alcaloides de bencilisoquinolina

TEMA 4
COMPUESTOS CON
NITRÓGENO
ALCALOIDES
GLUCÓSIDOS
CIANOGÉNICOS
AMINOÁCIDOS
NO PROTEICOS
GLUCOSINOLATOS
INHIBIDORES DE
PROTEASAS
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE
LOS ALCALOIDES
-Numerosos, heterogéneos y presencia
limitada a ciertos grupos taxonómicos
-Con N en un anillo heterocíclico
-Derivados de aminoácidos
-Muchos, con parte terpenoide
-La mayoría son alcalinos
-Primero descubierto (1806): morfina
Estricnina
Gramina
FUNCIONES DE LOS ALCALOIDES
FUNCIONES PRIMARIAS
•Reserva de N?
FUNCIONES SECUNDARIAS
•Defensa
*tóxicos para mamíferos hebívoros-alcaloides de
senecios y lupinos
*antibióticos-berberina
*insecticidas-nicotina
*disuasores alimentarios-estricnina
•Pigmentos-betalaínas
INTERÉS HUMANO
*Acción sobre sistema nervioso central
*Medicamentos
Directamente: morfina, codeína
Modelos: cloroquina, tropicamida
*Drogas de abuso-cocaína
*Estimulantes-teína, cafeína
*Tóxicos-estricnina
ALCALOIDES VERDADEROS
Derivados de Arginina,
Lisina y Ornitina
Derivados de
Fenilalanina y Tirosina
Derivados de
Triptófano
Nicotina
Papaverina, Codeína, Morfina
Ácido Lisérgico
Nicotiana tabacum
(tabaco)
Papaver somniferum
(adormidera)
Claviceps purpurea
(Cornezuelo del centeno)
PROTOALCALOIDES
PSEUDOALCALOIDES
Colchicina, Taxol
Aconitina, Coniina
Taxus brevifolia
Conium maculatum
(tejo)
(cicuta)
ALCALOIDES VERDADEROS
Derivados de
Arg, Lys y Orn
Derivados de
Phe y Tyr
Derivados de
Trp
De PIRROLIDINA
De ISOQUINOLINA
INDÓLICOS simples
-Alcaloides tropánicos
(escopolamina, cocaína)
-Alcaloides del peyote
-Fisostigmina
De BENCILISOQUINOLINA
INDÓLICOS complejos
-Alcaloides de la
adormidera
-Alcaloides del
cornezuelo (Ácido
Lisérgico)
De PIPERIDINA
(isopeletierina)
De PIRROLICIDINA
-Alcaloides de Senecio
(morfina, codeína,
papaverina)
De QUINOLICIDINA
-Berberina
-Alcaloides de Lupinus
De Amaryllidaceae
De PIRIDINA
-Alcaloides nicotínicos
-Alcaloides de
Catharanthus roseus
(vinblastina,
vincristina, vindolina,
ajmalicina)
-Estricnina
ALCALOIDES DERIVADOS DE
Arginina, Lisina Y Ornitina
*ALCALOIDES
TROPÁNICOS
L-Arginina
L-Ornitina
L-Lisina
Seis carbonos
Cinco carbonos
Seis carbonos
*ALCALOIDES
NICOTÍNICOS
*ALCALOIDES DE
PIRROLICIDINA
ALCALOIDES TROPÁNICOS
Hiosciamina
Atropina
Escopolamina
Datura stramonium
(estramonio)
TROPANO
Atropa belladonna
(belladona)
Hyosciamus niger
(beleño)
ALCALOIDES TROPÁNICOS
AGENTES
ANTICOLINÉRGICOS
Buchanan et al, Fig 24.20 y 24.41
*Célula presináptica
-Liberación de vesículas
con acetil-colina
*Célula pos-sináptica
-Unión de acetilcolina a
receptores
-Hidrólisis de actilcolina
por colinesterasa
*Regreso de colina a
célula presináptica
ALCALOIDES
ACCIÓN
ATROPINA
HIOSCIAMINA
ESCOPOLAMINA
ANTAGONISTAS de
receptores de
acetilcolina
NICOTINA
CONIINA
AGONISTAS de
receptores de
acetilcolina
FISOSTIGMINA
ESERINA
Inhibidores de
COLINESTERASA
ALCALOIDES TROPÁNICOS
Cocaína
Erythroxylon coca
(coca)
Buchanan et al, Fig 24.24
