Lezione 10 Farmacognosia: costituenti chimici e vie biosintetiche

Costituenti Chimici delle Droghe Vegetali e Vie Biosintetiche

Metabolismo negli Organismi Vegetali

Metabolismo negli organismi vegetali:

• Primario (o essenziale): sintesi di molecole che svolgono funzioni di base per la sopravvivenza della pianta (proteina, lipidi, zuccheri). Glicolipidi che regolano il flusso attraverso la membrana cellulare.
• Secondario (metabolismo specializzato): sintesi di molecole che concorrono alla sopravvivenza e all'adattamento della pianta all'ambiente, alcune possiedono attività farmacologica (glucosidi, composti aromatici, terpeni, alcaloidi). Consente all'organismo di entrare a contato con l'ambiente esterno e di interagire con stimoli ambientali e altri organismi viventi.

La pianta è un organismo stazionario, la difesa nell'uomo è la fuga, mentre la pianta non può fuggire e per difendersi ha bisogno di qualcosa che la protegga (fattori di protezione: sono appunto dei metaboliti secondari).

• Metaboliti primari: nell'amo vengono sfruttati a scopo nutritivo, sono composti comuni a più specie vegetali, è prodotto in grosse quantità.
• Metaboliti secondari: non sono essenziali per la crescita, è anche quello che fa la differenza tra organismi vegetali della stessa specie (risposta individuale), sono prodotti in piccole quantità. Ci sono oltre 250.000 metaboliti secondari.

Analisi Metabolomica dei Costituenti Chimici

Analisi metabolomica dei costituenti chimici delle droghe vegetali: abbiamo due tipologie

• Analisi untargeted: analisi qualitativa ad ampio spettro, consente di otterrete un profilo globale di diversi metaboliti, ci da una visione di insieme dei costituenti.
• Analisi targeted: Focalizzata su una classe di composti specifica. Analisi qualitativa e più specifica. Cerco di estrarre e isolare solo quella classe di composti che mi interessa.

Analisi che vengono condotte sullo stesso campione.

Metaboliti Primari

• Amminoacidi - proteine
• Acidi grassi - lipidi
• Zuccheri - carboidrati
• Basi azotate - DNA/RNA

Funzioni: strutturali, energetiche, e riserva energetica. Incluso cellulare: la riserva energetica per eccellenza è data dall'amido, mentre un prodotto del catabolismo sono cristalli di ossidato di calcio.

Metaboliti Secondari

Il primo metabolita secondario isolato è stata la morfina. Derivano da processi metabolici specifici per ogni pianta, il processo metabolico solitamente è lo stesso ma si può arrivare ad un prodotto diverso. I composti sono classificati in base alle vie biosintetiche da cui derivano. Ci sono delle classi di composti che possono risultare da più vie biosinteitche. Funzioni: possono essere dei prodotti tossici per la difesa della pianta da predatori, agenti volatili con funzione di attrarre la stessa o altra specie, agenti coloranti per attrarre o distruggere altre specie.Defense & Competition Attraction & Stimulation Herbivores Pollination

• Arthropods Seed dispersal
• Vertebrates Carbohydrate metabolism Flavonoids Food-Plant recognition Pathogens Glucosinolates Photo -
• Viruses Oviposition
• Bacteria metabolism Nitrogen Fatty acid metabolism Polyketides Sequestration Plants
• Bacteria
• Allelopathy glycosides Cyanogenic
• Fungi Alkaloids DA Abiotic Stress

Il colore o l'aromatico del fiore spesso diventano un segnale attrattivo per l'intero impollinatore, la pianta comunica attraverso questi metaboliti. Stress abiotico: come si comporta la pianta a stimoli che non derivano da organismi viventi (UV, evaporazione, temperatura) la pianta agisce con meccanismi di difesa. Nel caso di evaporazione la pianta produce le mucillagini per prevenire l'evaporazione e la conseguente disidratazione.

Classi di Composti con Ruolo Specifico

Classi di composti che giocano un ruolo

• Alcaloidi: nella difesa dal'attacco degli erbivori
• Fenoli
• Terpeni

• Glicosidi
• Tannini

• Oli volatili
• Resine
• Steroidi
• Alcaloidi
• Proteine

Echinacea: rischi di infezioni delle vie aeree per rafforzare le difese endogene per evitare infezioni da raffreddamento e virali. L'attività dell'echinacea immuno stimolate, il ruolo chiave sembra giocato dai polisaccaridi, metaboliti primari che hanno un riscontro a livello farmacologico. Coumarins Quinones

• Tannins
• Invertebrates synthesis
• Fungi Symbiosis Terpenes

Composti con Interesse Farmaceutico

Quali sono i composti con interesse farmaceutico? Parliamo sia di metaboliti secondari ma anche di metaboliti primari.

• Carboidrati
• LipidiLe vie metaboliche sono strettamente interconnesse e la via di partenza sono i componenti inorganici, ogni fase del metabolismo sono regolate da attività enzimatiche specifiche.

I carboidrati o zuccheri sono i primi prodotti ottenuti dalla fotosintesi (inizio) possono andare incontro a varie vie metaboliche, la via metabolica viene scelta in base alla necessita della cellula e in base alla fisiologia specifica della pianta (metabolismo secondario: specifico della pianta).

