metabolitos secundarios - RAP-AL

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE
CHAPINGO
TERCER CONGRESO
LATINOAMERICANO DE
AGROECOLOGÍA
OAXTEPEC, MORELOS, MÉXICO 17-19 DE
AGOSTO DE 2011
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UNIVERSIDAD CATOLICA DE SANTIAGO DE GUAYAQUIL
UNIVERSIDAD CATOLICA DE
SANTIAGO DE GUAYAQUIL
METABOLITOS SECUNDARIOS
Ing. Agr. Angel Llerena H. M.Sc.
Profesor Titular Facultad de
Educacion Tecnica para el
Desarrollo
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Tema
Importancia de los metabolitos secundarios en la
defensa de las plantas
Objetivo del tema
Vincular los conocimientos sobre el uso y producción de
los metabolitos secundarios como mecanismo de
defensa contra patógenos de las plantas.
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Durante muchos años , el significado
adaptativo de los metabolitos secundarios
era desconocido. El estudio de estos
compuestos logro determinar su importancia
como Droga, venenos y materiales
industriales. Mas recientemente se descubrió
que muchos metabolitos secundarios tenían
importante funciones ecológicas en las
plantas
Protegen a las
plantas de la
ingestión por
herbívoros
sirven como
atrayentes de
polinizadores y
dispersadores de
semillas
Protegen a las
plantas de la
infección de
patógenos
microbianos
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Los metabolitos secundarios se pueden
dividir en tres grupos principales
1. Terpenos .constituyen el mayor grupo de
m.secundarios,insolubles en agua y
biosintetizados a partil del acetil Co A.
2. Compuestos Fenolicos. Contienen un grupo
fenol ,un grupo hidroxilo en un anillo
aromatico.forman un grupo químicamente
heterogenio.solubles en solventes orgánicos
3. Compuestos que contienen
nitrogeno:alcaloides,glicosidos cianogenicos,
glucosinolatos y aminoácidos no proteicos
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Los terpenos defienden a muchas
plantas de los herbívoros
Los terpenos son toxinas y repelentes
para un gran numero de insectos y
microorganismos patógenos que se
alimentan de las plantas, de forma
que desempeñan un importante
papel defensivo en el reino vegetal
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Ejemplos
1.- los Piretriodes:se encuentran en
hojas y flores de especies de
Chrysantenum,tiene una elevada
actividad insecticida, además baja
persistencia en el ambiente y
mínima
toxicidad
para
los
mamíferos.
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2.-Coniferas como el pino
y el abeto
Los monoterpenos se acumulan en los
conductos de resina de las acículas,
ramas y troncos.
Estos compuestos son tóxicos para un
gran numero de insectos, incluyendo el
escarabajo de la corteza, plaga muy
importante para las especies de
coníferas de todo el mundo.
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3.- Aceites esenciales: mezclas de
monoterpenos y sesquiterpenos volátiles
los aceites
esenciales producen un olor
característico. La menta, el limón, la albahaca y la
salvia son plantas que
contienen estos aceites
esenciales. El principal monoterpenos constituyente
del aceite de menta es el mentol y el del limón es el
limoneno.los aceites esenciales son bien conocidos
por sus propiedades repelentes de insectos. Se
encuentran en los pelos glandulares.los aceites
esenciales además de repeler insectos, atraen a sus
enemigos naturales, como insectos predadores y
parásitos que matan a insectos perniciosos , ayudando
a minimizar los daños
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Limonoides, triterpeno no volatil,se
encuentra en sustancias amargas de lo
cítricos
Azadiractina: un Limonoide mas importante como
repelente de insectos, se encuentra en el árbol del
neem (Azadirachta indica),repelente alimentario de
algunos insectos a dosis muy bajas como 50 ppb.tiene
un considerable potencial como insecticida comercial
por su baja toxicidad en mamíferos.
Fitoecdisonas: aisladas del helecho común(
Polypodiun vulgare),son un grupo de esteroides
vegetales con la misma estructura básica que las
hormonas de la muda de los insectos.la ingestión
interrumpe la muda teniendo consecuencias letales.
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COMPUESTOS FENOLICOS
Las plantas producen una gran variedad de productos
secundarios que contienen un grupo fenol, un grupo
funcional hidroxilo en un anillo aromático .