Droga de abuso, anestésico, narcótico
ALCALOIDES DE PIPERIDINA
Punica granatum
ISOPELETIERINA
Whitania somniferum
Poco tóxico, eficaz antihelmíntico
ALCALOIDES DE PIRROLICIDINA
ALCALOIDES DE SENECIOS
Senecionina
Retronecina
S. vernalis
S. jacobaea
S. vulgaris
Disuasores, hepatotóxicos (vertebrados),
mutagénicos (insectos)
Buchanan et al, Fig 24.28
ALCALOIDES DE PIRROLICIDINA: DEFENSA
DEL INSECTO
Curr Opin Plant Biol, 5, 300-307, 2002
ALCALOIDES DE PIRROLICIDINA:
FARMACOFAGIA
Familia Nymphalidae
Subfamilia Ithomiinae
ALCALOIDES DE PIRROLICIDINA: USO EN
REPRODUCCIÓN
Crotolaria spectabilis
Utetheisa ornatrix
ALCALOIDES DE
PIRROLICIDINA: USO Y
DEPENDENCIA
Polilla Creatonos transiens
Buchanan et al, Box 24.3
Oreina speciosissima
PLANTA
N-ÓXIDO
BASE LIBRE
No tóxico
Tóxico
INSECTO
Oreina
N-ÓXIDO
1
BASE LIBRE
3-oxidación
1-reducción
2-bloqueo
reducción
4-conjugación
Platyphora
BASE LIBRE
N-ÓXIDO
GLUCÓSIDO
No especialistas-1
Oreina-2 y 4
Platyphora-5
Mitopus morio
Mitopus-3
5-secuestro
BASE LIBRE
ALCALOIDES DE QUINOLICIDINA
ALCALOIDES DE LUPINOS
Lupinina
Esparteína
Buchanan et al, Fig 24.29
lupinina
esparteína
ALCALOIDES DE PIRIDINA
ALCALOIDES NICOTÍNICOS
Nicotina
Nicotiana tabacum
(tabaco)
ALCALOIDES VERDADEROS
Derivados de
Arg, Lys y Orn
Derivados de
Phe y Tyr
Derivados de
Trp
De PIRROLIDINA
De ISOQUINOLINA
INDÓLICOS simples
-Alcaloides tropánicos
(escopolamina, cocaína)
-Alcaloides del peyote
-Fisostigmina
De BENCILISOQUINOLINA
INDÓLICOS complejos
-Alcaloides de la
adormidera
-Alcaloides del
cornezuelo (Ácido
Lisérgico)
De PIPERIDINA
(isopeletierina)
De PIRROLICIDINA
-Alcaloides de Senecio
(morfina, codeína,
papaverina)
De QUINOLICIDINA
-Berberina
-Alcaloides de Lupinus
De Amaryllidaceae
De PIRIDINA
-Alcaloides nicotínicos
-Alcaloides de
Catharanthus roseus
(vinblastina,
vincristina, vindolina,
ajmalicina)
-Estricnina
ALCALOIDES DERIVADOS DE FENILALANINA Y TIROSINA
*ALCALOIDES
DE LA
ADORMIDERA
ALCALOIDES DE ISOQUINOLINA
Pellotina
Lophophora williamsii
(peyote)
ALCALOIDES DE
BENCILISOQUINOLINA
Papaverina, Tebaína,
Codeína, Morfina
Papaver
somniferum
(adormidera)
Buchanan et al, Fig 24.18
Bufo marinus
Buchanan et al, Fig 24.21 y 24.23
ALCALOIDES DE BENCILISOQUINOLINA
Berberis vulgaris
(agracejo)
Bactericida y bacteriostático
Buchanan et al, Fig 24.36
Berberina
ALCALOIDES DE Amaryllidaceae
Narcissus
pseudonarcissus
(narciso)
Licorinas
ALCALOIDES VERDADEROS
Derivados de
Arg, Lys y Orn
Derivados de
Phe y Tyr
Derivados de
Trp
De PIRROLIDINA
De ISOQUINOLINA
INDÓLICOS simples
-Alcaloides tropánicos
(escopolamina, cocaína)
-Alcaloides del peyote
-Fisostigmina
De BENCILISOQUINOLINA
INDÓLICOS complejos
-Alcaloides de la
adormidera
-Alcaloides del
cornezuelo (Ácido
Lisérgico)
De PIPERIDINA
(isopeletierina)
De PIRROLICIDINA
-Alcaloides de Senecio
(morfina, codeína,
papaverina)
De QUINOLICIDINA
-Berberina
-Alcaloides de Lupinus
De Amaryllidaceae
De PIRIDINA
-Alcaloides de
