Metabolitos secundarios

DEFINICIÓN: compuestos presentes en las plantas sin funciones aparentes en el crecimiento y el desarrollo pero que les permiten defenderse de herbívoros y patógenos.

·       Considerados durante tiempo como basura metabólica

·       Especulaciones basadas en su toxicidad y repelencia para herbívoros y microbios in vitro.

·       Confirmado con plantas con el metabolismo secundario alterado.

·       No parecen tener un papel directo en procesos como la fotosíntesis, la respiración, el transporte de solutos, la translocación, la síntesis de proteínas y carbohidratos, la asimilación de nutrientes, la diferenciación…

·       A diferencia de los metabolitos primarios, los metabolitos secundarios están restringidos a un tipo específico de plantas, a veces en una sola especie.

Funciones

Ø  Soporte: lignina

Ø  Pigmento: antocianinas

Ø  Procesos de desarrollo de la planta

·    Generalmente no está asociada al crecimiento.

·    Depende de condiciones ambientales e internas, del control hormonal.

·  Es paralela al desarrollo de tejidos especializados y órganos (raíces, tallos, hojas y glándulas).

· La biosíntesis y acumulación suele estar fuertemente compartimentalizada a nivel intracelular, celular, de tejidos y de órganos.

Ø  Producción de metabolitos ante situaciones de estrés o ansiedad

·       Factores bióticos (lo que tiene vida)

·       Factores abióticos (componentes del espacio físico, sin vida)

Ø  Defensa y repelencia de patógenos

Ø  Protección

Funciones ecológicas

Existe mucho interés en los metabolitos secundarios debido a su uso como drogas, venenos y sabores.

Afectan profundamente la habilidad de las plantas para sobrevivir y competir y son muy relevantes para la agricultura (se da la selección en los dos sentidos).

Funciones ecológicas:

§  Protección frente a herbívoros e infecciones

§  Atrayente de polinizadores y dispersadores de semillas (olor, color, sabor)

§  Agentes en la competición planta-planta y en la relación simbiótica planta-microorganismo

Cutícula y epidermis

·       Las plantas en su ambiente natural, están rodeadas por una enorme variedad de enemigos potenciales.

·       Por su naturaleza, no pueden evadir a esos enemigos moviéndose, por ello, deben protegerse de otra forma.

Estas son: cutinas, suberinas y ceras.

Todas las plantas expuestas a la atmósfera están rodeadas de una capa lipídica (hidrofóbicos) que previene la pérdida de agua y les protege contra la acción de patógenos, hongos y bacterias.

Cutinas

Ø  Partes aéreas de la planta

Ø  Estructura de múltiples capas

Ø  Es secretada por las células vegetales, en la superficie de las paredes celulares

Ø  Se encuentra en las partes aéreas de las plantas herbáceas.

Composición:

Macromoléculas

Polímero consistente en ácidos grasos de cadena larga unidos entre sí por enlaces éster.

Estos polímeros crean una red tridimensional rígida.

Partes:

·       Capa superior de ceras

·       Gruesa capa intermedia de cutina embebida en ceras

·       Capa inferior formada de cutina y ceras fusionada con las macromoléculas de la pared celular

Ceras

Ø  Asociadas a la cutina y las suberinas

Composición:

No son macromoléculas

Mezclas complejas de lípidos de cadena larga muy hidrofóbicos.

Suberinas

Ø  Se encuentran en las partes que se encuentran bajo el suelo

Composición:

Su estructura no se conoce bien.

Está formada por ácidos grasos unidos por enlaces éster.

Grupos de metabolitos secundarios

Ø  TERPENOS

Ø  FENOLES

Ø  COMPUESTOS NITROGENADOS

Terpenos

El grupo más numeroso

Son sustancias insolubles en agua.

Formado por la fusión de unidades de elementos de 5C, un isopentano ramificado

Se descompone a alta temperatura dando isopreno se les denomina isoprenoides.

Se clasifican según el número de unidades de 5C que tienen:

Ciertos terpenos tienen funciones en el desarrollo y el crecimiento bien caracterizadas en plantas, pueden ser considerados metabolitos primarios. Sin embargo la gran mayoría se consideran metabolitos secundarios.

