Ruta del Shikimato

Es la ruta más importante en la mayoría de los organismos autótrofos ya que convierte precursores básicos de la glucólisis y de la ruta de las pentosas fosfato en aminoácidos aromáticos (L-fenilalanina, L-tirosina y L-triptófano), así como ubiquinona, plastoquinonas, tocoferoles, vitamina K, entre otros. Esta ruta es empleada por microorganismos y plantas, pero no por animales ya que son incapaces de sintetizar los sistemas de anillos de aminoácidos aromáticos, y en consecuencia los aminoácidos aromáticos que se encuentran entre los aminoácidos esenciales para el hombre deben obtenerse de la dieta.

El ácido shikímico, es un compuesto alifático que fue considerado como un ácido de plantas raras, fue aislado de plantas de la especie Illicium (japonés “shikimi”). Así, el shikimato fue implicado como un intermediario en la biosíntesis de los tres aminoácidos aromáticos y de otras sustancias aromáticas esenciales. El ácido shikímico también es un compuesto de síntesis muy importante en la industria farmacéutica (Fig.1.). Una de las fuentes más importantes para obtenerlo es el anís estrellado chino (Illicium verum) fam. Iliciáceas.

Reacciones

Los precursores, que son, D-eritrosa 4-fostafo y fosfoenolpiruvato (PEP) se combinan para formar 3-desoxi-D-arabinoheptulosonato 7-fosfato (DAHP), una reacción catalizada por la DAHP sintasa. La enzima, 3-deshidroquinato sintasa, cataliza la ciclación de DAHP a ácido 3-deshidroquinico, la enzima requiere Co+2 y NAD+ como cofactores.

La vía del ácido shikímico contiene varios puntos de ramificación, el primero de ellos, el ácido 3-deshidroquímico, que sigue la vía, o al ácido quínico. Después de la fosforilación que da lugar al ácido shikímico 3-fosfato catalizada por la shikimato quinasa, el ácido shikímico se añade sobre el PEP para formar ácido 3-fosfato 5-enolpiruvilshikimico, esta reacción es catalizada por la 5-enolpiruvilshikimato 3-fosfato sintasa, mientras que la conversión a ácido corísmico es catalizada por la corismato sintasa (Fig.2.)

La formación del ácido corísmico es un importante punto de ramificación en la vía del ácido shikímico ya que este compuesto puede someterse a cuatro tipos diferentes de conversión (Fig.3.). En la presencia de glutamina, el ácido corísmico es convertido a ácido antranílico, mientras la corismato mutasa cataliza la formación de ácido prefénico. El ácido corísmico es también convertido en ácido p-aminobenzoico y en ácido 4-hidroxibenzoico.

El ácido antranílico es convertido primero a ácido fosforibosilantranílico y después a carboxifenilaminodeoxiribulosa-5-fosfato, esta reacción es catalizada por la

antranilato fosforibosil transferasa y fosforibosil antranilato isomerasa, respectivamente. El cierre del anillo para formar indol-3-glicerol fosfato es catalizada por la indolglicerol fosfato sintasa. El enzima que cataliza la reacción final es, el triptófano sintasa que consiste en dos componentes: componente A, cataliza la disociación de indolglicerol fosfato a indol y gliceraldehído 3-fosfato, mientras que el componente B cataliza la condensación directa de indol con serina para formar triptófano (ANEXO 1).

La tirosina y la fenilalanina son ambas biosintetizadas del ácido prefénico, pero por vías independientes. En la formación de tirosina, el ácido prefénico es primero aromatizado a ácido 4-hidroxifenilpiruvico, una reacción catalizada por la prefenato deshidrogenasa, luego ocurre una transaminación, catalizada por la tirosina o 4-hidroxifenilpiruvato aminotransferasa y finalmente se obtiene el aminoácido L-Tirosina. La biosíntesis de fenilalanina implica primero la aromatización del ácido prefénico a ácido fenilpirúvico, una reacción catalizada por la prefenato deshidratasa, y luego una transaminación catalizada por la fenilalanina o fenilpiruvato aminotransferasa, entonces obtenemos fenilalanina (ANEXO 2).

Enfocándonos más en los productos que genera está ruta, se debe hacer mención de la estructura (esqueletos base) y los precursores más importantes de estos productos. Generalmente el esqueleto carbonato de los compuestos fenólicos es C6-C1 y C6-C3, el C6 corresponde al anillo aromático y el C1 o C3 a la cadena carbonada a la que está unido (sustituyente). Otros esqueletos base como el C6-C1

