluna- líquida : HPLC e MPLC
Novas técnicas de determinação, identificação e caracterização de compostos:
- Ressonância magnética nuclear 1H e 13C(NMR)- espectrometria de massa (MS)- espectrometria de Ultra-violeta (UV)- espectrometria de infravermelhos- cristalografia de raios-X
Conjugação com técnicas informáticas (aquisição de espectros de padrões, criação de bibliotecas de espectros)
Separação isolamento e purificação na ordem dos nanogramas a partir de misturas complexas
Isolamento:
- A totalidade da planta- Só um órgão- Tecidos específicos
Métodos imunológicos de detecção e técnicas de sondas radioactivas :
- detecção de compostos ao nível celular- ELISA localiza locais de acumulação dos compostos naturais (metabolitos secundários)
Técnicas complementares• Técnicas de cultura in vitro- Permitem o conhecimento dos
processos de biossíntese dos compostos químicos naturais
Limitações estruturais das células
• Técnicas de transformação genética - Manipulação genética de estruturas vegetais mais
complexas para produção dos compostos( hairy roots)
A quantidade de compostos secundários na planta depende do equilíbrio entre:
- Síntese- Armazenamento regulação complexa- Degradação
Origem das vias metabólicas dos compostos secundários:
- Em todos os organismos acumulação de alterações (mutações nos genes associados aos metabolismos primários)
- Processo +/- aleatório e acidental
- Mutações em produtos primários => eliminação, redução na produção
- Mutações nos compostos secundários => mais toleradas
Metabolitos secundários
• Encontram-se em organismos específicos ou grupos de organismos são expressão de individualidade das espécies.
• Não são produzidos em todas as condições e em muitos casos os
seus efeitos benéficos para a planta são desconhecidos.
• Alguns são produzidos como material tóxico contra predadores, como voláteis atractivos ou agentes colorantes.
• As suas vias biossintéticas derivam das do metabolismo primário
Outros compostos origem de Metabolismo Secundário
• Aminoácidos não-proteícos: Ornitina e lisinaprecursores de alcalóides
• Aminoácidos Aromáticos: fenilalanina, tirosina, triptofano precursores de alcalóides
• Os metabolitos secundários podem formar-se por condensação de produtos de diferentes vias biossintéticas, ou ligações a açúcares simples ou muito complexos
• Informação genética igual em todas as células
• Dentro das células a produção e acumulação pode ser compartimentada
• Acumulação longe da produção
Transporte de longa distância
Transporte célula a célula
FloemaLacticiferos
Células epidérmicas
• Alcalóides de Lupinus polyphyllus tecidos verde
cadaverina + esqueleto de lupanina
• Alcalóides de Conium maculatum
Enzimas no estroma
Raízes e raízes transgénicasNão produzem alcalóides de lupanina
Plastos Mitocondria
Células da epiderme
Outros Alcalóides de Lupinus
Tremoceiro ornamental
• Alcalóides de Peganum harmala – produzidos nas raízes
• Alcalóides de tabaco ou papoila do ópio são produzidos nas raízes por toda a planta, excepto sementes
Acumulação de Alcalóides de Lupinus nas células da epiderme (Sem cloroplastos) via floema
Inibição pela luz
Acumulação dos compostos:
- Época do Ano
- Estado de desenvolvimento da planta
Arruda síria
Alcalóides• Etimologicamente, alcalóide é um composto que tem algo de
alcalino ou que se parece ás bases (neutros ou sais).
• São substâncias que se comportam como bases na presença de ácidos, contêm azoto e que actuam sobre o organismo humano com grande intensidade. Podem ser substâncias venenosas que quando empregues em doses muito pequenas, actuam como fármacos curativos.
• Nas plantas com alcalóides, o azoto disponível não se transforma totalmente em péptidos vegetais, contínua em circulação na seiva ou fixa-se em algumas partes da planta, pode combinar-se com o enxofre e dar heterósidos sulfurados, ou com o cianeto e dar heterósidos cianogenéticos.
• Alguns são líquidos ou amorfos, mas a maioria são cristalizáveis.
• Os alcalóides derivados do tropano são metabolitos secundários que têm na estrutura das suas moléculas átomos de azoto secundário, terciário e quaternário.
• Alguns destes alcalóides funcionam como fitoalexinas ou na interacção planta−insecto, e também foram utilizados como estimulantes, drogas, narcóticos e venenos
• Existem em várias espécies da família das Solanaceas, esta família, conta com cerca de 90 géneros e mais de 2.000 espécies distribuídas em zonas temperadas e tropicais da terra. Muitas são originárias da América e do México
• Nas Solanaceas há varias espécies que são ao mesmo tempo tóxicas e medicinais, como a belladona (Atropa belladona), figueira do diabo (Datura stramonium), a mandrágora (Mandragora officinarum) e o meimendro negro (Hyoscyamus niger), espécies que se utilizam desde a antiguidade como medicinais, mas que têm alcalóides do grupo tropano o que as torna altamente tóxicas quando mal utilizadas
ALCALÓIDES TROPANO
Locais de acumulação
• Em toda a planta mas predominantemente nos órgãos externos:
- tecidos em crescimento activo (ápices vegetativos)
- nos caules sempre no parênquima nunca no súber
- células epidérmicas e hipodérmicas
- bainhas vasculares
- Vasos lacticíferos
Locais de síntese
• Em geral Sintetizados no retículo endoplasmático• Transporte por vesículas até ao vacuolo• Armazenamento no vacuolo sob a forma de sais
Durante o transporte podem ocorrerAlterações na estrutura do alcalóide
Compartimentação da Biossíntese1º alcalóide enzima de biossíntese a partir do metabolismo Primário, identificada, isolada e caracterizada tetrahidrobenzil-isoquinolino
isolado de Berberis sp.
- Planta venenosa/medicinal - Na Europa as bagas são usadas para fazer doce.- No sudoeste Asiatico (Irão) as bagas são usadas para cozinhar (condimento para arroz).- Com excepção dos frutos e sementes a planta causa ligeiro envenenamento não fatal, o agente é a berberina
antimicrobiana
• Inicio da biossíntese Citosol• Enzimas chave: enzima berberina ponte carbono,
Canarina sintetase• Últimos passos catalisados por enzimas dependentes do
citocromo P450• Berberina ponte carbono e a (S)-tetrahidroprotoberberina
oxidase estão compartimentadas em conjunto em vesículas derivadas do RE liso
• Produto final acumula-se no vacúolo central das células• 2 mol de L-tirosina (percursor) 1 mol de berberina
4 mol S-adenosilmetionina 2 mol NADPH
Consumo
• Adição de algumas auxinas e poliaminas promovem a produção de Berberina induzem produção de etileno
• Técnicas de produção de protoplastos e isolamento de vacúolos permitem o estudo da tomada de compostos secundários.
