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rea de Farmacognosia y Farmacobotnica
Mg. Q.F. MARILU ROXANA SOTO VASQUEZ Docente de la ctedra de Farmacognosia E-mail: [email protected]
INTRODUCCIN METABOLISMO VEGETAL
METABOLISMO PRIMARIO
METABLISMO SECUNDARIO
BIOSNTESIS DE METABOLITOS SECUNDARIOS
LAS PLANTASFUNCIN DE NUTRICINFabrican su propio alimento Se alimentan por la raz: savia bruta
FUNCIN DE REPRODUCCIN
R. sexual
POLINIZACIN GERMINACIN
Clorofila-fotosntesisSol savia elaborada Reparto de la savia elaborada y vasos liberianosRespiran: toman oxgeno del aire desprenden dixido de carbono
ESTOLONES
R. Asexual
RIZOMAS TUBRCULOS
METABOLISMO VEGETALEl metabolismo es el conjunto de reacciones qumicas que realizan las clulas de los seres vivos para sintetizar sustancias complejas a partir de otras ms simples, o para degradar las complejas y obtener las simples. Las plantas, organismos auttrofos, adems del metabolismo primario presente en todos los seres vivos, poseen un metabolismo secundario que les permite producir y acumular compuestos de naturaleza qumica diversa
METABOLISMO PRIMARIOSe llama metabolismo primario de las plantas a los procesos qumicos que intervienen en forma directa en la supervivencia, crecimiento y reproduccin de las plantas. Son procesos qumicos pertenecientes al metabolismo primario de las plantas: La fotosntesis La respiracin El transporte de solutos La translocacin La sntesis de protenas La asimilacin de nutrientes
METABOLITOS PRIMARIOS
Son los productos del metabolismo primario, tales como: carbohidratos, protenas, lpidos y cidos nuclecos. Son los mas abundantes y se denominan as por constituir la base fundamental y comn de los procesos vitales. Se encuentran sin excepcin en todo organismo viviente.
METABOLISMO SECUNDARIO
Metabolismo Secundario Definiciones
Conjunto de procesos mediante los cuales se generan sustancias que no forman parte del metabolismo primario (fotosntesis, respiracin, transporte de solutos, translocacin, asimilacin de nutrientes y diferenciacin celular; entre otros), poseen caractersticas muy variadas, as como una extrema complejidad qumica.
METABOLITO SECUNDARIO
Metabolito Secundario Definiciones
Los metabolitos secundarios de las plantas son compuestos qumicos sintetizados por las plantas que son productos del metabolismo secundario y que cumplen funciones no esenciales en ellas, de forma que su ausencia no es fatal para la planta, ya que no intervienen en el metabolismo primario de las plantas.
Aceite esencial (manzanilla)
Alcaloide (Chavelita)
Ua de gato
Metabolito Secundario
Metabolito Secundario Definiciones
Se sintetizan en pequeas cantidades y no de forma generalizada, estando a menudo su produccin restringida a un determinado gnero de plantas, a una familia, o incluso a algunas especies. restringida en el Reino de las plantas.
Fam. Solanaceae (alcaloides)
Fam. Lamiaceae ( aceites esenciales )
Metabolito SecundarioFUNCINProteccin contra el ataque de herbvoros y patgenos ( Taninos) Atrayentes de los animales para la polinizacin (flavonoides y antociansidos) y la dispersin del fruto y de la semilla Proteccin de la radiacin solar (Flavonoides) Proteccin contra plagas (Aceites esenciales, alcaloides txicos) Inhiben la existencia de especies competitivas as asegurando su nicho ecolgico (alelopatca: antibiticos)
Metabolitos SecundariosSe agrupan en cuatro clases principales. Terpenos. Entre los que se encuentran hormonas, pigmentos o aceites esenciales. Compuestos fenlicos. flavonoides, lignina y taninos. Cumarinas,
Glicsidos. Saponinas, glicsidos cardiacos, glicsidos cianognicos y glucosinolatos.Alcaloides.
LAS PLANTAS COMO FUENTE DE METABOLITOS SECUNDARIOS DE INTERS COMERCIAL
Podophyllum peltatum L
Contiene 20% de podofilina.
Potencial: - 75% de las nuevas estructuras qumicas descubiertas provienen de las plantas. - Slo se tiene buen conocimiento de 5.000 de las 250.000-300.000 especies vegetales que se creen existentes en el planeta. - 25% de los medicamentos de las industrias farmacuticas son de origen vegetal. - 80 % de la poblacin mundial utiliza la medicina tradicional que consiste principalmente en el uso de extractos provenientes de plantas.
