METABOLITOS PRIMARIOS Y
SECUNDARIOS
Q.F. A. Sánchez U.
Metabolitos primarios y metabolitos secundarios
Primarios o esenciales, (son imprescindibles para mantener las funciones vitales de los seres vivos, su crecimiento y reproducción. Incluyen: • Carbohidratos (azúcares), • Lípidos (grasas y aceites), • Péptidos (aminoácidos), • Vitaminas, • Acidos nucleicos, entre otros. Secundarios: su presencia no tiene que ver con las funciones vitales de cada individuo, se vinculan a la relación con el medio ambiente y sus exigencias ecológicas.
ESQUEMA DEL METABOLISMO PRIMARIO Y SECUNDARIO
El contenido en metabolitos secundarios y la relación entre distintos
constituyentes no son valores estáticos, sino que varían durante la vida de la
planta en relación a la interacción de factores internos o externos.
Variación en la concentración de los metabolitos secundarios
Factores genéticos o endógenos
Mutaciones
La exposición a radiaciones puede
cambiar la morfología o la naturaleza bioquímica
de una planta.
Poliploidismo
Aumento del Nº de cromosomas sin
reducción previa. Puede ser natural o artificial. Se realiza para aumentar la
cantidad de constituyentes activos.
Hibridación
Cruzar individuos de diferente especie. Puede usarse para aumentar la
resistencia a enfermedades, aumento
del tamaño de fruto, mayor cantidad de
componentes activos, cambio de color, etc.
Variación en la concentración de los metabolitos secundarios
Efectos ecológicos o exógenos
Clima o luz Por ejemplo: los carbohidratos
producido por las hojas están en relación a la
intensidad luminosa recibida.
Las temperaturas bajas disminuyen la
velocidad de las reacciones
enzimáticas.
Altitud o latitud
La latitud es importante para la
producción de grasas. Por ejemplo: las
plantas tropicales presentan mayor
contenido de ácidos grasos saturados que las plantas de climas
subtropicales.
Alelopatía
Esta interacción puede ser beneficiosa o
perjudicial.
Cuando distintas plantas crecen una al
lado de la otra, pueden afectar el
desarrollo de las hojas o la maduración de los
frutos.
Ej: el crecimiento de la belladona es inhibido por plantas cercanas
de mostaza.
Nutrición
Se relaciona con la luz debido a que son
organismos autótrofos.
Ej: el contenido de glicósidos del digital es mayor en la tarde que en la noche, ya
que hay mayor cantidad de
azúcares disponibles para formar glucósidos.
Variación en la concentración de los metabolitos secundarios
Etapas del desarrollo de la planta
• Los órganos de las plantas jóvenes o viejas pueden variar en su contenido de metabolitos secundarios.
• En muchos casos los aceites esenciales de las flores son producidos por pelos glandulares y llegan al máximo justo antes de que la flor abra, más que cuando el desarrollo de los pelos glandulares es máximo, para bajar luego de abierta la flor.
• En algunos casos el contenido de alcaloides es mayor en plantas jóvenes; pero en general aumenta con la edad de las plantas cuando son perennes.
Variación en la concentración de los metabolitos secundarios
EFECTO DE LA PRESERVACIÓN Y EL PROCESAMIENTO
Durante el secado
Actividad enzimática
En el material desecado, las enzimas no están
completamente destruidas y pueden recuperar su actividad bajo condiciones apropiadas.
Ventajas: secado de vainilla, cacao, hojas de té.
Desventajas: algunas enzimas pueden deteriorar la actividad
de los componentes de las plantas. Ej: en el opio una
peroxidasa puede producir la disminución del 50% de la
morfina.
Oscurecimiento
La chinchona, cáscara sagrada, canela y otras cortezas son
blanco amarillentas en estado fresco, pero pardas con el
secado.
Algunas enzimas producen oxidación de polifenoles
(taninos, flavonoides), a las quinonas correspondientes, las
que se polimerizan espontáneamente dando compuestos coloreados
oscuros.
Evaporación Durante el desecado según el
tiempo, sol, calor, se puede perder una parte de los aceites
esenciales por evaporación, aún más si se realiza un
desecado con calor.
Variación en la concentración de los metabolitos secundarios
EFECTO DEL ALMACENAMIENTO
Las transformaciones que se producen en el procesamiento son más rápidas pero como el tiempo de almacenamiento puede ser largo, las transformaciones pueden llegar a ser
importantes.