Catharanthus roseus
(vinblastina,
vincristina, vindolina,
ajmalicina)
-Estricnina
-Alcaloides nicotínicos
ALCALOIDES DERIVADOS DEL
TRIPTÓFANO
*ALCALOIDES
INDÓLICOS
TERPÉNICOS
L-Triptófano
Indol
ALCALOIDES INDÓLICOS
SIMPLES
Fisostigmina
Physostigma venenosum
(Haba de Calabar)
ALCALOIDES INDÓLICOS
COMPLEJOS
Ácido Lisérgico
Claviceps purpurea
(Cornezuelo del centeno)
ALCALOIDES INDÓLICOS COMPLEJOS
Anti-paludismo (producido
por Plasmodium falciparum)
Buchanan et al, Fig 24.22
ALCALOIDES INDÓLICOS
COMPLEJOS
Vinblastina
Vincristina
Catarantina
Ajmalicina
Catharanthus
roseus
(vinca de
Madagascar)
Buchanan et al, Fig 24.31
ALCALOIDES INDÓLICOS
COMPLEJOS
Estricnina
Disuasor alimentario
Strychnos
nux vomica
(nuez vómica)
PROTOALCALOIDES
Colchicina
Taxol
Colchicum autumnale
(cólquico)
Taxus brevifolia
(tejo)
PSEUDOALCALOIDES
Aconitina
Aconitum nepellus
(acónito)
Coniina
Conium maculatum
(cicuta)
Buchanan et al, Fig 24.19
LOS ALCALOIDES NO SON
EXCLUSIVOS DE PLANTAS
BATRACOTOXINA
BUNGAROTOXINA
Phyllobates terribilis
Dendrobates sp.
Bungarus sp.
BIOSÍNTESIS DE ALCALOIDES.
GENERALIDADES
*Provienen de unos pocos aminoácidos,
pero son muy numerosos
*Alta especificidad enzimas biosintéticas
Ejemplo: monooxigenasas
dependientes de P450
*Cultivos de células como herramientas
*Primera ruta completa enzima a enzima:
síntesis de berberina
BIOSÍNTESIS DE ALCALOIDES.
GENERALIDADES
*Ramas principales
-Síntesis de alcaloides tropánicos y nicotínicos
-Síntesis de alcaloides de bencilisoquinolina
-Síntesis de alcaloides indólicos terpénicos
*Localización
-En diversos compartimentos subcelulares:
citosol, tonoplasto, vacuola, cloroplastos
vesículas del RE liso
-En diversos tipos celulares
intermediarios
transporte
ALCALOIDE
LUGAR DE
SÍNTESIS
NICOTINA
Áreas
meristemáticas
de la raíz
ALCALOIDES
DEL OPIO
Vasos laticíferos
Raíz (D. stramonium)
Transformada en
escopolamina en
ESCOPOLAMINA
hojas
HIOSCIAMINA
FUENTE
REGULACIÓN DE LA SÍNTESIS
-Sistema de defensa CONSTITUTIVO
-Sistema de defensa INDUCIBLE
por herbívoros: síntesis nicotina en
respuesta a Manduca sexta
por condiciones ambientales
por factores endógenos: auxinas
-Expresión enzimas biosintéticas puede:
tener especificidad de tejido
exigir diferenciación
BIOSÍNTESIS DE ALCALOIDES TROPÁNICOS Y NICOTÍNICOS
L-Arginina
Ornitina
Arginina descarboxilasa
Ornitina descarboxilasa
PUTRESCINA
POLIAMINAS
Putrescina Nmetiltransferasa
Catión N-metil-∆
∆1-pirrolinium
NICOTÍNICOS
Nicotina
TROPINONA
TROPÁNICOS
Hiosciamina
Atropina
Escopolamina
RAÍZ
Hyosciamus albus
(beleño blanco)
HOJA
SÍNTESIS DE HIOSCIAMINA
Y ESCOPOLAMINA
HIOSCIAMINA
H6H
H6H
ESCOPOLAMINA
Atropa belladonna
hiosciamina
H6H
Hiosciamina
6β
β-hidroxilasa
escopolamina
Hyoscyamus niger
W: wild type
Co: Control
T0: transformadas
Hiosciamina
T1: progenie de T0
Escopolamina
Células de tabaco transformadas
(H6H de Hyosciamus muticus)
SÍNTESIS DE ALCALOIDES DE BENCILISOQUINOLINA
Tirosina descarboxilasa
