TERPENOS

Las plantas producen una variedad de compuestos orgánicos que no participan directamente en su desarrollo y crecimiento. Estas sustancias fueron denominadas “metabolitos secundarios” y generalmente están distribuidas en un número limitado de grupos taxonómicos. Muchas de sus funciones aún son desconocidas. Se diferencian de los “metabolitos primarios” porque éstos sí cumplen funciones metabólicas esenciales

METABOLISMO SECUNDARIO  Comprende los procesos químicos únicos para una planta dada y no universales.  Partes de estos procesos son comunes a un cierto número de especies o familias de plantas, pero el resultado obtenido (producto natural) generalmente es diferente de una planta a otra.  Precursores químicos comunes pueden producir resultados diferentes.

 Los metabolitos secundarios no parecen ser necesarios para la supervivencia de la planta, pero pueden conferirle una ventaja competitiva.

 Los lípidos son biomoléculas formadas por C, H y O (P y N).  Constituyen un grupo de moléculas de composición, estructura y funciones muy diversas. Poseen en común varias características: • No se disuelven en agua (micelas). • Solubles en disolventes orgánicos. • Son menos densos que el agua.

Clasificacción:  Lípidos saponificables: ácidos grasos, acil-glicéridos, céridos, fosfoglicéridos y esfingolípidos.

 Lípidos no saponificables: esteroides, isoprenoides, prostaglandinas)

Isoprenoides Turpentine oil (Pistacia terebinthus)

Trementina - Aguarrás

Terpenoides - Terpenos

ISOPRENOIDES  Lípidos no saponificables.  Grupo diverso y numeroso formado por alrededor de 30.000 compuestos.  Ampliamente distribuidos en el Reino Plantae (abundantes en algunas familias como Coniferae, Rutaceae y Lamiaceae).  Insolubles a parcialmente miscibles en agua.  Formados por unidades de isopreno (C5).  La nomenclatura de las principales clases refleja el número de unidades isoprenoides presentes.

Isopreno o metilbutadieno

CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA

 Se clasifican según el número de unidades de isopreno presentes (en compuestos muy modificados es difícil identificar al isopreno): • Hemiterpenos: 1 unidad de isopreno (5 C) • Monoterpenos: 2 unidades (10 C) • Sesquiterpenos: 3 unidades (15 C) • Diterpenos: 4 unidades (20 C) • Triterpenos: 6 unidades (30 C) • Tetraterpenos: 8 unidades (40 C)

Todos los tipos se encuentran en forma de heterósidos o ésteres. o bien libres

• Politerpenos: más de 10 unidades isoprenoides.

Meroterpenos: metabolitos secundarios que se originan sólo parcialmente de terpenos.

BIOSÍNTESIS  Síntesis del precursor fundamental IPP (isopentenil difosfato): Ruta del ácido mevalónico (citosólica)  Ruta alternativa (plastídica)

 Fases intermedias: Preniltransferasas (elongación) Terpeno sintasas (síntesis terpenos)  Modificaciones secundarias y transformaciones

BIOSÍNTESIS

Isopentenil pirofosfato

Isopentenil pirofosfato

 Los terpenoides se bioseintetizan mediante un cierto número de repeticiones de una molécula de cinco átomos de carbono (C5): el pirofosfato de isopentenilo (IPP) o isopreno activo.

 El IPP puede ser sintetizado por dos rutas diferentes: La ruta clásica, citosólica, del mevalonato que parte de Acetil CoA  La ruta alternativa, plastídica, que consiste en la condensación de gliceraldehído-3-P e hidroxietiltiamina (producto del la descarboxilación del piruvato).  El IPP se isomeriza a dimetil alil pirofosfato (DMAPP)  El DMAPP actúa como “donante” a una molécula de IPP y forma el geranil pirofosfato (GPP) mediante una reacción de condensación “cabezacola”.  El GPP formado, a su vez, actúa como donante para otra molécula de IPP y forma el farnesil pirofosfato (FPP).  Este tipo de condensaciones de pirofosfatos alílicos con el IPP produce los pirofosfatos prenílicos de mayor tamaño.