[compostos secundários] > 500 mmol/L
Transporte contra o gradiente de concentração tonoplasto
H+ antiporte
ATPases e pirofosfatases
mecanismo específico
Ex: Fumaria capreolata vacúolos (S)-escoularina e reticulina
(R) não transportadas
Transporte activo ATP, [H+], sensível a inibidores de metabolismo
Erva-das-candeias
• O vacuolo toma determinados alcalóides em detrimento de outros num sistema que depende de:
- pH
- Temperatura
- ATP
- KCl
EX: alcalóides, coumarinas,
glicósidos, flavonóides
Características gerais• MM de 100 a 900• Carácter lipofílo acentuado solúveis em solventes
orgânicos e álcool de elevada graduação• Reagem com ácidos sais solúveis em água ou sol.
Hidroalcoólicas• Oxisgenados cristalizam facilmente, inodoros e não
voláteis poucos corados (ex: berberina e sanguinarina)• Sem oxigénio líquidos, odoríferos e voláteis
(conocina, nicotina, esparteína)• MM pequena e % de O2 líquidos ou cristalizam
dificilmente (ex: higrinas)
• Reveladores: reagente de Dragendorff (sol. Iodeto de bismuto e potássio) ou reagentes com poliácidos minerais complexos (ex: ác. Fosfomolíbdico)
Alcalóides Indólicos terpénicos (iridoides)
• Alcalóides derivados do triptofano com cadeia monoterpénica
• Este tipo de alcalóides encontram-se em várias famílias
vegetais, mas principalmente nas Apocinacea,
Loganiaceae, Nissaceae e Rubiaceae, todas da ordem
Gentianales. ex:Catharanthus roseus,Tabernaemontana divaricata e Rauvolfia serpentina
Vinblastina e vincristina anticancerigenos
Ajmalicina e serpentina antihipertensivos
Alcalóides bisindólicos
ajmalicina (A), catarantina (B), vindolina (C) alcaloides monoterpénicos-indólicos e de alcaloides bisindólicosvincristina (D, VCR) e vinblastina (D, VLB).
Em C. roseus as partes aéreas da planta contêm entre 0,2 a 1% de uma mistura de mais de cem alcalóides indólicos monoterpenóides, sendo os mais abundantes a catarantina e a vindolina
ajmalicina é um alcalóide extraído da raiz de C. roseus
AMIs Alcalóides monoterpénicos Indólicos
Problemas: (2004)
Produção reduzida 0.0005% peso seco
Custo elevado 1 milhão de dólares por Kg (vinblastina) 12Kg/ano
3,5 milhões de doláres por Kg (vincristina) 1Kg/ano
Precursores e via biossintéticaOs alcalóides deste grupo têm 2 elementos estruturais: • núcleo indólico derivado do triptofano • unidade C9 ou C10 derivada da secologanina (glicosídeo
iridoide)
alcalóides indólicos monoterpenóides possuem uma metade indólica fornecida pela triptamina e uma porção terpenóide fornecida pela secologanina
triptofano, derivado da via do xiquimato, é convertido em triptamina pela enzima triptofano descarboxilase (TDC),
secologanina deriva do IPP (isopentenil pirofosfato -isopreno) numa via no cloroplasto,
IPP cloroplastideal via de Rohmer (gliceraldeído/piruvato) não pela via do mevalonato, como no citoplasma
iniciogeranil difosfato (condensação IPP) geraniol
geraniol hidroxilase (cloroplasto)desenvolve-se pelo menos em quatro compartimentos subcelulares
diferentes e que são utilizados repetidas vezes ao longo da via:
• cloroplastos: • A conversão do triptofano em triptamina, pela TDC (triptofano
descarboxilase) • Vacúolo:• biossíntese STR (estrictosidina sintase) para formar estrictosidina
no vacúolo (AVLB sintase-peroxidase básica) • RE: (vesículas do reticulo)• biossíntese da secologanina (enzima SGD e T16H-hidroxilação da
tabersonina) • Citoplasma (enzimas D4H e DAT- últimos passos da síntese de
vindolina
estrictosidina é deglucosilada pela estrictosidina P - D - glucosidase (SGD). A estrictosidina deglucosilada é convertida em 4,21 - dehydrogeissoschizina.
A partir deste alcalóide são sintetizados por diferentes vias os alcalóides ajmalicina, catarantina e vindolina
Reagentes de detecção de alcalóides• Reagentes gerais em meio ácido precipitados corados
que podem ser solúveis no reagente:
- Dragendorff
- Bouchardat (sol. Aquosa de iodo em iodeto de potássio)
-Mayer - Valser (sol. Aquosa de tetra-iodo mercurato de potássio)
• Reagentes com poliácidos minerais complexos (em meio ác. ou neutro) compostos cristalinos ou amorfos:
- ác. Silicotúngstico
- ác. Fosfotúngstico
- ác. fosfomolíbdico
- ác. cloroplatínico
• Reagentes que originam cor específica de grupos de alcalóides:
- ác. Minerais concentrados, (sulfúrico) com molibdato de amónio, de vanadato de amónio
ou selenito de amónio (sem especificação)
- p- dimetilaminabenzaldeído (reagente de Wasicky) alcalóides da clavagem do centeio
- ninhidrina arilalquilaminas
- reagente de Vitali-Morin estéres do tropanol (Solanáceas)
Outros organismos com alcalóides• Existem várias espécies diferentes de cogumelos psilocibinos,
• contêm Psilocibina e Psilocina (alcalóides activos).• A psilocibina é quimicamente semelhante ao LSD (orthophosphoryl-4-
hydroxy-n-dimethyltryptamine).
• cogumelos psilocibinos Psilocybe mexicanaPsilocybe caerulescensPsilocybe (Stropharia)
cubensis, Pscilocybe wassoniStroparia cubensis.
• Os cogumelos psicoactivos são todos aqueles que contêm estes ou outro tipo de alcalóides capazes que afectar o Sistema Nervoso Central.
Amanita muscaria e Amanita pantherina
psicoactivos mas não psilocibinos.