L-Tirosina
L-DOPA
Tirosina descarboxilasa
Norcoclaurina
sintasa
Tiramina
Norcoclaurina
Enzima del puente de
berberina
E
de
las
u
íc
es
nv
Berberina
s
de
loi
a
alc
Morfina
Codeína
SÍNTESIS DE
CODEÍNA
Alcaloides de bisbencilisoquinolina
Alcaloides protoberberínicos
Papaver somniferum
(adormidera)
S-RETICULINA
TYDC
Pool Tyr
AMIDAS DEL ÁCIDO
HIDROCINÁMICO
Tiramina en pared celular
Digestibilidad pared
BIOSÍNTESIS DE ALCALOIDES INDÓLICOS TERPÉNICOS
Triptófano
descarboxilasa
PARTE
INDÓLICA
PARTE
TERPÉNICA
L-Triptófano
Triptamina
Geraniol
Secolaganina
Estrictosidina
sintasa
ESTRICTOSIDINA
ALCALOIDES
INDÓLICOS
TERPÉNICOS
SÍNTESIS DE
VINDOLINA
(precursor vinblastina)
Catharanthus roseus
(vinca de Madagascar)
LA ESTRICTOSIDINA SINTASA CATALIZA EL PASO
LIMITANTE EN LA BIOSÍNTESIS DE ALCALOIDES EN
CULTIVOS CELULARES DE Catharanthus roseus
SOBRE-EXPRESIÓN
ESTRICTOSIDINA
SINTASA
ESTRICTOSIDINA
SINTASA
ESTRICTOSIDINA
AJMALICINA
CATARANTINA
SERPENTINA
TABERSONINA
GLUCÓSIDOS CIANOGÉNICOS
Amigdalina
Prunasina
(en rosáceas)
GLUCÓSIDOS CIANOGÉNICOS
Linamarina
(en Manihot esculenta,
tapioca, yuca)
Durrina
Lotaustralina
(en el sorgo)
(en Lotus corniculatus)
SÍNTESIS DE GLUCÓSIDOS CIANOGÉNICOS
GLUCÓSIDO CIANOGÉNICO = AZÚCAR + AGLICONA
Aglicona:
AMINOÁCIDO
-aromática (Phe), como en la prunasina
(en especies de Prunus)
-alifática (Val), como en la linamarina
(en especies de Trifolium)
N-hidroxil aminoácido
HIDROXILACIÓN
NITRILO
HIDROXILACIÓN
α-hidroxi nitrilo
TIROSINA
DURRINA
VALINA
LINAMARINA
ISOLEUCINA
LOTAUSTRALINA
AZÚCAR
GLUCÓSIDO CIANOGÉNICO
EFECTOS BIOLÓGICOS
EN PLANTAS
*germinación
*reserva N
*defensa (disuasores y tóxicos)
EN ANIMALES
*intoxicaciones (vacas, burros, ovejas)
EN HUMANOS
*2/3 plantas cultivables contienen
glucósidos cianogénicos
Manihot esculenta
(cassava, yuca)
África y Latinoamérica: parálisis
y transtornos neurológicos
CIANOGÉNESIS A PARTIR DE LINAMARINA
linamarasa
hidroxinitrilo liasa
Vetter, 2000
Síntesis de
linamarina y
producción
de cianuro
en una hoja
de yuca
Tonoplasto
Hoja de
yuca
Pared celular
linamarasa
Vetter, 2000
TRANSFORMACIÓN
LUGAR
EFECTOS
CYP79D1/D2
antisentido
HOJAS
*Reducción
linamarina en hojas
*Reducción
linamarina en raíces
CYP79D1/D2
antisentido
RAÍCES
*Niveles normales de
linamarina
RAÍCES
*Aceleración
cianogénesis durante
procesamiento raíz
Sobre-expresión
HNL en raíces
ENZIMAS QUE DETOXIFICAN CIANURO
β-ciano-alanina sintasa (plantas)
Rodanasa (mamíferos)
Herbívoros especialistas en plantas cianogénicas
Hapalemur aurens
(lemur dorado del bambú)
se alimenta de
Cephalostachym viguieri
que contiene
glucósidos cianogénicos
Heliconius sara
Detoxifica los glucósidos
cianogénicos y los usa
como fuente de nitrógeno
Passiflora auriculata
Produce glucósidos
cianogénicos
Herbívoros que emplean plantas
cianogénicas para su defensa
Eupitoiea hegesia
Turnera ulmifolia
Anolis
GLUCOSINOLATOS
Pieris rapae (las larvas se
alimentan de coles, coliflores..)