BIOSINTESIS DE METABOLITOS SECUNDARIOSEl trmino biosntesis se refiere a la formacin de molculas complejas a partir de molculas sencillas, esto implica la formacin de enlaces carbono-carbono y de otros tipos, a travs de reacciones catalizadas por enzimas.Clases de enzimas y su actividad cataltica
Origen de algunos metabolitos secundarios (alcaloides, fenilpropanoides y terpenos) en el metabolismo primario.
IridoidesACEITES ESENCIALES
Lactonas Saponsidos Hetersidos cardiotnicos
ACEITES ESENCIALES Los aceites esenciales son las fracciones lquidas voltiles, generalmente destilables por arrastre con vapor de agua, que contienen las sustancias responsables del aroma de las plantas y que son importantes en la industria cosmtica (perfumes y aromatizantes), de alimentos (condimentos y saborizantes) y farmacutica (saborizantes).
TERPENOSLos terpenos, estn formados por unidades de isopreno unidas a carbonos (monoterpenoides y sesquiterpenoides)
TERPENOSEl qumico checo Leopold Ruzicka (nacido en 188) demostr que muchos compuestos encontrados en la naturaleza se formaban con unidades mltiplo de 5 carbonos ordenados con el mismo patrn que la molcula de isopreno (obtenida por pirrolisis de la goma natural).
Ruzicka denomino a estos compuestos terpenos
Monoterpenos (C-10) ACCLICOSisomeros de posicin
mirceno
ocimeno
CH2OH CH2OH
ismeros geomtricos
geraniol
nerol
Cl CHO Cl
Cl
CHO Br Br geranial citroneral Cl derivados halogenados (generalmente en organismos marinos)
nerol
Monoterpenos monocclicos* * * *
O
O
limoneno
pulegona
mentona
* * * OH * carbono asimtrico (posibilidad de presentar enantiomera)
Distribucin en la naturaleza Labiadas, Mirtceas, Conferas, Rutceas, etc. Localizacin en la planta Races y rizomas (jengibre), flores (lavanda), corteza (canela), semillas (nuez moscada), hojas (eucalipto), frutos (pimienta) Propiedades fsico-qumicas Lquidos a temperatura ambiente Solubles en ter y alcohol e insolubles en agua Arrastrables en corriente de vapor de agua Son pticamente activos (poder rotatorio) Normalmente incoloros (salvo excepciones: manzanilla) Densidad inferior a la del agua (salvo excepciones: canela y clavo)
Plantas con iridoides
Valeriana officinalis (valepotriatos): efecto sedante
valepotriatos
Harpagophytum procumbens (harpagsido): efecto antiinflamatorio
Olea europaea (oleuropesido): efecto antihipertensivo
Propiedades fsico-qumicas
Incoloras o ligeramente coloreadas Slidos cristalinos Solubilidad variable Extraccin: ter, cloroformo, diclorometano, metanol Caracterizacin Reacciones coloreadas y CCF Vapores de I2 KMnO4 Vainillina sulfrica Plantas con lactonas sesquiterpnicas Artemisia annua (Asteraceae )Artemisinina: antimalarico
El taxol es el anticanceroso ms vendido del mundo, es tambin uno de los frmacos ms caros y difciles de fabricar ya que su principio activo, el paclitaxel, se extrae de la corteza del tejo del Pacfico, un rbol escaso y de crecimiento muy lento. Para satisfacer la demanda, sus fabricantes trataron de sintetizar este elemento en el laboratorio. Sin embargo, sigue haciendo falta la cubierta del rbol para lograrlo, lo que sigue encareciendo el producto. Adems, se prev que la demanda de Taxol siga creciendo, ya que no slo se emplea contra el cncer de mama, de ovario y en el sarcoma de Kaposi.
Geninas de dos tipos estructurales: Esterodicas (C-27) Triterpnicas (C-30) Tetracclicas PentacclicasHetersidos Monodesmsidos (azcares en C-3) Bidesmsidos (azcares en C-3 y C-28)
Propiedades fsicoqumicasSolubilidad Hetersidos: solubles en agua Geninas: solubles en disolventes orgnicos apolares Poder afrgeno Formacin de emulsiones Poder hemoltico (saponinas triterpnicas monodesmosdicas)
Aplicacin directa en teraputica por su
ginseng
castao de Indias
actividad farmacolgica Antitusiva y expectorante: Seneginas de la polgala Antiulcerosa: Glicirricina del regaliz Venotnica y antihemorroidal: Escina (castao de Indias), ruscogenina (Rusco) Adaptgena: ginsensidos del ginseng Antitumoral, antiviral, antiinflamatoria, analgsica, etc. En Tecnologa Farmacutica (propiedades tensoactivas) Material de partida para la obtencin de frmacos por semisntesis Diosgenina y hecogenina: Obtencin de hormonas esterodicas .