Tipos según su composición

·       Componentes de las membranas celulares: esteroles (triterpenos)

·  Pigmentos: carotenoides (tetraterpenos) pigmentos accesorios en la fotosíntesis y protectores frente a la fotooxidación.

·       Hormonas vegetales:

o   Giberelinas (diterpenos)

o   Brasinosteroides (triterpenos)

o Ácido absísico (triterpeno) producido por la degradación de un precursor carotenoide

Tipos según su función

Son toxinas y disuasores de alimentación para insectos y mamíferos, tiene un papel defensivo importante

Piretroides: se encuentra en los crisantemos y tienen buena actividad insecticida.

Muchos insecticidas comerciales contienen piretroides tanto naturales como artificiales.

*Las coníferas: contienen gran cantidad de monoterpenos en productos resinosos.

Se ha demostrado que cuando son atacados por escarabajos aumentan su concentración

Aceites esenciales monoterpenos volátiles que dan olor a ciertas plantas, actúan como repelente de insectos. Suelen encontrarse almacenados en pelos glandulares en las superficies de las plantas. Tienen gran importancia económica como componentes de perfumes y saborizantes

Aceites esenciales: monoterpenos volátiles que dan olor a ciertas plantas y actúan como repelente de insectos.

Suelen encontrarse almacenados en pelos glandulares en las superficies de las plantas.

Tienen gran importancia económica como componentes de perfumes y saborizantes (Ejemplo: limoneno)

Limonoides: terpenos no volátil, le da el sabor amargo a los cítricos tiene un gran efecto insecticida.

Azadiractina (clase de limonoides) tiene una baja toxicidad sobre mamíferos.

Se usa en agricultura en USA e India

Fitoecdisonas: esteroides de plantas que tiene la estructura básica de hormonas de muda de insectos. Interfieren con la muda y produce letalidad.

Cardenolides: triterpenos  glicosilados.

Tienen efecto sobre el músculo cardiaco interfiriendo con la ATPasa Na+/K+, provoca disminución del ritmo cardiaco. Se obtiene del Digitalis y se comercializa como digoxina.

Mariposas monarcas lo acumulan como larvas y lo usan en defensa frente a depredadores.

Compuestos fenólicos, fenoles

Son compuestos que contienen un grupo fenólico: grupo hidroxil unido a un anillo aromático.

 Los fenoles son muy heterogéneos, existen ~10.000 con muy diversas funciones.

Es el grupo más abundante de metabolitos secundarios. Las plantas producen un gran número y variedad.

FENILALANINA

Ø  La fenilalanina es el intermediario en la biosíntesis de la mayoría de los compuestos fenólicos.

Ø  Los grupos fenoles se sintetizan a partir de fenilalanina mediante la eliminación de una molécula de amonio.

Ø  Dicha reacción está catalizada por la fenilalanina amonio liasa PAL.

Este enzima está situada en la encrucijada entre metabolismo primario y secundario y está muy finamente REGULADA

Convierte carbohidratos intermediarios simples de la glucolisis y las pentosas fosfato en un aa aromático.

TIPOS

1.       Fenoles simples

2.       Ligninas

3.       Flavonoides

4.       Taninos

1. Fenoles simples

Están muy representados en plantas vasculares.

Presentan diversas estructuras, con un solo anillo aromático.

Hay varios tipos:

v  Fenilpropanoides simples, ALELOPATÍA: excretado al suelo por algunas especies vegetales inhibe la germinación y el crecimiento de las plantas vecinas.

Usos en agricultura.

Composición:

v  Fenilpropanoides lactona, cumarinas: furanocumarinas, efecto contra insectos y herbívoros debido a su  fototoxicidad

Se activan con la luz UV y se insertan en el DNA bloqueando la transcripción y reparación.

Algunos insectos se hacen opacos rodeándose de sedas o enrollándose con hojas para hacerse inmune a ellos.

Algunos ejemplos de plantas con cumarinas son el apio y perejil.

Composición:

v  Derivados del ácido benzoico

Reguladores vegetales implicados en la resistencia sistémica a patógenos.

Un derivado del ácido benzoico sería el ácido salicílico (aspirina)

Ejemplos de plantas: vainillina

Composición:

2. Lignina

Macromolécula fenólica compleja: es un polímero altamente ramificado de numerosos grupos fenilpropanoides.