• O químico suiço Albert Hofmann que descobriu o LSD, foi também o primeiro a extrair psilocibina e psilocina dos cogumelos mágicos. A psilocibina, que é convertida em psilocina pelo organismo humano, é a responsável pelos efeitos alucinógenos
• A psilocibina é um composto indólico derivado da triptamina, e tem a nomenclatura química de éster fosfato 3-[2(Dimetilamino)etil]indol-4-ol di-hidrogénio, sendo ainda encontrada com a nomenclatura de O-fosforil-4-hidroxi-N,N-dimetiltriptamina. Tem a fórmula C12H17N2O4P; com peso molecular de 284,27g.
LSD actua sobre vários receptores da serotonina (5-HT) assim como o
ecstasy, enquanto que a psilocibina é mais selectiva (especificamente em relação ao 5-HT2).
psilocibina
biossintese• Chegou-se a resultados experimentais que sugerem a seguinte
sequência: triptofano ->triptamina -> N-metiltriptamina -> N,N-dimetiltriptamina -> psilocina -> psilocibina.
• O fungo também pode converter em psilocibina a 4-hidoroxitriptamina por uma via alternativa.
• A triptamina origina várias outras substâncias, todas dotadas de actividade alucinogénica. Todas as substâncias da família da psilocibina têm estas propriedades. Têm a estrutura indólica básica característica da maioria dos alucinogénicos encontrados na natureza.
Lípidos
• Substâncias do metabolismo primário com algumas estruturas que os integram derivadas do complexo AGS (ác. Gordo sintetase).
• Nos organismos vivos têm funções de:
-reserva energética-plástica-protecção-revestimento
• Genericamente:
- não voláteis- hidrófobas- solúveis em solventes orgânicos polares ou pouco
apolares- ésteres de carboxilicos com 4 ou + C (ác. Gordos) e de 1 álcool ou poliol
Álcoois de ac. Gordos e resinas
Os lipídos podem ser separados ou isolados com solventes de baixa polaridade como:
• Clorofórmio• tetracloreto de carbono,• éter de petróleo,• éter etílico, • benzina, • benzeno, • tolueno, • misturas de benzeno • tolueno e etanol (2:1).
canola
• Classificação dos lipídos:- segundo a estrutura química lipidos simples (gliceridos)- reacções químicas que têm lipidos conjugados
(fosfolipido)- funções que desempenham lipidos derivados
(isoprenicos:
colesterol)
lípidos simples como as ceras têm grande
importância nas plantas: funções de recobrir as folhas para evitar
a transpiração, evitam ataques de
pragas e doenças quando se encontram na cortiça das
diferentes espécies florestais
Lipídos simples (função éster):vários grupos funcionais, abundantes em plantas e animais. nas plantas superiores lenhificadas
folhagemcortiça, ramos, sementes, flores, Frutos,Madeira
(baixos conteúdos de ceras e glicéridos)
• Lipídos isoprenóides• lipídos isoprenóides classificam-se em:
terpenos e terpenóides
abundantes em plantas, na actualidade conhecem-se cerca de 22 000 compostos diferentes, mas existem muitas estruturas desconhecidas.
• A maior parte dos Lípidos de membrana são
anfipáticos
extremidade não-polar extremidade polar
• Ácidos gordos Lípidos simples
cadeia de hidrocarbonetos com um ácido carboxílico numa extremidade
CH3(CH2)n-COO-
Não-polar polar
Ác. Gordos• A neutralização do grupo carboxilo por soluções de hidróxilos
alcalinos (hidroxilo de potássio ou sódio) origina sais solúveis em água com propriedades tensioactivas sabões
• Lipídos simples: Glicéridos (acilgriceróis) reserva energética
céridos (álcoois gordos)
estéridosAcumulam-se em células, tecidosou órgãos de reserva como
corpúsculos oleosos
triglicéridos
predominantes nas ceras protecção interna (animais marinhos)protecção externa (caules, sementes, folhas)Ex: álcool estearílico, mirístílico ou oleílico
esterificação por ác. Gordos de esteróis Ex: colesterol (animal), abundante em substâncias lipídicas animais (lanolina, óleo fígado bacalhau) forma livre ou estéridosFitoesteróis menos abundantes, forma livre ou ligados a heterosídosFitoesterolinas. Ex: ergosterol, sitosterol,estigmasterol
(esteres de ác. Gordos e glicerol)
Cera de abelha cérido
Gordura de animais marinhostrigliceridos
Azeite tem fitoesteróis que tem actividade pró-vitamina D
• Ác. Gordos poli-insaturados com 20 C eicosanóides
mediação de processos fisiológicos
ex: prostaglandinas, tromboxanos, leucotrienos
(inflamação, frio, manifestação alérgicas)
Biossíntese percursor directo ác. eicosapentenóico (síntese química, produção de percursores em corais e plantas) ex: dinoprostona induz trabalho de parto
ex: alprostadil tratamento da disfunção eréctil
Corpos gordos: óleos, gorduras (predominantemente glicéridos) ceras (céridos)
Reacção de acroleínaTeor de insaponificação <1 Reacção negativa de acroleína
Teor de insaponificação >1
Lípidos complexos
• Lípidos com elementos como azoto, fósforo, além dos elementares hidrogénio, carbono e oxigénio
ác. α – glicerofosfórico
EX: lecitinas membranas celulares fosfoaminolípidos
muito reactivos
grupo ácido e um azoto
Papel dos lipídos polares
• A natureza anfipática dos glicerolipídos é essencial para a formação da bicamada; Os triacilgliceróis não existem nas membranas
• Plantas podem regular a sua própria temperatura e viver sob condições ambientais extremas
• Fluidez das membranas é afectada pelo grau de ácidos gordos insaturados e conteúdos em esterol
Bicamada lipídicaesterol
ác. Gordos nos diferentes tecidos vegetais Planta composição ácidos gordos (%
mol)
folhas 16:0 18:1 18:2 α-18:3 outros
ervilha 13 2 25 53 8
cevada 13 6 6 64 11
trigo 18 5 15 55 7
espinafre 13 5 14 54 14
soja 12 7 14 56 11
Sementes
soja 11 22 53 8 2
feijão 1 3 4 vestígios 91
coco 9 7 2 0 80
A composição dos grupos de substituição varia entre os diferentes tecidos
Composição dos lipídos em diferentes organelos
A forma dos Lípidos afecta a geometria da membrana
Lípidos podem ser classificados como:- cones- cilindros- cones invertidos
Depende: área de secção de ligação da porção dos hidrocarbonetos versus a área de superfície da cabeça polar dos Lípidos
glicoglicerolípidos• GLICOGLICEROLIPIDOS NEUTROS:• compostos com frequentemente 1 ou 2 açucares
ligação glicosídica ao glicerol ou diacilglicerol 3 ou +
Importantes em plantas superiores, bactérias e algas membranas fotossíntese
< quantidade em animais
Todos os organismos aeróbios fotossintetizadores
85 % de glicoglicerolípidos neutros (MGDG e DGDG)
Assimetrias na distribuição dos Lipídos na membrana do tilacoide
Formas diferentes dependendo da ligaçãoá componente glicolitica
• Desde 1960 homólogos superiores de galactolipidos (tri- e tetragalactosil diacilglicerois) foram identificados em todos os tecidos vegetais.