Condensación de 3 moléculas de Acetil CoA

Reducción de la HMG CoA

Descarboxilación

Ruta del mevalonato

Ruta del ácido mevalónico El ácido mevalónico es fosforilado, decarboxilado y deshidratado para dar isopentenilpirofosfato (IPP)

El IPP es el bloque activado de 5 C de los terpenos

La ruta del Mevalonato origina isoprenoides mitocondriales y citosólicos

o Ubiquinona o Esteroles o Citoquininas o Brasinosteroides

En el citosol y/o retículo endoplásmico

Síntesis alternativa de IPP en plástidos

La ruta alternativa origina en los plástidos IPP y sus derivados isoprenoides o Monoterpenos o Carotenoides o La cadena lateral de las clorofilas o Plastoquinona (fotosíntesis) o Tocoferoles (Vitamina E) o Giberelinas (hormona) o Acido Abscísico (hormona)

La síntesis de terpenos ocurre a partir de dos precursores universales de naturaleza isoprenoide: IPP y DMAPP

El IPP y su isómero DMAPP son los bloques activados de 5C que se unen para formar los terpenos de mayor PM

La síntesis de terpenos utiliza la química de los carbocationes  Las reacciones de alargamiento de cadena y ciclación del metabolismo de los terpenos son alquilaciones electrofílicas en las que se forma un nuevo enlace simple carbono-carbono por reacción de un carbocatión altamente reactivo (electrófilo) con un doble enlace carbono-carbono (nucleófilo).  Desde el punto de vista químico, el paso limitante es el de generación de carbocationes.  La naturaleza ha seleccionado diferentes estrategias para catalizar este proceso:  Ruptura del enlace carbono-oxígeno de un éster difosfato alílico.  Protonación de un doble enlace carbono-carbono.

DMAPP

IPP

La isomerización de IPP a DMAPP crea un doble enlace alílico, a partir del cual se generan carbocationes estabilizados por resonancia

Esta incorporación sucesiva de residuos de IPP forma geranil pirofosfato (GPP), farnesil pirofosfato (FPP), geranil geranil pirofosfato (GGPP).

Una prenil transferasa cataliza la transferencia de IPP en un receptor de grupo prenilo (DMAPP) vía sustitución nucleofílica.

La elongación de la cadena prenílica tiene lugar mediante diferentes prenil transferasas que catalizan reacciones cabeza-cola, cabezacabeza o cabeza-centro.

 Síntesis del precursor fundamental IPP (isopentenil difosfato): Ruta del ácido mevalónico (citosólica)  Ruta alternativa (plastídica)

 Fases intermedias: Preniltransferasas (elongación) Terpeno sintasas (síntesis terpenos)  Modificaciones secundarias y transformaciones

Preniltransferasas

Adiciones secuenciales de unidades C5 al isopentenil pirofosfato (IPP)

También puede actuar en átomos de C, O, N y S, sobre un amplio rango de compuestos noterpenoides, incluyendo las proteínas.

Elongación Prenilación:

Terpeno sintasas

Catalizan la formación de terpenos a partir de: GPP (monoterpeno sintasas) FPP (sesquiterpenos sintasas) GGPP (diterpeno sintasas) Reacciones de ciclación (terpeno ciclasas)

Por ejemplo:

 Las sesquiterpeno sintasas, también conocidas como terpeno ciclasas, catalizan la conversión del sustrato farnesil difosfato (FPP) en más de 300 productos de ciclación, los cuales presentan gran diversidad estructural y estereoquímica.  Estas enzimas se caracterizan por su homología estructural, mostrando todas ellas la procedencia de un ancestro común, a pesar de la escasa similitud entre sus secuencias de aminoácidos.

 Entre ellas se encuentran enzimas altamente específicas y otras que producen numerosos sesquiterpenos a partir de un mismo sustrato.

Funciones de los terpenos FUNCIONES PRIMARIAS Hormonas: ABA, GAs, brasinoesteroides.  Esteroles (membranas).  Dolicoles (transporte de azúcares).  Carotenoides (pigmentos fotosintéticos).

FUNCIONES SECUNDARIAS  Tóxicos (piretrinas, resinas, aceites esenciales).  Fitoalexinas (sesquiterpenos de Solanáceas).  Disuasores alimentarios (lactonas de sesquiterpenos).  Atrayentes de polinizadores y dispersores (carotenoides).  Alelopatía.