Procesos enzimáticos
Si no se han usado métodos de
estabilización, las enzimas no son
totalmente destruidas con el
secado.
El vegetal debe almacenarse en
envases cerrados con agentes
desecantes o en envases sellados.
Procesos oxidativos
Los aceites esenciales por
exposición al aire, pueden formar
aldehídos, cetonas, ácidos y peróxidos.
Un importante problema es la
oxidación del ácido ascórbico,
carotenoides y tocoferoles.
Enranciamiento de las grasas
Durante este proceso se forman nuevos
compuestos que pueden cambiar la
consistencia, sabor y aroma. la rancidez
puede ser:
a. Acida (agua, lipasas)
b. Cetónica o aldehídica (oxígeno y m.o)
c. Peroxídica
Volatilización
Ejemplo: en los aceites esenciales.
Este problema puede evitarse con un almacenamiento
hermético.
Racemización
La forma racémica de la L hiosciamina es la atropina que
tiene menor actividad.
Los alcaloides del ergot también se
racemizan durante el almacenamiento,
perdiendo actividad.
CARACTERISTICAS DE LOS PRINCIPIOS
ACTIVOS
Heterósidos
Alcaloides
Aceites
esenciales
Sustancias nitrogenadas
que aparecen en cualquier
órgano: Nicotina (raíces del
tabaco), Quinina (corteza)
Formados por glúcidos unidos
a su genina (excreción)
Digitalina, salicósido, etc.
Desechos del
metabolismo de
la planta: esencias y las resinas
Son emulsiones, que vierten de la planta
por los canales exteriores
CARACTERISTICAS DE LOS PRINCIPIOS
ACTIVOS
OTROS PRINCIPIOS ACTIVOS
TANINOS VITAMINAS
ELEM. MINERALES
ANTIBIOTICOS
FLAVONOIDES
• Compuestos fenólicos
• Colorean marrón rojizo
los órganos que los tienen
• Utilizado en la curtiembre
• Es astringente, contravene-
no.
• Suministran catalizadores
bioquímicos.
• Ca, N, K, Na, etc.
• Oligoelementos: Zinc,
Hierro, Cobalto, cobre,
Manganeso, Litio, Niquel.
• La penicilina (hongo).
• Las esencias sulfuradas de
ajo, heterósidos de mosta-
za, cetona, terpénica de la
vellosilla (antibióticos) .
• Son colorantes, con
virtudes medicinales.
• Son generalmente de
pigmento amarillo.
• Muy próximos a la estruc-
tura de los taninos
• Se utiliza contra la
fragilidad capilar.
MARCHAS
FITOQUIMICAS
CONCEPTO
Son una serie de métodos para la detección
preliminar de los diferentes constituyentes
químicos de una planta, basados en la extracción
de estos a través de solventes apropiados y en la
aplicación de pruebas de coloración.
MARCHA FITOQUIMICA PRELIMINAR
¿Qué compuestos se determinan?
ALCALOIDES
SAPONINAS
FLAVONOIDES
MARCHA FITOQUIMICA PRELIMINAR
ALCALOIDES • Dragendorff
• Mayer
SAPONINAS • Prueba de la espuma
FLAVONOIDES Shinoda
Muestra seca y molida 2-3 g
Extracto
+ 20 mL de metanol, etanol, cloroformo o Éter isopropílico; calentar 5-10 min a Ebullición, filtrar
+ gotas de HCl 1% + agua (el doble de volumen) Sacudir 30 seg.