De acuerdo con su diversidad química ,los fenoles
tienen funciones muy diversas en las plantas.
Muchos tienen papeles en la defensa de las plantas
contra herbívoros o patógenos. Otros participan en el
soporte mecánico, en la atracción de polinizadores y
dispersantes de frutos y en la reducción del
crecimiento de las plantas competidoras próximas.
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La liberación de compuestos fenolicos al suelo
limita el crecimiento de otras plantas.
Las plantas liberan al entorno una gran variedad de
productos primarios y secundarios por las hojas, las
raíces y los restos que caen al suelo.
El efecto de estos compuestos en las plantas
vecinas es lo que se conoce como Alelopatía .
los fenilpropanoides simples y derivados del acido
benzoico son poseedores de una actividad alelopática.
El acido cafeico y el acido ferulico,se encuentran en
el suelo en cantidades apreciables se ha demostrado
en experimentos su papel como inhibidores de la
germinación y del crecimiento de muchas plantas.
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existen 4 grupos principales de flavonoides
las antocianinas, las flavonas ,flavonoles y las
isoflavonas.
Las antocianinas son flavonoides coloreados que
atraen animales.
Las flavonas y isoflavonas se encuentran en las flores
y en hojas de plantas verdes.
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los isoflavonoides tienen actividad
antimicrobiana.
Los isoflavonoides son un grupo de flavonoides en los
que la posición del anillo aromático esta cambiada. Se
encuentran generalmente en las legumbres y tienen
diferentes funciones. algunos como los
rotenoides,tienen una potente actividad insecticida.
Otros tienen efectos antiestrogenicos
Responsables de la propiedad anti cancerígena de los
alimentos preparados con soya.
En los últimos años ,los isoflavonoides mejor
conocidos son las fitoalexinas, compuestos
antimicrobianos sintetizados en respuesta a la
infección fúngica o bacteriana.
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Compuestos que contienen nitrógeno
Existe una gran cantidad de metabolitos secundarios
que
contienen
nitrógeno en su estructura.los
alcaloides y glicosidos cianogenicos son de gran
interés debido a su toxicidad para el hombre y sus
propiedades medicinales; los glucosinolatos y los
aminoácidos
no proteicos producen sustancias
toxicas para los insectos y microorganismos.
Los alcaloides se sintetizan a partir de unos pocos
aminoácidos comunes ,como la lisina, tirosina y
triptofano.actualmente se cree que la mayoría de los
alcaloides actúan como defensas frente a predadores
debido a su toxicidad y capacidad de disuasión.
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No todos los alcaloides que aparecen en
las plantas son producidos por ellas.
Muchas herbáceas hospedan simbiontes
fungicos endogenos que crecen en el
apoplasto y sintetizan una gran variedad de
alcaloides. Las herbaceas con hongos
simbiontes suelen crecer mejor y estar mejor
defendidas de los insectos y mamiferos
herbivoros.
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Los glucósidos cianogenicos liberan
cianuro de hidrogeno venenoso
los glucósidos cianogenicos y los glucosinolatos
compuestos que no son tóxicos por si mismo, pero
que se degradan rápidamente cuando la planta es
aplastada, liberando venenos volátiles.
los glucósidos cianogénicos liberan un venenos
volátiles que es el gas cianuro de hidrogeno.(HCN).
La ruptura de los glicosidos cianogénicos es un
proceso enzimático que tiene lugar en dos etapas.
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Los glicosidos cianogénicos están ampliamente
distribuidos en el reino vegetal y se encuentran en
fabaceas,herbaceas y rosáceas
Los glicosidos cianogenicos normalmente no se degradan en una
planta intacta porque el glicosido y las enzimas degradativos
estan separados espacialmente, en diferentes compartimentos
celulares o en tejidos distintos.
En condiciones normales, esta compartimentacion evita la
descomposicion del glicosido. Sin embargo ,cuando un herbivoro
daña la hoja durante la ingestion, los contenidos de los diferentes
tejidos se mezclan y se forma el HCN. El HCN es una toxina de
accion rapida que inhibe metaloproteinas como la citocromo
oxidasa,enzima clave en la respiracion mitocondrial.