1
2
3
4
5
Plantas con saponsidos 1. Raz de polgala (Polygala senega, Polygalaceae) 2. Raz de regaliz (Glycyrrhiza glabra, Fabaceae) 3. Rizoma de rusco (Ruscus aculeatus, Liliaceae) 4. Semillas de castao de Indias (Aesculus hippocastanum, Hippocastanaceae) 5. Raz de ginseng (Panax ginseng, Araliaceae)
1
2
3
Plantas con hetersidos cardiotnicos 1. Escila (bulbo de Scilla maritima, Liliaceae): escilarsido 2. Digital (Hojas de D. lanata y D. purpurea, Scrophulariaceae): digoxina 3. Estrofanto (semillas de Strophantus gratus y S. kombe (Apocynaceae): ouabana Indicaciones Insuficiencia cardiaca Trastornos del ritmo (taquicardias supraventriculares y fibrilacin auricular)
ANTECEDENTES HISTRICOS
AISLADO (1885)
CIDO SHIKMICO
Illicium anisatum(Fam. Illiciaceae)
PARECIDO AL ANIS ESTRELLA
SHIKIMI-NO-KI EN JAPONSEl cido Shikmico es reconocido como el compuesto punto de partida para un vasto nmero de sustancias naturales y es un metabolito universal de las plantas superiores y de muchas clases de organismos no mamferos.
Incapaces de biosintetizar aminocidos aromticos (Phe, Tyr, Trp)
+CEPA MUTANTE E. coli CIDO SHIKMICO
BIOSINTETIZA AMINOCIDOS
ESTA DIFUNDIDO EN TODAS LAS ESPECIES VEGETALES, MICROORGANISMOS, AUSENTE EN ANIMALES.
PRECURSOR BIOGENTICO DE AMINOCIDOS
Del cido shikmico se obtiene por hemisntesis el oseltamivir, un medicamento antiviral selectivo contra el virus de la influenza. Lo produce la casa Roche bajo la marca Tamiflu. El oseltamivir es una prodroga, que se transforma en un compuesto activo en el organismo disminuyendo los sntomas de pacientes con la gripe adquirida recientemente y reduce la incidencia de los sntomas propios de una gripe confirmada, como las infecciones bacterianas: bronquitis, sinusitis y neumona. La actividad antiviral de oseltamivir se ha confirmado en los estudios de provocacin experimental en voluntarios sanos.
hemisntesis
cido shikmico
oselltamivir
4. ALCALOIDES DE ORIGEN DIVERSO imidazlicos y bases xnticas terpnicos y esterodicos pseudoesterodicos
Triptfano
Se llaman alcaloides (de lcali, alcalinos, y -oide, parecido a, en forma de) a aquellos metabolitos secundarios de las plantas sintetizados, generalmente, a partir de aminocidos. Los alcaloides verdaderos derivan de un aminocido, son por lo tanto nitrogenados. Son bsicos (excepto colchicina), y poseen accin fisiolgica intensa en los animales aun a bajas dosis con efectos psicoactivos, por lo que son muy usados en medicina para tratar problemas de la mente y calmar el dolor. Ejemplos conocidos son la cocana, la morfina, la atropina, la colchicina, la quinina, cafena y la estrictina.
EJEMPLOS DE ALCALOIDES PRODUCIDOS EN VEGETALES
Las plantas sintetizan una gran variedad de productos secundarios que contienen un grupo fenol. Estas sustancias reciben el nombre de compuestos fenlicos, polifenoles o fenilpropanoides y derivan todas ellas del fenol, un anillo aromtico con un grupo hidroxilo.
Estructura qumica del fenol
Existen dos rutas bsicas implicadas en la biosntesis de compuestos fenlicos: la ruta del cido shikmico y la ruta del cido malnico
Eritrosa 4-fosfato (de la ruta de las pentosas fosfatos )
cido fosfoenolpirvico (de la gliclisis)
Ruta del cido ShikmicoFenilalanina
Acetil coA
Ruta de Poliacetatos
cido cinmico
Fenoles simples cidos Fenlicos Cumarinas Lignanos Taninos
Flavonoides
Quinonas
1. 2. 3. 4. 5.