• galactolipidos têm grandes quantidades de ácido linolenico (18:3n-3) e um acido trienoico especifico (16:3 n-3). Nas Plantas superiores acido linolenico é quase o único ácido gordo no MGDG
plantas "18:3".
• angiospermicas, acido linolenico está concentrado nas posições sn-1 e -2 no MGDG e no DGDG e está ausente o 16:3 n-3
• nas plantas inferiores (algas verdes, musgos, fetos, coníferas) e algumas angiospermicas (Solanaceae, Brassicaceae, Chenopodiaceae) têm 16:3 n-3 concentrado na posição sn-2 do galactolipido, enquanto a baixa percentagem de 18:3 n-3 é acetilado em ambas as posições.
plantas "16:3" e têm uma estrutura similar á "procariotica" da cianobactéria.
• algas vermelhas e diatomaceas fotossintetizadoras galactolípidos são caracterizados por uma alta proporção de 20:5 n-3.
Propriedades• Os monogalactosil diacilglicerois contêm 2 grupos acil ácidos
linolénicos (18:3 n-3)frutos de Rosa canina
• agente anti-inflamatório.• razão para a utilização clínica em acções anti-artríticas• Anti-tumor, actividade de controlo da falta de oxigénio e neutralização
de vírus. • DGDG sintetizado ou isolado de folhas de Clinacanthus (Tailândia) exibe actividade anti-herpes simplex vírus
Síntese de DGDG aumenta durante o desenvolvimento da floração
em Petunia hybrida, pistilos > [glicolipidos] que outros órgãos florais
Biossíntese dos ácidos gordosPrincipais passos (semelhantes em plantas, leveduras, bactérias e animais):
1- formação do 3-carbono malonil-CoA pela enzima Acetil-CoA Carboxilase (ACCase)
Gasto de ATP e NADPH
2- ligação do malonil á proteína acil transportadora (ACP) Memb Mitc impermeável a malonil CoA
3- condensação repetida de unidades de 2-carbono ao intermediárioPara formar palmitoil-S-ACP (C16:0) e estearoil-S-ACP (C18:0)
4- desnaturação
Estrutura da Acetil-CoA
• Acetil-CoA carboxilase (ACC) é a 1ª enzima da Biossíntese dos ácidos gordos carboxilases com Biotina como cofactor e bicarbonato grupos carboxilo
• Na forma existente no cloroplasto tem 4 subunidades (plantas)• ACC catalisa adição de CO2 á acetil-CoA originando malonil-CoA
em dois passos:
• BCCP + ATP + HCO.3 → BCCP-CO2 + ADP + P*
• BCCP-CO2 + Acetil-CoA → BCCP + malonil-CoA
Activação da Acetil CoA Carboxilase1º- biotina é carboxilada á custa de ATP. 2º- O grupo carboxilo é transferido para Ac-CoA - reacção irreversível é o ponto de
múltiplos mecanismos de regulação
Reacção (1) catalizada pela biotina carboxilase (BC); reacção (2) transcarboxilase (TC); BCCP = proteína transportadora biotina carboxilase
Carboxilação da Biotina
Transcarboxilação da Biotina
• o grupo prostético biotina da acetil-CoA carboxilase liga-se grupo amina do sitio activo da lisina de modo similar á piruvato carboxilase
• transferência do CO2 activado para a acetil-CoA para formar malonil-CoA.
• (1) proteína transportadora biotina carboxil (dimero de 22.5-kD subunidades)
• (2) biotina carboxilase (dimero de 51-kD subunidades), + CO2 ao grupo prostético;
• (3) transcarboxilase (a2b2 tetramero com subunidades 30-kD e 35-kD), transfere CO2 activado para a acetil-CoA.
• Nas plantas ACC está no estroma dos plastos, onde a síntese dos ácidos gordos ocorre. bissíntese de ác. Gordos mesófilo fotossíntetico,
sementes frutos acumuladores
de óleos
longa e flexível cadeia biotina-lisina (biocitina) permite que o grupo carboxil activado seja transportado entre biotina carboxilase e transcarboxilase
Regulação:Palmitoil-CoA, o produto final da biossíntese dos ácidos gordos, inactiva as subunidades
Citrato como activator alostérico da enzima, promove a forma polimérica activa da enzima
Polipéptido da acetil-CoA carboxilase, tem sítios de fosforilação, e proteínas cinases responsáveis.
• fosforilação no Ser1200 é responsável pelo decréscimo da afinidade para o citrato.
• actividade da acetil-CoA carboxilase depende
de fosforilação e desfosforilação.
A forma desfosforilada da enzima é activada por:- baixa [citrato] - inibida por altos níveis de ác. gordos acil-CoA.
A forma fosforilada da enzima é activada por:- altos níveis de citrato- é muito sensível á inibição por ac
gordos acil-CoA.
Existem vários sítios de fosforilação alguns são reguladores, outros são silenciados
fosforilação dos sítios reguladores decresce a afinidade da enzima pelo citrato níveis elevados de citrato
enzima activada.
baixos níveis de ác. gordos acil-CoA inibem a carboxilase fosforilada, mas a enzima desfosforilada é inibida por altos níveis de ác. gordos acil-CoA.
fosfatases especificas desfosforilam ACC sensibilidade ao citrato
Forma fosforilada e não fosforilada da Acetil CoA carboxilase
Transporte da malonil- CoA para fora do plasto
• proteína (em E. coli) de um polipéptido de cerca de 80 a 90 aa ao qual está ligado (no resíduo de serina) um grupo fosfopanteteino, mesmo grupo da zona de trabalho da coenzima A.
• Enzima usada na síntese de ác. Gordos assim como reacções de acil-transferases e desaturação
• No sistema procariota as enzimas estão dissolvidas livremente e separadas no citoplasma.