Vie Metaboliche Maggiori

Le vie maggiori sono:

• Via dell'acido shikimico
• Via dell'acetato
• Via dell'Acilpolimalonato
• Via dell'Acido mevalonico

Alcune classi derivano da più vie: alcaloidi, flavonoidi. CO 2+H20 fotosintesi Carboidrati Antrachinoni Tannini Acetato Acilpolimalonato Acido shikimico 1 Lipidi Flavonoidi Aminoacidi aromatici Acido mevalonico -> Terpeni -- > Steroidi Fenilpropani Aminoacidi Alcaloidi Proteine Peptidi Glicosidi cianogenetici

Biosintesi dei Carboidrati

La pianta attraverso la fotosintesi sintetizza gli zuccheri. (Glicolisi) I carboidrati possono prendere due vie:

• VIA DELL'ACIDO SHIKIMICO: L'acido shikimicio prende il nome dal termine giapponese che è la denominazione della pianta illicium anisatum (religiosum) dove è stato trovato per la prima volta l'acido shikimico. L'illicium verum è l'anice stellato. Partiamo dai primi prodotti della fotosintesi, deriva dalla condensazione del PEP (fosforanoenolpiruvato)e l'eritrosio 4 P (prodotti della fotosintesi).

Fenilpropanoidi e Acidi Fenolici

Fenilpropanoidi, acidi fenolici: classi di composti che è la classe dei polifenoli. Composti che hanno profeta astringenti, antiossidanti. Fenilpropanoidi: acido caffeico, clorogenico

1. Sintesi acido shikimico: deriva dalla condensazione di fosfoenolpiruvato (PEP) e eritrosio-4-fosfato (prodotti di degradazione del glucosio derivanti da glicolisi e via dei pentoso fosfati), attraverso la formazione e riarrangiamento di un intermedio eptacarbonico.
2. Sintesi acido corismico: deriva dall'acido shikimico per condensazione con una molecola di molecola di fosfoenolpiruvato e successivo riarrangiamento.

1 ACIDI FENOLICI AMINOACIDI ACIDI BENZOICI FENILPROPANOIDI AROMATICI E AMINOACIDI INDOLICI C Acidi benzoici: acidi para ammino benzoico, acido antranilico dal quale deriva il triptofano e gli amminoacidi indolici (base strutturale per l'ottenimento degli alcaloidi indolici) Alcaloidi: questa via sintetizza dei nuclei che sono gli amminoacidi aromatici, questi nuclei sono alla base dell' ottenimento degli alcaloidi. Derivati del triptofano: alcaloidi indolici e chinolinici Derivati della Fenilalanina: alcaloidi isochinolici (papaverina) Derivati della tirosina: alcaloidi della tirosina- VIA DELL'ACETATO MALONATO: Sfrutta come punto di partenza l'acetile CoA, legato alla via dell'acido mevalonico, è la base per la via dell'acetato ma può entrare anche nel ciclo di Krebs. In base agli stimoli che la pianta riceve attiverà una via piuttosto che un'altra. È una via che richiede un traportato re (ACP: trasportatore acilico) che funziona da carrier, consente di trasportare questi blocchi per ottenere i prodotti derivati. Attraverso quest'avvio ai vengono sintetizzati: Acidi grassi saturi: per idrolisi la proteina ACP si stacca e libera l'acido grasso dal quale poi si origina l'acido grasso insaturo. Antrachinoni: in base alla famiglia di piante possono essere sintetizzati secondo processi metabolici distinti. Via dell'acetato malonato può portare alla sintesi degli atrachinoni in POLYGONACEAE, RHAMNACEAE, LEGUMINOSAE. Altre specie le producono tramite la via dell'acido shikimico (RUTACEAE, RUBIACEAE.

• VIA DELL'ACIDO MEVALONICO

Terpeni e Via dell'Acido Mevalonico

TERPENI: Sono dei composti che hanno un interesse farmaceutico, derivano dall'acetil CoA attraverso la via dell'acido mevalonico (intermedio che porta alla sintesi dei blocchi base che portano alla sintesi della subunità dei terpeni). Vengono prodotti l'IPP e il DMAPP (blocchi chiave che combinandosi diversamente consentono di sintetizzare le varie classi di terpeni). Questi blocchi vengono sintetizzati anche dalla via DOX/MEP. Via del DOX/MEP: Parte da privato e gliceraldeide 3P, via alternativa che confluisce alla formazione dei blocchi base che portano alla sintesi della subunità dei terpeni. (IPP, DMAPP) Condensation Reduction HO O MVA PATHWAY SCOA Acetyl-CoA HO OH Mevalonic acid (MVA) OPP OPP INTERMEDI PER LA SINTESI DEI TERPENI Isopentenyl pyrophosphate (IPP) Dimethylally! pyrophosphate (DMAPP) O OP OH O Pyruvate Glyceraldehyde 3-phosphate OH OH HO OP OP OH OH 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate 2C-methyl-D-erythritol- 4-phosphate (MEP) IPP: da questo deriva la subunità isoprenica dei terpeni. Il monoterpene possiede due unità isopreniche. Ogni unità isoprenica contiene 5 atomi di carbonio. Gelanil-PP derivano i monoterpeni. Tetraterpeni: derivano i carotenoidi.