Fenoles Simples cidos Fenlicos Cumarinas Lignanos Taninos
Quinonas III.- COMPUESTOS FENLICOS DERIVADOS DE LAS RUTAS DE LOS SHIKIMATOS Y DE LOS POLIACETATOS Flavonoides
1
FENOLES SENCILLOS
En este grupo se incluyen compuestos poco abundantes en la naturaleza y de escaso valor teraputico a excepcin de la hidroquinona, que en forma de glucsido se localiza en algunas plantas medicinales pertenecientes a las familias Ericaceae y Rosaceae. De todas ellas, las ms empleadas por su poder antisptico de vas urinarias son la gayuba y algunos tipos de brezo.
gayuba
2
CIDOS FENLICOScido benzoico
cidos fenolicos
Derivados del a. benzoico Derivados del a. cinmico
EXTRACCIN Extraccin con mezclas hidroalcohlicas Hidrlisis posterior para obtencin de geninas Las geninas se extraen con eter etlicoCARACTERIZACIN Separacin por tcnicas cromatogrficas (CCF, HPLC CC) Deteccin: Cl3Fe Vainillina sulfrica P-nitroanilina diazotada + carbonato sdicoGAYUBA
2 CIDOS FENOLESPROPIEDADES FARMACOLGICAS Antimicrobianos (antispticos y desinfectantes) Antiinflamatorio- analgsico Antioxidante ColerticaOTRAS APLICACIONES en la industria: Explosivos (fenol y resorcinol) Tintes (acido glico) Revelado fotogrfico (catecol, pirogalol)
PLANTAS MEDICINALES Alcachofa (colertica) Ortosifn (diurtica) Equincea (inmunoestimulantes) Sauce (antiinflamatoria, analgsica y antipirtica).
3 CUMARINALas cumarinas su nombre viene de Coumarou nombre comn de la haba tonca
son metabolitos tpicos de plantas superiores y algunos pocos microorganismos En general son lactonas insaturadas La propiedad fsica mas importante de estos compuestos es la fluorescencia generada con la luz ultravioleta (365 nm), propiedad ampliamente usada para su deteccin.
Dipteryx odorata Willd.,
Fam. Leguminosae/Fabaceae),
ACTIVIDAD BIOLGICA Anticoagulante y antibacterial del dicumarol, antibitica de la novobiocina Hepatoxicidad y carcinogenicidad de ciertas aflatoxinas Estrognica del cumestrol Fotosensibilizadora de ciertas furanocumarinas, etc., Se destaca adems, el uso de cumarinas como saborizantes y en perfumera
4 LIGNANOSEstn formados por dos unidades de fenilpropano, C6 C3 unidades por enlaces entre las posiciones y . Se encuentran ampliamente distribuidas en la naturaleza.
La biognesis de los lignanos se basa en el acoplamiento oxidativo de fenoles, este acoplamiento por dimerizacin de los precursores C6C3 puede explicarse de forma bielectrnica o por radicales libres.
PODOFILORIZOMAS Podophyllum peltatum (Berberidaceas) Contiene: sales minerales. Almidn, fibra. Lpidos, resina( 3-6%)
RESINA DE PODOFILO Polvo pardo amarillento de sabor amargo e irritante de las mucosas. Contiene: Podofilotoxina (20%) desoxipodofilotoxina alfa y beta peltatinas (5-10% respect.) otros compuestos relacionados
Tratamiento de condilomas externos : (disolucin alcoholica al 0.5%) Derivados hemisintticos: etopsido (quimioterapia) Cncer de mam, testculo,tumor cerebral.
5
TANINO
Son sustancias polifenlicas hidrosolubles no nitrogenadas, de origen vegetal, de peso molecular entre 500 y 3000, que adems de dar las reacciones clsicas de los fenoles, precipitan gelatina, sales de alcaloides y metales pesados. Los hay hidrolizables y condensados El tanino se encuentra principalmente en las races, la corteza, y de vez en cuando en las hojas de la planta. Estos compuestos tienen propiedades antibacterianas, astringentes y antispticas. Se encuentran especialmente en las familias de las Ericceas, Leguminosas, Rosceas y Salicceas.