y C6-C2 provienen de los compuestos de tipo C6-C3 por ruptura un enlace carbono-carbono provocando la pérdida de uno o dos carbonos de la cadena. Es importante mencionar que los compuestos generados en esta ruta tienen un patrón de oxigenación en el anillo aromático claro, este patrón nos permite identificar que compuestos provienen de la ruta, dicho patrón consiste en que los grupos hidroxilo (-OH) ocupan las posiciones orto (catecol), diorto (pirogalol) y para del anillo aromático. Si los grupos hidroxilo (-OH) estuvieran en posición meta indica que el compuesto aromático proviene de la ruta del acetato-malonato. (Fig. x). Entre los compuestos principales que genera la ruta del shikimato el grupo de los fenilpropanoides (C6-C3) es el más abundante y comprende además el mayor número de variaciones estructurales que van desde moléculas con esqueletos C6-C3 hasta polímeros. El ácido p-hidroxibenzoico es un intermediario importante en la síntesis de ubiquinonas y plastoquinonas, así mismo, el ácido prefénico es el precursor de los aminoácidos aromáticos: tirosina y fenilalanina que forman por desaminación, los ácidos p-cumárico y cinámico, respectivamente, y de ellos se derivan otros fenilpropanoides. A fin de sistematizar la descripción de las diferentes estructuras fenólicas se agruparan de acuerdo a su similitud esqueletal, así se tendrán compuestos fenólicos sencillos (C6-C1 y C6-C3), quininas, lignoides, dépsidos, taninos, c y otros pigmentos condensados. Cuadro xxx.

Cuadrpxx. Principales productos derivados del ácido shikímico clasificados según su esqueleto base.

Clasificación por

esqueleto base

Estructura base Características Ejemplo

Fenoles simples

C6

Poseen con frecuencia solo grupos alcohólicos (-OH) como sustituyentes en el anillo aromático.

Solubles en agua, generalmente unidos a azucares.

Localizados en las vacuolas. Pueden ser carcinógenos o

hepatotóxico. Pueden ser mono, di y trifenoles.

Ácidos fenólicos

derivados del ácido

benzoicoC6-C1

Poseen un grupo carboxilo en el carbono 1.

Mayor representación en vegetales.

Pueden descarboxilarse para generar compuestos C6.

Forman parte de esencias, resinas y bálsamos.

Son en la conservación de alimentos que tengan un pH ácido (protege del moho y fermentaciones)

Soluble en agua, pueden ser mono, di o tri hidroxilados.

Ácido Salicílico

Catecol

Acetosiringona

Ácidos fenólicos

derivados del ácido

cinámicoC6-C3

Pueden ser monómeros, formar dímeros y polímeros.

Contienen una cadena lateral de 3 carbonos (un –COOH terminal)

Poco solubles en agua. Poseen propiedades fungicidas,

bactericidas y actúan como detergentes.

Antioxidantes. Pueden ser mono, di o tri

hidroxilados.

AcetofenonasC6-C2

Derivados de compuestos C6-C3 por un proceso de descarboxilación.

Poseen un grupo acetilo (-COCH3) unido al anillo aromático.

Pueden aislarse como monómeros hidroxilados, metilados y glucosilados.

Insolubles en agua.

Contienes dos anillos aromáticos unidos por un puente eteno.

Presentes en vegetales

Resveratrol

Cumarina

Furanocumarina

Warfarin

Estilbeno C6-C2-C6

superiores. Emiten fluorescencia de color

azul intenso cuando se exponen a luz ultravioleta.

Pueden aislarse como monómeros hidroxilados, metilados, esterificados, glucosilados, prenilados o como polímeros.

Pueden encontrase en dos formas isómeras: trans o cis (menos estable).

Cumarinas C6-C3

Fluorescencia generada con la luz ultravioleta propiedad ampliamente usada para su detección.

Son metabolitos típicos de plantas superiores y algunos pocos microorganismos.

Son lactonas insaturadas. Libres o conjugadas (formando

glucósidos). Se clasifican en cumarinas

simples (hidroxiladas, metiladas y glucosiladas) y cumarinas complejas (isopreniladas, furanocumarinas y piranocumarinas).

Propiedades antimicrobianas y de defensa.

Acción sobre el sistema vascular.

Hidrólisis del tanino

Ácido gálico

LignanosC6-C3

Formados por dimerización oxidativa de unidades C6-C3.

Son dímeros oxigenados de fenilpropanos sencillos con puente β-β' en la cadena lateral.

Fitoestrógenos que son antioxidantes.

Distribuidos en las semillas (soya, frijol, etc).

Cantidades muy reducidas en las plantas.

Pueden formar polímeros (ligninas) que son es el tercer componente fundamental de la madera. Aumentan la rigidez de la pared celular, une las células unas con otras y actúa como fungicida.

Taninos gálicos (hidrolizables)

Compuestos no nitrogenados, solubles en agua y no en alcohol ni solventes orgánicos.

Forman complejos con proteínas, carbohidratos y minerales..

Formados por ácidos fenólicos, en particular ácido gálico, y azúcares simples.

producir rechazo al alimento ("antifeedants" o "feeding repellents") en una gran diversidad de animales.

Existen taninos complejos (taninos condensados) que son polímeros de un flavonoide llamado antocianidina.

Los taninos condensados son producto de la vía mixta (ácido shikímico y el acetato).

Marcano, D.; Hasegawa, M. Fitoquímica orgánica, 2ª Ed.; U.C.V., Consejo de Desarrollo Científico y Humanístico: Caracas, 2002; pp 125,126.