MARCHA FITOQUIMICA PRELIMINAR PARA
ALCALOIDES
Extracto clorofórmico y Ext. Clorofórmico-alcohólíco
Separado
Muestra seca y molida 50 g
Extracto alcohólico
Etanol 95° reflujar 1 hora filtrar
Aprox. 15 g extraer HCl 5%, Alcalinizar NaOH 20% Extraer con CHCl3 y CHCl3:Etanol (3:2)
Concentrar
Concentrar, extraer con HCl 5% Filtrar
Solución ácida ALCALOIDES
• Dragendorff, Mayer y otros
MARCHA FITOQUIMICA PRELIMINAR PARA FLAVONOIDES, ANTRAQUINONAS, TANINOS Y SAPONINAS
Extract. Petróleo Sol. A CCD bidimensional silicagel Extract. Petróleo: Acetona (80:20) ESTEROIDES
Muestra seca y molida 50 g
Extracto alcohólico
Etanol 95° reflujar 1 hora filtrar
20 g extraer con éter de petróleo
Concentrar
Extraer con etanol:Agua (1:7) 60°C
residuo
Sol. B
Flavonoides Antraquinonas Taninos Saponinas
MARCHA FITOQUIMICA PRELIMINAR PARA FLAVONOIDES, ANTRAQUINONAS, TANINOS Y SAPONINAS
Precipitado
Muestra seca y molida 50 g
Extracto alcohólico
Etanol 95° reflujar 1 hora filtrar
Aprox. 10 g pptar. Con Pb(AcO)2 5%
Concentrar
Extraer con CHCl3, secar (Na2SO4), Concentrar, CC alúmina neutra activada, Eluir con CHCL3: MeOH (90:10)
filtrado
Ext. SCC
CCD silicagel CHCl3:Me2CO(90:10)
SESQUITERPENLACTONAS Y CUMARINAS
CCD silicagel, CH2Cl2:MeOH:H2O
(87:12:1): CARDIOTÓNICOS
RECORDEMOS
El estudio de las plantas comprende 4 etapas bien definidas:
Recolección y clasificación botánica de la especie en estudio
Extracción, separación y purificación de constituyentes químicos.
Determinación estructural
Ensayos biológicos y farmacológicos
Aceites esenciales
Obtención: Materia prima fresca: Destilación por arrastre de vapor de agua
Reacciones de Identificación: Colorimetría y precipitación de acuerdo a los grupos funcionales que tengan:
Precipitado color amarillo (xantatos): Ms CS2 y KOH
Precipitado color rojo (Aldehídos y cetonas): Ms 2,4DNFH
Coloración púrpura (ésteres): Hidroxilamina + FeCl3.
Decoloración de las insaturaciones con Bromo en CCl4 o por una solución acuosa de KMnO4.
Análisis espectrométrico: Es utilizado para obtener una información sobre su posible composición y asumir la presencia o ausencia de algún grupo funcional.
UV: Absorciones intensas entre 202 y 210 nm Indicada para compuestos saturados
LONGITUDES DE ONDA PARA LECTURAS DE ACEITES ESENCIALES
UV: Absorciones entre 215 - 250 nm Indicada para compuestos Insaturados
UV: Absorciones intensas entre 250 y 270 nm Indicada para compuestos AROMÁTICOS
DETERMINACIONES DE LOS ACEITES ESENCIALES
Valores de Indice de Refracción, gravedad, rotación Específica, rango de temperatura de ebullición, punto de
Cristalización, I.A. IE, etc
Ejemplo de Aplicación: ACEITE ESENCIAL DE EUCALIPTO: De la destilación por arrastre de vapor de hojas frescas de eucalipto
Se obtiene un aceite esencial de I.A. 0.4921 e IE 1,4039
El espectro de RMN: muestra un aceite esencial llamado: CINEOL
ANALISIS PARA ALCALOIDES
EXTRACCION:
Solución acuosa o alcohólica débilmente ácida (HCl 1N ó
H2SO4 1N), luego el extracto alcalinizado con amoniaco,
hidróxido de calcio o carbonato de sodio; y los alcaloides
liberados y los alcaloides extraídos finalmente con
solventes orgánicos (cloroformo, diclorometano, éter etílico,
obteniéndose el extracto crudo.
Es preferible desgrasar todo el material antes de iniciar el
proceso.
ANALISIS PAR ALCALOIDES
REACCIONES DE COLORACION Y DE PRECIPITACIÓN:
Para ello se utilizan diferentes reactivos generales: Mayer, Dragendorff, Wagner, Donneschein, etc.
TECNICAS CROMATOGRAFICAS: La más utilizada es la CCD que utiliza silicagel.
Cada técnica cromatográfica y sus componentes son específicos para cada aplicación.
Ejem: En silicagel G alcalino (con KOH 0,5N): EtOH 70°:NH3 25% (99:1) identifica alcaloides tropánicos.
BIOQUIMICA DEL VEGETAL Y SU IMPORTANCIA PARA ENCONTRAR FITOCONSTITUYENTES
BIOQUIMICA DEL VEGETAL Y SU IMPORTANCIA PARA ENCONTRAR FITOCONSTITUYENTES
FITOCONSTITUYENTES DE TIPO MONOTERPENOS Y AROMÁTICOS VOLATILES
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