GLUCOSINOLATOS
GLUCOSINOLATOS. GENERALIDADES
*Glucósidos del aceite de mostaza
*Derivados de aminoácidos
*Contienen:
-sulfato
-tioglucosa
*Exclusivos de plantas:
-en sólo unas cuantas familias de dicotiledóneas
-en crucíferas y familias relacionadas
*Localizados en vacuolas
HIDRÓLISIS
*Por β−tioglucosidasas endógenas: MIROSINASAS
*Sistema de dos componentes que se activa por rotura
tejido
*Produce:
glucosa + sulfato + intermediario inestable
*Principales productos:
isotiocianatos
nitrilos
tiocianatos
HIDRÓLISIS DE
GLUCOSINOLATOS
MIROSINASA
isotiocianato
MIROSINASA
+ ESP
nitrilo
S-C: Células que contienen glucosinolatos
M: Células que contienen mirosinasa
Curr Opin Plant Biol, 5, 2002
HIDRÓLISIS DE
GLUCOSINOLATOS
*Las larvas de Trichoplusia ni (lepidóptero)
prefieren alimentarse de ecotipos de
Arabidopsis que expresan ESP funcional
FUNCIONES DE LOS GLUCOSINOLATOS
*Defensa
disuasores (repelentes microorganismos e
insectos)
tóxicos (isotiocianatos)
*Atrayentes para especialistas
alimentación
puesta de huevos
*En humanos, asociados a prevención cáncer
Transformación
de la colza para
obtener plantas
productoras de
semillas con bajo
contenido en
glucosinolatos,
lo cual las hace
más apetecibles
para el ganado
Catharanthus
roseus
(vinca de
Madagascar)
Triptófano
descarboxilasa
Trp
Trp
descarboxilasa
Triptamina
Glucosinolatos
Brassica
napus
(colza)
AMINOÁCIDOS NO
PROTEICOS
*a.a. naturales que no forman parte de
proteínas
*Algunos (homoserina, ornitina)
primarios
*La mayoría secundarios
*Función: DEFENSA
-tóxicos (animales, plantas,
microorganismos)
-disuasores (insectos)
AMINOÁCIDOS NO
PROTEICOS
ÁCIDO PIPECÓLICO Y DERIVADOS
ÁCIDO PIPECÓLICO
En semillas de Acacia prosopis
MIMOSINA
Mimosa pudica
AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS
*Efectos:
-bloqueo síntesis de proteínas
-síntesis proteína anómala o no
funcional
-represión enzimas biosintéticas
*Las plantas que lo contienen y
herbívoros especialistas necesitan
sistema autodefensa
-Canavalia ensiformis tiene
mucha canavanina en semillas
-Tiene arginil-ARNt-sintasa que
discrimina entre canavanina y Arg
Canavalia ensiformis
Herbívoros especialistas en plantas con
aminoácidos no proteicos
Caryedes brasiliensis
Dioclea megacarpa
INHIBIDORES DE PROTEASAS
INHIBIDORES DE PROTEASAS EN LA
DEFENSA FRENTE A HERBÍVOROS
defenseless
Buchanan et al, Figura 21. 52
OTROS COMPUESTOS CON NITRÓGENO
RIP (¿Requiescat In Pacem?)
Ribosome-Inactivating Protein
•Ricina (de Ricinus comunis)
•Abrina (Abrus precatorius)
•Mormodina II (Mormodica
balsamina)
•α
α-Lufina (Luffa cylindrica)
•Briodina 1 (Bryonica dioica)
Buchanan et al, Box 9.3