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Los glucosinolatos liberan toxinas volátiles
Se encuentran principalmente en la familia de las
brasicaceae y familia vegetales próximas, y liberan los
compuestos responsables del olor y el gusto de
vegetales como el repollo, brócoli y los rábanos.
La liberación de compuestos volátiles olorosos de los
glucosinolatos esta
catalizado por una
enzima
hidrolitica llamada tioglucosidasa o mirosinasa,que
libera la glucosa de su unión al átomo de azufre. Este
proceso genera productos de olor fuerte como los
isotiocianatos y nitrilos
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Estos productos funcionan como toxinas
de herbívoros y repelentes alimenticios
Al
igual
que
los
glucósidos
cianogénicos , en la planta intacta los
glucosinolatos
se
almacenan
físicamente
separados
de
los
enzimas que los hidrolizan, y se
ponen en contacto con los enzimas
cuando la planta es triturada.
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Los aminoácidos no proteicos defienden
a las plantas de los herbívoros
las plantas y los animales incorporan los
mismos 20 aminoácidos en sus proteinas.
Sin embargo, muchas plantas contienen
otros aminoácidos no comunes, llamados
aminoácidos no proteicos, que no son
incorporados a las proteínas, sino que
están presentes en su forma libre y actúan
como sustancia protectora.
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La canavanina es un aminoácido no
proteico igual a la arginina
los aminoácidos no proteicos ejercen su toxicidad de
varias formas:
algunos bloquean la sintesis o incorporacion de
aminoacidos proteicos; otros como la canavanina
pueden incorporarse por error en las proteinasque es
incorporada a la proteina en lugar de la arginina. El
resultado es una proteina no funcional porque su
estructura terciaria ha sido alterada
La judia sable (Canavalia ensiformes) sintetiza grandes
cantidades de canavanina en sus semillas .
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Ciertas proteínas vegetales inhiben la
digestión de herbívoros
Entre los diversos componentes de los arsenales de defensa de las
plantas, se encuentran las proteínas que interfieren la digestión
de los herbívoros.
Por ejemplo: algunas leguminosas sintetizan inhibidores de alfa
amilasa que bloquean la acción del enzima digestivo del almidón.
Otras especies vegetales producen lectinas, unas proteínas de
defensa que se unen a carbohidratos o a proteínas que contienen
carbohidratos. después de la ingestión, las lectinas se unen a las
células epiteliales que cubren el tracto digestivo e interfieren en la
absorción de nutrientes.
Las proteínas anti digestivas mejor conocidas en plantas son los
inhibidores de proteinazas. Encontradas en legumbres, tomate y
otras plantas. estas sustancias bloquean la acción proteolítica de
los enzimas digestivos de los herbívoros.
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El ataque de los herbívoros inicia una
compleja ruta de señalizacion
la producción sistémica de los inhibidores de proteinasas en
plantas jóvenes de tomates inicia una complicada secuencia de
acontecimientos.
1.-las hojas de tomate sintetizan prosistemina, un precursor proteico
de gran tamaño.
2.-la prosistemina es procesada proteoliticamente para producir un
polipeptido pequeño llamado sistemina.
3.- la sistemina es liberada desde las calulas dañadas al apoplasto.
4.-la sistemina es transportada desde la hoja dañada a través del
floema.
5.-en la celula Diana, se postula que la sistemina se unen al receptor
de la membrana plasmática para iniciar la sintesis de acido
jasmonico, un regulador de crecimiento.
6.- El ácido jasmonico activa la expresion de genes que codifican
para inhibidores de proteinasas
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El ácido Jasmónico es una hormona vegetal que activa
numerosas respuestas de defensas
Los niveles de ácido Jasmónico aumentan de manera
vertiginosa en respuesta al daño causado por diferentes
herbívoros e inicia la formación de diferentes clases de
defensas vegetales, además de los inhibidores de
proteinazas, incluyendo terpenos y alcaloides.
En las plantas el ácido jasmónico se sintetiza a partir
del ácido linolénico que se libera de las membranas
lipídicas y es convertido en jasmónico por sendos
procesos de lipooxidación, oxidación e isomerización.
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