• Nos mamíferos as enzimas estão no citoplasma como um complexo solúvel
• Ao contrário dos mamíferos as plantas têm enzimas de polipéptidos individuais e estão nos plastos (embora envolva mitocondrias e citoplasma)
• Dihidroxiacetona fosfato (DHAP) move-se do estroma para o citosol triosefosfato DHAP piruvato
MitocondriaAcetil-CoA
acetatoCloroplastoÁc. gordos
Organização das enzimas envolvidas na Biossíntese dos ác. Gordos
Plantas
Bactérias
Mamíferos
Leveduras
KR- 3 cetoacil-ACP redutase ER- enoil ACP redutase MT- Malonil- CoA ACP DH- 3-Hidroxiacil-ACP desidratase KAS - 3 cetoacil-ACP sintetase
• Plastos de sementes ricas em óleos parecem ter uma via glicolitica completa em conjunto com a piruvato desidrogenase o que permitirá a conversão da glucose em acetil CoA.
• Plastos e cloroplastos de sementes
ricas em óleos podem usar diferentes
vias metabólicas para fornecer os
necessários substratos e cofactores
Enzimas mais importantes da Biossíntese de ácidos gordos
ACCase (Acetil CoA carboxilase) Acetil CoA +ATP+CO2 malonil CoA
Malonil- CoA ACP (Acyl carrier protein) transacilase (isolada de várias plantas-MT)
3 cetoacil-ACP sintetase (3 formas em plantas-especificas para substrato- KAS)
3 cetoacil-ACP redutase (necessita NADPH e NADH - KR)
3-Hidroxiacil-ACP desidratase (DH)
enoil-ACP redutase (2 isoformas- ER)
Resumo biossíntese
Abrev: ACCase( acetyl-CoA carboxylase); ACP(acyl carrier protein); ACS(acetyl-CoA synthase); CoA(coenzyme A); dims(cyclohexanedione inhibitors)FAS(fatty acid synthase); fops(aryloxyphenoxy propionate inhibitors) PDC(pyruvate dehydrogenase complex).
• plantas superiores existem 2 formas de ACCase:
eucariotica (citosólica) resistente a herbicidas procariotica (plastidial) susceptível a herbicidas
• enzima plastidial 2 isoformas • forma dimerica maioria das monocotiledoneas e todas as
dicotiledoneas
• forma multidominio só em gramíneas
Herbicidas actuam no domínio carboxiltransferase
Existem duas formas de ACCase nas plantas
ACCase isoenzimas têm propriedades bioquímicas distintas
Enzima multifuncional (gramíneas) vs enzima multisubunidades (dicotiledoneas):- Km mais baixo para a acetil-CoA
- carboxila propionil–CoA
- ACCase dos Cloroplastos das gramíneas sensível a vários herbicidas
Acetil – CoA carboxilase
Fornece Malonil – CoA para:
- Síntese de Ácidos Gordos
- Ceras da Cutícula
- Flavonóides e antocianinas
- Antroquinonas
- Malonil - ACC
Regulação da actividade da ACCase (resumo)
• Depende de LUZ/Escuro
• A regulação da enzima implica a modulação da síntese de ácidos gordos
dependente da LUZ/Escuro
• Actividade da ACCase:
- 2 a 4 vezes superior em cloroplastos incubados á luz
- é sujeito a inibição retroactiva em excesso de Lípidos
- é regulada por fosforilação/ desfosforilação
Estrutura do grupo próstetico da proteína acil transportadora (ACP)
ACP permite que os ác. Gordos sejam solúveis em água durante a síntese
Plantas têm pelo menos 2 formas de ACP:
ACP-I e ACP-II são expressas diferencialmente:- em folhas vs sementes- á luz vs escuro
Nas Plantas:
- Síntese de ác. Gordos ocorre nos plastosOutros eucariotas é no citoplasma
- Enzimas das plantas e bactérias estão fracamente associadas e podem ser separadas facilmente
- Os genes que codificam para as enzimasnas plantas são codificados nuclearmenteos polipéptidos têm sequencias “leader” de transporte para os plastos
- os plastos têm que exportar os Lípidos
Testes de marcação de Lípidos
• Sudão III• Tetróxido de Ósmio• Sudão negro B
• Azul do Nilo
Lípidos Totais
Lípidos não ácidos
FOX2 (xilenol laranja dissolvido com sulfato de amónio ferroso em ác. Sulfúrico)
cora azul arroxeadoÁc. Gordos polinsaturados oxigenados
Terpenóides• Maior constituinte dos óleos essenciais das plantas aromáticas e
medicinais condensação de unidades de isopreno
• Hemiterpenos monoterpenos, diterpenos, sesquiterpenos
• Biossíntese condensação de 2 compostos com C5
• Têm funções ecofisiológicas importantes:
- relações com patogénios, benéficos para as plantas, controlo alelopático da germinação e/ou desenvolvimento
- economia hídrica (saturação dos estomas - controlo da evapotranspiração), aumento do brilho folhear (reflexão das radiações - regulação da temperatura)
• Antibacterianos
• Antifungicos
• Antineoplasicos ou citoestáticos
• Percursores de esterol animal e fitoesteroides
• Percursores da P450 das plantas
• Ligam-se a proteínas da membrana
isoprenilação
Características• Grupo maior e mais diverso dos compostos secundários:
- livres- modificados
esteresglicosídosligados a proteínas
• Comuns em plantas e fungos raros em bactérias
• Nos mamíferos os esteróides resultam do metabolismo terpenóide• Têm origem na via do ác. Mevalónico e na via 2-C-methyl-D-erythritol 4-
phosphate/1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate (via MEP/DOXP), via não mevalonica ou via independente do ácido mevalónico ocorre nos plastos, nos protozoa, e em bactérias (VIA DO PIRUVATO-GLICERALDEÍDO-FOSFATO)
mesmo produto final IPP e DMAPP (dimetilalilpirofosfato)
• 1ª enzima na formação do ác. Mevalónico é a acetacetil-CoA tiolasee encontra-se nos plastos.
