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 Variación en la concentración de los metabolitos secundarios 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. Factores genéticos o endógenos Hibridación Poliploidismo Cruzar individuos de Mutaciones diferente especie. Puede Aumento del Nº de usarse para aumentar la cromosomas sin La exposición a reducción previa. Puede radiaciones puede resistencia a cambiar la morfología o ser natural o artificial. Se enfermedades, aumento del tamaño de fruto, la naturaleza bioquímica realiza para aumentar la cantidad de de una planta. mayor cantidad de componentes activos, constituyentes 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. Alelopatía 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. Nutrición Se relaciona con la Esta interacción puede luz debido a que son ser beneficiosa o organismos perjudicial. autótrofos. Cuando distintas Ej: el contenido de plantas crecen una al glicósidos del digital lado de la otra, es mayor en la tarde pueden afectar el desarrollo de las hojas que en la noche, ya o la maduración de los que hay mayor frutos. cantidad de Ej: el crecimiento de la azúcares disponibles belladona es inhibido para formar por plantas cercanas glucósidos. de mostaza. 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 Evaporación fresco, pero pardas con el secado. Durante el desecado según el tiempo, sol, calor, se puede Algunas enzimas producen perder una parte de los aceites oxidación de polifenoles esenciales por evaporación, (taninos, flavonoides), a las aún más si se realiza un quinonas correspondientes, las desecado con calor. que se polimerizan espontáneamente dando compuestos coloreados oscuros. 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 Enranciamiento de Racemización Los aceites las grasas La forma racémica esenciales por Durante este proceso se Volatilización de la L hiosciamina exposición al aire, forman nuevos es la atropina que compuestos que pueden formar Ejemplo: en los pueden cambiar la tiene menor aldehídos, cetonas, aceites esenciales. consistencia, sabor y actividad. ácidos y peróxidos. Este problema aroma. la rancidez puede evitarse con Los alcaloides del Un importante puede ser: un almacenamiento ergot también se problema es la a. Acida (agua, lipasas) hermético. racemizan durante el oxidación del ácido b. Cetónica o aldehídica almacenamiento, ascórbico, (oxígeno y m.o) perdiendo actividad. carotenoides y c. Peroxídica tocoferoles. CARACTERISTICAS DE LOS PRINCIPIOS ACTIVOS Sustancias nitrogenadas que aparecen en cualquier órgano: Nicotina (raíces del tabaco), Quinina (corteza) Formados por glúcidos unidos a su genina (excreción) Digitalina, salicósido, etc. Heterósidos Alcaloides Aceites esenciales 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 • Compuestos fenólicos • Colorean marrón rojizo los órganos que los tienen • Utilizado en la curtiembre • Es astringente, contraveneno. VITAMINAS ELEM. MINERALES ANTIBIOTICOS • 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 mostaza, cetona, terpénica de la vellosilla (antibióticos) . FLAVONOIDES • Son colorantes, con virtudes medicinales. • Son generalmente de pigmento amarillo. • Muy próximos a la estructura 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 Muestra seca y molida 2-3 g + 20 mL de metanol, etanol, cloroformo o Éter isopropílico; calentar 5-10 min a Ebullición, filtrar Extracto + gotas de HCl 1% ALCALOIDES • Dragendorff • Mayer + agua (el doble de volumen) Sacudir 30 seg. SAPONINAS • Prueba de la espuma FLAVONOIDES Shinoda MARCHA FITOQUIMICA PRELIMINAR PARA ALCALOIDES Muestra seca y molida 50 g Etanol 95° reflujar 1 hora filtrar Extracto alcohólico Concentrar Aprox. 15 g extraer HCl 5%, Alcalinizar NaOH 20% Extraer con CHCl3 y CHCl3:Etanol (3:2) Extracto clorofórmico y Ext. Clorofórmico-alcohólíco Separado Solución ácida ALCALOIDES • Dragendorff, Mayer y otros Concentrar, extraer con HCl 5% Filtrar MARCHA FITOQUIMICA PRELIMINAR PARA FLAVONOIDES, ANTRAQUINONAS, TANINOS Y SAPONINAS Muestra seca y molida 50 g Etanol 95° reflujar 1 hora filtrar Extracto alcohólico Concentrar 20 g extraer con éter de petróleo Extract. Petróleo Sol. A CCD bidimensional silicagel Extract. Petróleo: Acetona (80:20) ESTEROIDES residuo Extraer con etanol:Agua (1:7) 60°C Sol. B Flavonoides Antraquinonas Taninos Saponinas MARCHA FITOQUIMICA PRELIMINAR PARA FLAVONOIDES, ANTRAQUINONAS, TANINOS Y SAPONINAS Muestra seca y molida 50 g Etanol 95° reflujar 1 hora filtrar Extracto alcohólico Concentrar Aprox. 10 g pptar. Con Pb(AcO)2 5% Precipitado filtrado Ext. SCC CCD silicagel CHCl3:Me2CO(90:10) Extraer con CHCl3, secar (Na2SO4), Concentrar, CC alúmina neutra activada, Eluir con CHCL3: MeOH (90:10) CCD silicagel, CH2Cl2:MeOH:H2O (87:12:1): CARDIOTÓNICOS SESQUITERPENLACTONAS Y CUMARINAS 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. LONGITUDES DE ONDA PARA LECTURAS DE ACEITES ESENCIALES UV: Absorciones intensas entre 202 y 210 nm Indicada para compuestos saturados 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 FITOCONSTITUYENTES DE TIPO MONOTERPENOS Y AROMÁTICOS VOLATILES