Histricamente, son las sustancias empleadas para curtir pieles, ya que forman puentes de hidrgeno con las fibras de colgeno de la piel. Sus propiedades externas son: farmacolgicas
Astringentes Vasoconstrictoras (para hemorragias) Cicatrizantes (quemaduras). Internamente, antidiarreicas, y, al precipitar alcaloides y metales pesados, antdoto ante intoxicaciones.
QuinonasCompuestos aromticos oxigenados que se caracterizan por la presencia de grupos ceto en posicin PARA (1,4) y ocasionalmente en posicin orto. Muy abundantes en la naturaleza (plantas superiores, hongos y bacterias) Metabolitos secundarios que se forman por la ruta de los poliacetatos (Acetil-S-Co A) SEGN SU ESTRUCTURA: BENZOQUINONAS (benceno) monocclica NAFTOQUINONAS (naftaleno) bicclica Plumbagona (Drosera rotundifolia) antitusivo Juglona (Juglans regia) antibacteriano y antifngico Lawsona (Lawsonia inermis) colorante. ANTRAQUINONAS (antraceno) tricclica Drosera rotundifolia
Raz de ruibarbo
DROGAS CON QUINONAS
Aloe vera (sabila)
Cannabis sativa (marihuana)
FLAVONOIDESSon molculas que tienen dos anillos bencnicos ( aromticos) unidos a travs de una cadena de tres tomos de carbono, puesto que cada anillo bencnico tiene 6 tomos de carbono, los autores los denominan simplemente como compuestos C6C3C6.FLAMILIAS CON FLAVONOIDES Fam. Astaraceae Fam. Rutaceae Fam. Umbelliferae Fam. Polugonaceae Fam. Lamiaceae Fam. Leguminosae Fam. Polugonaceae
Va Biosinttica de los flavonoides
Protoantocianidinas o taninos condensados catequinas y leucoantocianidinas
flavonoles
flavonas
1er flavonoides
Estructuras bsicas de varias clases de flavonoides
1. Chalconas 2. flavonas 3. flavonoles 4. flavanonas 5. flavanonoles 6. antocianidinas 7. Catequinas 8. epicatequinas 9. auronas 10. isoflavonoides 11. pterocarpanos 12.rotenoides.
1. Chalconas 2. flavonas 3. flavonoles 4. flavanonas 5. flavanonoles 6. antocianidinas 7. Catequinas 8. epicatequinas 9. auronas 10. isoflavonoides 11. pterocarpanos 12.rotenoides
ACTIVIDAD TERAPEUTICA DE LOS FLAVONOIDESAccin vitamina P (Factor antiescorbtico) Antihemorrgicos Antiarritmicos Protectores de la pared vascular o capilar (rutina, Vasodilatador(naringenina, eriodictyol y luteolina) Antiinflamatoria (Isoflavanquinonas, biflavonoides) Antioxidante (antirradicales libres) Antihepatotxicos(flavona, lignanos, derivados de catequinas, biflavonas, flavolignanos) Antibacterianos(Isoflavanos), antivricos y antimicticas (Chalconas, Isoflavonas y flavanonas ) Diurticos y antiurmicos Antiespasmdicos (flavonoles) Antitumoral (algunos flavonoles,flavonas y biflavonas) Anticancergeno(QUERCETINA y la RUTINA ) Antialrgica (Isoflavanquinonas) Antiagregante plaquetario (antociansidos y derivados de flavonas y flavonoles)
Bibliografa1. 2. 3. 4. Brunenton Jean. Farmacognosia: Fitoqumica Plantas Medicinales. 2da. Edicin. Edit. Acribia S.A. ZaragozaEspaa.2001. W. C. Evans Treese y Evans Farmacognosia 13 ed. , Ed. Interamericana -McGraw-Hill, 1991 Marco Alberto. Qumica de los productos naturales. Aspectos fundamentales del metabolismo secundario. Editorial Sintesis S.A. Marid Espaa.2006 Avalos Adolfo y Prez-Urria Elene. Metabolismo secundario de planta. Universidad Complutense de Madrid.(consultado el 25 de octubre del 2010). Disponible en : http://eprints.ucm.es/9603/1/Metabolismo_secundario_d e_plantas.pdf Arango Gabriel . Introduccin al Metabolismo secundario Compuestos derivados del cido shikimico. Universidad de Antioqua. .(consultado el 25 de octubre del 2010). Disponible en : http://farmacia.udea.edu.co/~ff/shikimico.pdf
5.
http://marilusotount.blogspot.com/