• Enzima chave na regulação β-hidroxil-β-metilglutaril coenzima A redutase (HMG-CoA) encontra-se bactérias, leveduras (matriz mitocondrial), plantas superiores (cloroplastos e citoplasma), insectos e mamíferos (retículo endoplasmático) em todos os tecidos que sintetizam terpenóides
isopentenil pirofosfato IPP
osmeterium
• HMG- CoA membrana molécula de largo peso molecular
subunidades polipeptidicas
• A compartimentação sub-celular do metabolismo dos terpenoides é controversa
Cloroplastos contêm via biossíntética completa
(autónomos na produção de terpenos)
(carotenos e a cauda da molécula de clorofila produção nos
cloroplastos
Fitoesteróis são sintetizados no citoplasma
• Síntese abreviada dos esteróis
intermediários
terpenoides
• Hemiterpenos (DMAPP) dimetilalil pirofosfato resulta da isomerização do isopentenil pirofosfato (ác. Mevalónico terpenóides)
• DMAPP é um potente electrólito compostos com grupo 3,3 dimetilalil
ex: Humulona do H. lupulus• Hemiterpenos em:
- furocoumarinas
- antraquinonas rotenóides
- derivados de isoflavonóides
• Metabolizado facilmente isolamento difícil• Benzofuranos (Asteraceae) citotóxicos e insecticidas percursor
dimetilalil pirofosfato
Politerpenos• 2000 espécies (+ angiospermicas, mas fungos e fetos também)
contêm polisoprenos em pequenas quantidades
• Polisoprenos são Z-isómero só alguns são E- isómeroEm cada espécie só um é produzido
• Ocorrem na forma de látex em partículas mínimas que se acumulam em células especiais ou no interior de laticíferos
• Biossíntese nos laticíferos onde estão todas as enzimas
• Látex funciona como um citoplasma altamente especializado com núcleos, mitocondrias, RE e ribossomas e polisoprenos, partículas de resina e partículas luteóides (vacúolos com enzimas hidrolitícas)
• HMG- CoA redutase é o passo limitante na biossíntese• Os politerpenos são substâncias poliméricas tais como a borracha. • incluem poliprenóis (polióis de cadeia longa, da ordem de C55 a
C120). Estes ocorrem essencialmente como constituintes de membranas de microorganismos
• Percursores:
3-isopentenil pirofosfato, IPP
3,3'-dimetilalil pirofosfato, DMAPP
Geranilgeranil difosfato GGPP
Farnesil difosfato FPP
Exemplos de terpenos
N Numero de unidades de isopreno
Numero de carbonos
Nome
0 2 10 Geraniol
1 3 15 Farnesol
2 4 20 Geranilgeraniol
3 5 25 Geranilfarnesol
7 9 45 Solanesol
8-11 10-13 50-65 Castaprenol-Ficaprenol
• Biossíntese:3 passos iniciação
elongação ( Z- 1,4 prenil transferase) terminação
Presença de moléculaDifosfato alilico IPP(isopentenil
pirofosfato)
adicionados á cadeia Z 1,4 poliisopreno
Polimero liberta-se da enzima transferase
• Plantas: elongação requer um iniciador E- difosfato alilico(C20)
Farnesil pirofosfato (FPP)
• Complexo enzimático em partículas hidrofóbicas, mas FPP é hidrofílico no citoplasma reacção na superfície da partícula
• A enzima necessita de Mg2+ e Mn 2+ e de difosfato alilico
Em Hevea brasiliensis esta enzima está associada a
estas partículas mas ligada á membrana
Actividade biológica do látex:
- ajuda a selar feridas
- natureza pegajosa ajuda a proteger dos ataques dos insectos
O sistema de lacticíferos está presente em todas as partes da planta matura:- raízes- caules- folhas- em alguns casos frutos
biossíntese de terpenóides tem lugar numa via comum a vários organismos.Envolve condensação de blocos de C5 isopentenil difosfato (IPP,13) e dimetilalil difosfato (DMAPP,14), que são condensados pelas preniltransferases formando intermediários lineares difosfatados de vários tamanhos, ex: FPP(15)
Ciclização, conjugação, e/ou re-arranjos catalisados por terpeno sintases produzindo os diversos esqueletos carbonados dos produtos terpénicos naturais.
Resumo de biossíntese dos terpenóidesEx: gossipol e artemisina
• Estes esqueletos de carbono são alterados por múltiplas transformações: oxidação, redução, isomerização, hidratação, e conjugação formando estruturas complexas e diversas dos produtos naturais como gossipol (1) e artemisinina (2).
• ENZIMAS
• AtoB, acetil-CoA acetiltransferase• HMGS hidroximetilglutaril-CoA sintase (ERG13)• tHMGR hidroximetilglutaril-CoA redutase (HMG1)• MK mevalonate cinase (ERG12)• PMK fosfomevalonato cinase (ERG8)• PMD fosfomevalonate descarboxilase (ERG19)• IDI isopentenil difosfato-isomerase• IspA farnesil diphosphate sintase• CAS cadinene sintase• CAH cadinene hidroxilase• CPR P450 redutase• ADS amorfadieno sintase• AMO amorfadieno oxidase
Acetileno
• Hidrocarboneto dos alcenos. É o mais simples composto com 2 hidrogénios e 2 carbonos – composto orgânico insaturado com a tripla ligação com ligação covalente.
• Acetileno reage com álcoois, hidrogeno cianeto, ác. clorídrico, ou ácidos carboxílicos originando compostos vinilicos :
• Reacções com aldeídos
• Com monóxido de carbono dando acrílicos
• Ciclização dando benzeno ou ciclooctataedros
Compostos acetilénicos• Compostos altamente instáveis:
- luz- oxigénio- calor
• Acetilenos vegetais misturas complexas• Existem em toda a natureza concentrado em
plantas e fungos
• 1000 acetilenos são já conhecidos• 3 tipos em plantas:
1) acetilenos ácidos2) derivados do ác. Crepenico3) derivados dos terpenos tripla ligação
• álcoois acetilénicos naturais e os seus derivados foram isolados de uma grande variedade de espécies vegetais, fungos e invertebrados. Estudos farmacológicos revelaram que muitos deles têm propriedades químicas e medicinais.
Álcoois Monoacetilénicos foram isolados de culturas de Clitocybe candicans (Basidiomicetes) e os estudos da estrutura mostram 2 ou 3 grupos hidroxil
• Acetilenos ác. derivam do ác. oleico trigliceridos
óleo das sementes
de algumas plantas
• Acetilenos derivados ác. Crepenico derivados metabólicos
acumulam-se nas raízes
ex: Apiaceae, Araliaceae, Asteraceae
• Acetilenos com tripla ligação derivados de diferentes vias
esporadicamente distribuídos em diferentes grupos de plantas
• ácido Oleico é provavelmente o ác. Gordo mais comum (Azeite é rico neste composto: cerca de 60-70%, mas também se encontra em nozes). As maiores fontes para o Homem são palma, soja e manteiga
Ácido Oleico
vários isómeros do ác. Oleico com uma dupla ligação trans. compostos naturais isómeros trans posição(n-13), (n-12), (n-9) ou (n-7) Os óleos e gorduras vegetais praticamente livres de ligações trans
Só aquecidos a altas temperaturas na presença de componentes activos
ligações trans são comuns nas gorduras animais especialmente manteiga e gorduras de ruminantes
Ácidos acetilenicos (acidos 6-octadecinoico e 6-nonadecinoico) descritos em raízes de Pentagonia gigantifolia, Rubiaceae, inibiam o crescimento de estirpes Candida albicans. O potencial antifúngico é comparável com o da anfotericina B e fluconazole mas com pouca toxicidade.