El hemiterpeno o isopreno es un producto volátil liberado en tejidos fotosintéticamente activos.

LA EMISIÓN DE ISOPRENO: -Aumenta con la temperatura -Es mayor en la luz -Favorece la formación de O3 (en la troposfera) y de otros compuestos que tienen efecto invernadero

Monoterpenos (C10)  Metabolitos lipofílicos, volátiles e incoloros.  Componentes de aceites esenciales.  Son ubícuos en plantas superiores y algas. Se acumulan especialmente en Umbelíferas (Apiaceas) y Pináceas,

 Principales funciones: Interacciones planta-insecto.  Atraer polinizadores (aromas florales).  Defensa (partes vegetativas).  Tóxicos  Disuasores alimentarios  Atracción de depredadores  Alelopatía (Interacción planta-planta: canfor, mirtenal, mentofurano)  Usos: perfumería, saborizantes, propiedades farmacológicas.  Se clasifican en: Acíclicos, Monocíclicos, Policicicos e irregulares

ACICLICOS

POLICICLICOS

MONOCICLICOS

IRREGULARES

Monoterpenos (C10) Distribución

Localizacíón

 Myrtaceae  Asteraceae  Zingiberaceae  Lauraceae  Apiaceae  Piperaceae  Rutaceae  Cupressaceae  Lamiaceae  Poaceae etc.

Flores (bergamota, nardo)  Hojas (melisa, eucalipto, laurel)  Cortezas (canela);  Leño (l.de rosa, sándalo);  Raíces (vetiver)  Rizomas (cúrcuma, jengibre);  Frutos (arañuela, anís verde, anís estrellado)  Semillas (nuez moscada)

Se sintetizan y acumulan en estructuras histológicas: células con aceites esenciales, pelos secretores, glándulas secretoras, canales resiníferos, etc.

Monoterpenos (C10)

Monoterpenos (C10)

Melisa officinalis Coriandrum sativum (cilantro)

Humulus lupulo Pelargonium sp (geranio)

Rosa sp

Monoterpenos (C10)  Son esencias volátiles de las flores.  Muchos de ellos son tóxicos para los insectos. Los piretoides presentes en hojas y flores de crisantemos se utilizan como insecticidas.  En las coníferas se acumulan en los canales resiníferos. Alfa y beta pineno, limoneno y mirceno, son algunos ejemplos

Chrisantemum sp

Pinus sp

Monoterpenos (C10)

ACEITES ESENCIALES Mezcla de mono y sesquiterpenos Disuasores alimentarios  Industria alimentaria  Perfumería

Limoneno

Monoterpenos (C10) Atrayentes de polinizadores  Linalool  1,8-Cineol (eucaliptol) Linalool Eucaliptus sp

Cymbopogon sp

Eucaliptol

Limoneno

Monoterpenos (C10) Gran importancia industrial - perfumes - insecticidas - aditivos alimentarios - resinas - medicamentos

Monoterpenos (C10) ACCIONES FARMACOLÓGICAS

TOXICIDAD

 Actividad antimicrobiana  Actividad espasmolítica

 Crónica: efectos cancerígenos deriv. fenilpro.(asarona, safrol,estragol)

 Acción irritante  Otras acciones  Melisa: reduce colesterol

 Clavo, nuez moscada: inhb.agregación plaquetaria  Manzanilla: antiinflamatoria

 Aguda: SNC, aparato respiratorio y cardiovascular(cetonas terp.tuyona pinocanfona) , Alteraciones del comportamientonuez moscada;  Abortivos: ruda, menta poleo, enebro, etc.

Sesquiterpenos (C15)

Sesquiterpenos (C15)

 Grupo más abundante de compuestos terpénicos  Presentes en aceites esenciales junto a monoterpenos  Reguladores del crecimiento  Mecanismos de defensa  Fitoalexinas de SOLANÁCEAS: sesquiterpenos cíclicos  Elicitores fúngicos:  Aumentan la actividad sesquiterpeno ciclasa  Disminuyen la escualeno sintasa