Tras la celulosa, es la sustancia más abundante en las plantas.

Presente en las paredes celulares en tejidos de soporte y vascular.

Función de soporte y protección.

3. Flavonoides

Uno de los grupos más grandes de fenoles vegetales.

En plantas desarrollan diversas funciones tales como pigmentación y defensa.

Su estructura básica contiene 15 Carbonos en dos anillos aromáticos.

Se clasifican según el grado de oxidación del puente de carbonos.

Hay varios tipos:

v  Antocianinas

Coloreados, atraen a animales.

Colorean flores y frutos junto con los carotenoides combinaciones de diferentes pigmentos dan lugar a una gran variedad de colores.

Son esenciales en procesos de polinización y dispersión de semillas, interacción planta-animal.

Composición:

              Experimentos han mostrado que una dieta rica en antocianinas amplían los años de vida con un cáncer.

v  Flavonas y flavonoles

Absorben luz de longitud de onda corta.

Acción protectora contra el daño por luz UV

Señalización, guías de néctar en flores.

v  Isoflavonas

Actividad antimicrobiana: efecto insecticida

Anti-esteroides, provocan esterilidad en ovejas

Beneficios anticáncer de la soja.

Fitoalexinas: efecto protector frente a infecciones de bacterias y hongos.

3. Taninos

Funciones:

·       Tienen papel defensivo (se usan para curar las pieles y convertirlas en cueros)

·       Tiene efecto tóxico, debido a su capacidad para unir proteínas inespecíficamente.

Se ha demostrado añadiéndolos a dietas animales.

·       Disuasores de alimentación, aporta astringencia en fruta inmadura, impiden la ingesta de semillas no listas aún para ser dispersadas.

·       Responsables de la “French paradox”

Compuestos nitrogenados

Contienen Nitrógeno, incluyen compuestos con efecto antiherbívoros como los alcaloides y los cianógenos.

Muchos de ellos se sintetizan a partir de aa simples.

Aunque su papel en las plantas ha sido discutido durante años, considerados desechos nitrogenados, se ha demostrado que actúan como defensa, principalmente frente a mamíferos.

Tenemos gran interés en ellos debido a su carácter tóxico y/o medicinal.

TIPOS

1.       Alcaloides

2.       Glucósidos cianogénicos

3.       Glucosinolatos

4.       Aminoácidos no proteicos

1. Alcaloides

Es el grupo más conocido debido a su marcado efecto farmacológico en vertebrados.

2. Glucosidos cianogénicos

No son tóxicos por si mismos pero se degradan produciendo venenos cianuro, HCN.

Los glucósidos cianogénicos y los enzimas para su degradación para dar HCN están separados en diferentes orgánulos de diferentes tejidos en la planta intacta y se ponen en contacto cuando alguien las daña o se las come.

3. Glucosinolatos

Liberan toxinas volátiles:

·       Responsables del olor de las brasicaceas.

·       Repelentes frente a herbívoros

Investigación en disminución de contenido para poder usar los residuos de extracción de aceites de colza (coliflor) como alimento de animales y también en aumentar el contenido, mostazas.

4. Aminoácidos no proteicos

Además de los 20 aa muchas plantas contienen aminoácidos que no se incorporan a sus proteínas y tienen efecto tóxico para sus depredadores.

·       Bloquean la síntesis o la absorción de los aminoácidos.

·       Se incorporan erróneamente en las proteínas.

Metabolitos de interés comercial

§  Fragancias

§  Antimicrobianos

§  Enzimas

§  Insecticidas

§  Saborizantes

§  Colorantes

§  Medicinas

§  Herbicidas

§  Proteasas

POTENCIAL

ü  75% de las nuevas estructuras químicas descubiertas provienen de plantas.

ü  Sólo se tiene un buen conocimiento de 5.000 de las 250.000-300.000 especies vegetales que se calcula que existen en el planeta.

ü  25% de los medicamentos producidos actualmente por la industria farmacéutica son de origen vegetal.

ü  75% de la población mundial utiliza medicina tradicional que consiste principalmente en el uso de extractos provenientes de plantas.