Ácido Crepeninico (acido 9-octadecenio-12-inoico) encontra-se em 60% no óleo extraído de sementes de Crepis foetida (Compositae) efeitos tóxicos das plantas com este ác. Gordo em ovelhas Australianas
Biossíntese• Ácido oleico e linoléico são os precursores dos
acetilenos nos microrganismos e nas plantas
• Ácidos Crepeninico e dihidrocrepeninico são incorporados em quase todos os acetilenos por oxidações e re-arranjos
• Componentes derivados de modificações do ác. Gordo acetilénico em C18 porções vegetativas da planta
• Forma triacilgricéridos óleo das sementes
Distribuição nas plantas• Limitados a alguns taxa comparativamente com os ác.
Gordos
• Comuns inseridos nos triacilgliceridos em óleos de sementes de Asteraceae mas mais em Loranthaceae, Olacaceae, Opiliaceae e Santalaceae
• Acetilenos metabolicamente alterados Apiaceae, Araliaceae, Asteraceae, Campanulaceae e Pittosporaceae.
• Fungos Basidiomicetes, livres em diferentes partes do organismo, mas também como componentes de óleos essenciais
Propriedades Fisiológicas e Farmacológicas
• O tipo e quantidade de acetilenos presentes na maioria das plantas varia com o estágio de desenvolvimento e com a zona da planta Ex. raízes de Helianthus pentainene
• O tempo de vida de um acetileno nas plantas é de 6 a 48h
• Poliacetilenos nas plantas podem ir de vestígios a 1%
• Plantas que não produzem acetilenos podem ser induzidas a produzi-los na presença de fungos
• Plantas transformadas com Agrobaterium podem começar a produzir tal como “hairy roots” de plantas não produtoras
frutos
• Actividade biológica:
os que ocorrem em óleos essenciais contribuem para o sabor e cheiro em várias especiarias originárias em ervas da família das Apiaceae
alguns acetilenos são altamente tóxicos para humanos e animais (ex: cicuta, Oenanth crocata)
falcarinol é menos tóxico para as pessoas mas potente antifúngico membranas de cenouras ou ginseng, salsa
antibióticos (bactericidas) micomicina instável
tiarubrina A
antiviral condriol (algas marinhas)
• Fitoalexinas:
aumentam a produção em resposta a infecções fúngicas
ex: em Carthamus tinctorius o safinol aumenta 20x quando a planta é atacada por Phytophthora drechsleri
• Planta-insecto e planta-nematodo
Estes compostos podem ter efeito anti-alimentação dos insectos
Ex: ácido 8-Z-Dihidromatricarida em carochas, aranhas, vermes
Em Asteraceae compostos acetilenos com estruturas tiofeno tem actividade anti-nematodos
4 dos compostos acetilénicos mais comuns nas Asteraceae são insecticidas para as Oncopeltus fasciatus anti-hormonas
juvenis
• Efeitos fototóxicos dos compostos acetilénicosQuando excitados estes compostos medeiam vários
efeitos fototóxicos através de 2 tipos de acção:
Acetilenos de cadeia linear interagem com moléculas alvo na célula
Tiofenos medeiam a oxidação de várias biomoléculas (Lípidos de membrana e proteínas)
Só em Asteraceae existem compostos acetilénicos com fototóxicidade Alterações no comportamento após ingestão: fotofobia, Ruptura do tegumento
Fototoxicidade em plantas• Fototoxicidade em plantas é mediada pela formação de singletos de
oxigénio (tiofenos, polienos e perileno quinonas) ou através de ligações covalentes com o DNA no caso das fotogenotópicas furanocoumarinas
• As tiarubrinas possuem um mecanismo único de fototoxicidade envolvendo formação induzida pela luz de intermediários reactivos como os fotosulfidos e ditionas de cadeia aberta e activação do enxofre que é parte da via do tiarubrina-tiofeno.
ditionas
Formação de tiofenos
• A toxicidade da tiarubrina é resultado de pelo menos 3 mecanismos distintos.
(1) toxicidade das tiarubrinas na ausência de luz resultante da reacção do anel alvo (uma única enzima)
(2) fototoxicidade da luz visível causada por intermediários
(3) danos foto-oxidativos causados por formação de singletos de oxigénio induzidos por UV e pelos fotoprodutos finais os tiofenos.
• A utilidade destes 3 métodos de estratégia defensiva é relevante pelos danos que estes compostos podem causar nos patogénios ou herbívoros
Ceras• Misturas complexas: hidrocarbonetos, aldeídos, cetonas • Compostas predominantemente por céridos• Reacção negativa da acroleína• Percentagem elevada de insaponificação• Líquidas e sólidas
ésteres de álcoois e ác. saturados
Ésteres de álcoois
Ácidos insaturados
Biossíntese• Derivam de ác. Gordos de cadeia longa (C28-C30).
Formados pela extensão de cadeias curtas de ác. Gordos
• Elongamento das cadeias necessita de malonil CoA e a redução de NADPH
Ceras na superfície das folhas
Folhas “limpas”de ceras
Reposição das ceras
• O tamanho dos ácidos produzidos depende das espécies mas os mais comuns são: C28, C30 e C32
• As cadeias longas de álcoois são formadas por redução das cadeias longas de ác, gordos (Acil Co A redutase)
Maiores constituintes das ceras das plantas
n-Alkanes CH3(CH2)xCH321 to 35C - odd numbered
Alkyl esters CH3(CH2)xCOO(CH2)yCH334 to 62C - even numbered
Fatty acids CH3(CH2)xCOOH 16 to 32C - even numbered
Fatty alcohols (primary)
CH3(CH2)yCH2OH 22 to 32C - even numbered
Fatty aldehydes CH3(CH2)yCHO 22 to 32C - even numbered
Ketones CH3(CH2)xCO(CH2)yCH323 to 33C - odd numbered
Fatty alcohols (secondary)
CH3(CH2)xCHOH (CH2)yCH3
23 to 33C - odd numbered
β-DiketonesCH3(CH2)xCOCH2CO(CH
2)yCH3
27 to 33C - odd numbered
TriterpenolsSterols, α-amyrin, β-amyrin, uvaol, lupeol, erythrodiol
Triterpenoid acids Ursolic acid, oleanolic acid, etc
Proporções relativas (%peso) dos constituintes mais comuns de ceras em algumas espécies de plantas
Grape leaf Rape leafApple fruit
Rose flower Pea leafSugar canestem
Hydrocarbons 2 33 20 58 40-50 2-8
Wax esters 6 16 18 11 5-10 6
Aldehydes 6 3 2 - 5 50
Ketones - 20 3 - -
Secondary alcohols
- 8 20 9 7 -
Primary alcohols
60 12 6 4 20 5-25
Acids 8 8 20 5 6 3-8
Other components present include various diol types and triterpenoid acids
• Numa planta os aldeídos e os álcoois gordos são similares aldeídos são intermediários na síntese dos álcoois
• Ésteres das ceras resultam da combinação de longas cadeias de álcoois com longas cadeias de ácidos (acil CoA álcool transacilase)
• Hidrocarbonetos das ceras tem origem nas longas cadeias de ác. Gordos (C12, C14, C16 e C18). Precursores para as cadeias longas de ác. Gordos são também precursores dos hidrocarbonetos
• Cetonas e álcoois secundários também são sintetizados a partir de ác. Gordos de cadeia longa
Resumo da biossíntese• Duas vias para a Biossíntese de ceras:
• via acil redução (com inicio na formação de álcoois e esteres),
• via da descarboxilação que resulta na síntese de aldeídos, álcoois secundários, alcanos e cetonas.