Sesquiterpenos (C15)  POR ELICITORES

FITOALEXINAS

+

Sesquiterpeno ciclasa Farnesil-PP

ELICITORES FÚNGICOS

Escualeno sintasa

_ ESCUALENO  POR EL PROGRAMA DE DESARROLLO

Síntesis licopeno

Sesquiterpenos (C15) Lactonas sesquiterpénicas

Sufijo “ólido”: presencia de la agrupación lactónica

Sesquiterpenos (C15) Distribución botánica y localización Hongos Principios amargos  Briofitas  Marcadores  Angiospermas quimiotaxonómicos (Magnoliáceas, Ilicáceas,,  Actividades Farmacológicas Apiáceas, Lauráceas, y  Citotóxicas, antitumorales Asteráceas  Antiinflamatorios (mayoritariamente).  Antipalúdicos,  Pelos secretores (hojas)  Antimigrañosos  Flores.  Antimicrobiano  Semillas y en  Alergeno por contacto  Tallos y raíces (+ raro) Lactonas sesquiterpénicas

Sesquiterpenos (C15) Humulus lupulo

Chrisantemum sp

Cannavis sativa

Eugenia caryophyllata (clavo de olor)

Piper nigrum Guaiacum officinale

Sesquiterpenos (C15) Cedrus sp

Pinus sp

Sesquiterpenos (C15)

Artemisina

Antimalaria

Sesquiterpenos (C15)

GOSIPOL

Gossypium, spp

Sesquiterpenos (C15) ACIDO ABSCÍCICO (ABA) Un aumento en la concentración de esta hormona en la hoja como respuesta a un estrés hídrico causa el cierre de estomas, disminuye la transpiración, inhibe el crecimiento de la planta y el desarrollo de las semillas y los frutos

Sesquiterpenos (C15)

Función de los aceites esenciales    

Polinización. Atrayentes de insectos (semioquímicos) Defensa contra depredadores (ej. irritantes) Sustancias de reserva de la planta Función protectora en procesos de cicatrización (resinas y bálsamos) y actividad antimicrobiana  Regulación de los procesos de evaporación de agua  Deshechos del metabolismo vegetal  Mecanismo de defensa contra otros vegetales (alelopatía).

Sesquiterpenos (C15) H

OH

CHO H

HO grandisol (atractor sexual del gorgojo del algodón)

-cadineno (presente en los cedros)

citronelal (repelente de insectos)

COOCH3

HOOC

Bixen (colorante amarillo dorado usado en alimentos)

Ambrosina O

O O

Sesquiterpenos (C15) Menta sp

Órganos vegetales • Flores (rosa, jazmín) • Hojas (menta, eucalyptus) • Leños (alcanfor) • Raíces (lirio, vetiver) • Cortezas (canela) • Frutos (anís, cítricos) • Semillas (almendras)

jazmín)

rosa

Eucalyptus sp

Illicium verum (anis estrellado)

vetiver Cinnamomum camphora alcanfor)

Sesquiterpenos (C15)

Tejidos vegetales • Pelos glandulares, ej. Labiatae (menta, lavanda). • Células modificadas del parénquima, ej. Piperaceae (pimienta). • Tubos oleíferos ó vitas , ej. Lauraceae (canela) • Tubos esquizógenos, ej. Umbelliferae (anis, hinojo) • Canales lisígenos, ej. Pinaceae (pinos) • Canales esquizógenos, ej. Rutaceae (ruda)

Diterpenos (C20)

Diterpenos (C20)

Diterpenos (C20)

Diterpenos (C20) Ciclación de diterpenos

A partir del GGPP las ciclasas pueden iniciar la formación de enlaces siguiendo 2 rutas: Tipo A: el grupo Pirofosfato se disocia, con ataque subsecuente por el doble enlace

Tipo B: el doble enlace es protonado, generando un catión que es atacado por otro doble enlace

Diterpenos (C20)  Derivan del GGPP siempre con reordenamientos de la cadena carbonada  Se hayan principalmente en plantas superiores y hongos  Incluyen a las giberelinas (GAs): hormonas de crecimiento

 Acidos resínicos de las gimnospermas: ac. pimárico y sus isómeros y ácidos abiéticos .  Son generalmente cíclicas con algunas excepciones (fitol).  Distribución restringida (Lamiáceas y Asteráceas)

Diterpenos (C20)

Diterpenos (C20)

 Ésteres del forbol: activación PKC estimulan crecimiento de células.  Estructura compleja, lábiles.  Marcada toxicidad (reacciones inflamatorias en contacto con la piel y mucosas).  Potencial terapéutico:  Actividad antihipertensora (forskolina)  Acción antitumoral: Taxol (Taxus brevifolia)

Diterpenos (C20)      

Mezclas naturales complejas Más o menos sólidas amorfas Transparentes y fractura vítrea Se ablandan por calentamiento (funden) Insolubles en agua, éter de petróleo Solubles en cloroformo, EtOH, éter etílico

Aceites esenciales (oleo-resinas, bálsamos) Gomas(gomo-óleo-resinas

Diterpenos (C20)  Ácidos alcoholes y ésteres: benzoato y cinamato de bencilo, ác. benzoico ác. cinámico, alcohol coniferílico,etc. (Bálsamos).  Derivados diterpénicos: ác. abiético y pimárico (Trementinas)  Derivados triterpénicos: ác. siamresinólico (Benjuí de Siam)  Derivados del lignano: podofilotoxinas (Podófilo)

Diterpenos (C20)

Triterpenos (C30)

Triterpenos (C30)

Triterpenos (C30)  Esteroides. Algunos alcoholes esteroidales son importantes componentes de las membranas vegetales.  Limonoides. Son tóxicos o disuasores alimentarios (azadiractina y sustancias amargas de los limones).  Cardenólidos:  Digitalis purpurea (dedalera): activas sobre el músculo cardiaco  Asclepias sp (algodoncillo): uso en defensa por mariposa monarca  Saponinas. Glucósidos de triterpenos y esteroides con propiedades detergentes por tener una parte insoluble (triterpeno) y una soluble (azúcar) Son tóxicas por formar complejos con los esteroles.  Yamogenina, del ñamé (Dioscorea) se emplea como anticonceptivo  Fitoedicsonas. Presentan la misma estructura básica que las hormonas de algunas insectos. Su ingesta es letal.

Triterpenos (C30)

Beta-sitosterol.

Soja

Girasoll

Triterpenos (C30)

Triterpenos (C30)

REGULADOR VEGETAL

Triterpenos (C30)

GLUCÓSIDOS CARDIACOS

* Digitoxina * Digitoxigenina * Gilatoxigenina

Digitalis purpurea

Triterpenos (C30)

Asclepias curassavica

Triterpenos (C30) Planta tóxica Hojas son ricas en sustancias digitálicas (oleandrina) muy activa, (mieles tóxicas)

Nerium oleander

La intoxicación por adelfa es parecida a la intoxicación digitálica, entre 4-12 horas después de la ingesta se producen alteraciones gastrointestinales acompañadas de náuseas y vómitos, con deposiciones diarreicas sanguinolentas, vértigo, ataxia, midriasis, excitación nerviosa seguida de depresión, disnea y convulsiones tetaniformes.

Triterpenos (C30) Glicósido cardiotónico Planta que lo contienen

Ouabaína Convalotoxina Digitoxina Cimarina

Strophantus kombe Convallaria majallis Digitalis sp Adonis vernalis

Localización

Semillas Hojas y raíces Látex Raíz

Convalaria majalils

Adonis vernalis

Triterpenos (C30) Saponinas  Expectorante  Diurética  Hemolítica Alfa-solanina

Chenopodium quinoa (quinoa)

Quillaja saponaria

Tetraterpenos (C40)

Tetraterpenos (C40)

Tetraterpenos (C40)

Tetraterpenos (C40)

Tetraterpenos (C40)

CAROTENOIDES: CAROTENOS Y XANTOFILAS

 Aparato fotosintético  Protección frente a especies reactivas de oxígeno  Disipación exceso de E (ciclo delas xantofilas)  Pigmentos accesorios  Precursores del ABA  Atracción polinizadores y dispersores (flores y frutos).

Tetraterpenos (C40)

Tetraterpenos (C40)

Tetraterpenos (C40)

Capsaicina (Capsicum sp) Crocina (Croccus sativus) Bixina (Bixa orellana) Capsicum sp

Croccus sativus

Bixa orellana

Tetraterpenos (C40)

Politerpenos (C40)

Politerpenos (C40)

Meroterpenos (C40)

Meroterpenos (C40) ALCALOIDES TERPÉNICOS  Vinblastina  Vincristina

Catharanthus roseous