• Na via redutiva de esteres acil CoA produzidos pelo elongamento da cadeia são reduzidos num processo de dois passos via um intermediário aldeído transiente e é catalizado por uma única enzima acil-CoA redutase
Locais de produção• As ceras cobrem tanto folhas como caules, flores e
frutos
• Produção células da epiderme
Actividade biológica• Em todas as plantas existem ceras com hidrocarbonetos
C29, C31 e C33, assim como os esteres das ceras são quase ubíquos
diferenciação taxonómica
• Protecção contra patogénicos e desidratação• Papel importante em Nepenthes (carnívora)
• Nos processos de atracção de insectos:
-cheiro
- visão
- tacto (a superfície das ceras é fundamental)
voláteis dissolvidos nas ceras
reconhecimento da superfície
Ex: Pseudomyrmex ferrugineus (formiga) e a ( Acacia collinsii) árvore. Os insectos têm razões cuticulares de alcanos e alcenos semelhantes aos hidrocarbonetos cuticulares da árvore
• Análise de ceras:
• Hidrocarbonetos removem-se com um solvente não polar hexano purificado
Analise por cromatografia gasosa e espectrometria de massa
• Ésteres difícil, mistura complexa
Análise por espectrometria de massa
• Secreção acto de separação de uma substância do protoplasto (libertação de compostos com actividade fisiológica)
• Estruturas secretoras variam em grau de especialização e em localização na planta
- internas
- externas
- pêlos glandulares
- glândulas vascularizadas
- canais intercelulares
- cavidades (bolsas)
- fusão de células (lacticíferos)
• Estruturas secretoras externas:
- tricomas e glândulas
- nectários
- hidátodos
• Estruturas secretoras internas:
- células secretoras
- espaços secretores (cavidades/canais)
- lacticíferos
Biotecnologia nos metabolitos secundários• Mais de ¼ dos novos fármacos (30 anos)
molécula de origem vegetal• 9 dos 20 mais vendidos fármacos
metabolitos secundários das plantas
Interesse redobrado nos compostos naturais
• Sucesso limitado na abordagem de síntese química para produção de novos fármacos Enorme biodiversidade de compostos activos na “biblioteca”de moléculas dos organismos vivos.
• plantas + insectos, bactérias, nemátodos e vírus co-evolução plantas grande variedade de produtos naturais envolvidos na defensa
• Para biologia molecular e aplicações biotecnológicas, as plantas medicinais e os seus produtos têm alguns problemas:
• A produção dos compostos é especifica de espécies e do genótipo e a acumulação é limitada a certos tecidos ou tipos celulares e regulados por factores ambientais e de desenvolvimento
• A função da maioria dos metabolitos não é conhecida ou muitas vezes qual dos vários metabolitos produzidos pela planta é responsável pela actividade medicinal.
O problema níveis de produção. Existem 3 opções:
• Desenvolver a síntese química se a estrutura é conhecida • Extracção a partir da planta (silvestres, cultivadas, cultura de tecidos• Produção do metabolito em sistemas heterologos (plantas ou não-vegetais)
problemas
• Síntese química não possível ou não rentável compostos secundários complexos
• Por vezes é possível baseado no conhecimento da acção para produzir um substituto sintético com a mesma acção.
Ex: artemisinina, em que o sitio activo da molécula, uma ligação peroxidica farmacoforica num único heterociclo 1,2,4- trioxano forma as bases para o desenvolvimento de um fármaco peróxido sintético antimalarico.
• Sistemas de extracção baseados na planta inteira :
• Baixos níveis de produtos naturais
• Acumulação em tecidos específicos
• Em estágios do crescimento vegetativo específico
• Condições de crescimento ou ambientais específicos
• Cultura de tecidos
Problemas:
• Em cultura os compostos naturais não se acumulam ou acumulam em pequenas quantidades toxicidade celular
• Diferentes sistemas foram testados com vários sucessos.
• A. rhizogenes, causa o sindroma “hairy root”.
• É uma bactéria Gram negativa do solo capaz de entrar na planta por ferida e causar a proliferação de raízes secundárias
• Efeitos morfogénicos nas plantas por transferência de parte do plasmideo Ri (root inducing)
• “Hairy roots”têm crescimento rápido, crescem em meio sem hormonas
• Não susceptíveis a gravitropismo
• Geneticamente estáveis com produções elevadas de metabolitos secundários característicos das plantas originais.
• Produção de metabolitos secundários estável comparativamente com outros sistemas de cultura in vitro
• Produção de alcalóides por “hairy roots” estável por anos
• Alguns casos há excreção para o meio dos compostos. A extensão da excreção varia com a espécie em estudo
• O crescimento varia entre espécies até entre clones diferentes da mesma espécie.
• Relação crescimento produção também varia com a espécie
Factores de produção em “hairy roots”• Biossíntese de metabolitos secundários em raízes transformadas é
geneticamente controlada factores nutricionais ambientais.
• Nível de sacarose• Fitorreguladores exógenos • Tipo de fonte de azoto (e quantidade) • Luz• Temperatura• Presença de químicos
- Crescimento- Aumento Biomassa- Metabolitos secundários
Composição do meio de cultura afecta crescimento e produção