Obiettivi formativi: Il corso mira a fornire un quadro d’insieme delle sostanze naturali bioattive del metabolismo secondario di piante e microrganismi fondato sulla classificazione biogenetica. Stimola a riconoscere alcune caratteristiche degli scheletri molecolari e a stabilire relazioni tra la struttura e l’attività biologica. Insegna ad applicare le conoscenze acquisite per prevedere l’origine biogenetica di composti naturali. Chimica delle sostanze organiche naturali (a.a )

Contenuti o programma sintetico: Dopo una breve introduzione sulle metodologie utilizzate per lo studio delle sostanze naturali, verranno presentate le principali vie del metabolismo secondario e le loro relazioni con quello primario. In particolare verranno presentate la via biogenetica dell’acetato (acidi grassi e polichetidi), dello shikimato (amminoacidi aromatici e fenilpropanoidi), del mevalonato (terpenoidi e steroidi) e del metabolismo degli amminoacidi (alcaloidi). Per molti dei composti presentati verrà discusso il loro ruolo biologico quali antibiotici, fungicidi, fitotossine, micotossine, fitoalessine ecc. e i loro aspetti applicativi ad esempio in ambito farmacologico, tossicologico e agrario.

Modalità di accertamento del profitto: Colloquio Chimica delle sostanze organiche naturali (a.a ) Bibliografia: Paul M. Dewick “Chimica, Biosintesi e Bioattività delle Sostanze Naturali, Edizione italiana a cura del Prof. E. Fattorusso, PICCININ, 2001 Appunti delle lezioni

I sottili fili della natura Concetto portante delle teorie sulla natura cibernetica degli ecosistemi

Metabolismo Vie metaboliche primarie Presenti in tutti gli organismi secondarie Specifici di determinate specie e/o di fasi del loro sviluppo

“E. P. Odum” Gli ecosistemi sono ricchi di reti di informazioni, flussi di comunicazioni fisiche e chimiche che mettono in connessione tutte le parti e pilotano o regolano tutto il sistema come un tutt’uno. In un agrosistema, popolato da piante, insetti e microrganismi, tali flussi di informazioni sono in gran parte di carattere chimico: i semiochimici

Metaboliti secondari Semiochimiciferomoniallelochimici

“Semiochimici” Sostanze chimiche portatrici di informazioni, che mediano interazioni tra organismi viventi

Ferormoni e allelochimici Ferormoni: sostanze coinvolte nella comunicazione tra individui della stessa specie Allelochimici: sostanze che mediano l’interazione tra individui di specie diverse

Metaboliti secondari, perché? Ambiti di applicazione Farmacologia Industria Alimentare CosmesiAgrario Erbicidi Anticrittogamici Insetticidi Miglioramento genetico

LE PIU’ IMPORTANTI CLASSI DI PRODOTTI NATURALI ACIDI GRASSI E POLICHETIDI  Acidi grassi saturi, insaturi, ramificati e acetilenici Sostanze di riserva energetica degli organismi; prodotti per uso commerciale utilizzati negli alimenti, nei cosmetici  Prostaglandine, Attività farmacologica  Polichetidi aromatici Polifenoli e flavanoidi di diversa natura: Aflatossine (micotossine da Aspergillus spp.), Antracicline (da Spreptomyces spp. Farmaci antitumorali), Antibiotici macrolidi

TERPENOIDI E STEROLI  Emiterpeni Olii essenziali delle piante; Principi attivi di erbe medicinali; Monoterpeni; Aromi alimentari  Diterpeni, Sesquiterpeni, Triterpeni, Terpenoidi superiori Tossine: fitotossine  Steroidi, Fitosteroidi Steroidi: ormoni animali e vegetali; farmaci steroidei

AMMINOACIDI AROMATICI E FENILPROPANOIDI  Aminoacidi aromatici Fenialanina e tirosina  Acidi cinnamici Acido caffeico, ferulico, sinapico e clorogenico  Lignani e lignina Materiale di rinforzo delle cellule vegetali fungendo da matrici per le microfibrille di cellulosa  Cumarine, Flavonoidi e Flavanollignani Metaboliti essenziali nel mondo vegetale, sono polifenoli con la spiccata caratteristica di catturare i radicali Isoflavonoidi liberi; colori ed aromi delle piante

PEPTIDI, PROTEINE ED ALTRI DERIVATI AMMINOACIDICI  Peptidi e proteine Importanti proprietà fisiologiche: funzione strutturale nei tessuti; enzimi; tossine delle piante e microrganismi;

CARBOIDRATI  Monosaccaridi, oligosaccaridi, Polisaccaridi Riserva alimentare; sostegno strutturale delle pareti cellulari di piante, animali e microrganismi  Aminozuccheri Molti metaboliti bioattivi possiedono una porzione saccaridica  Amminoglicosidi Farmaci antibiotici (amminoglicosidi)

ALCALOIDI  Alcaloidi derivati dell’ornitina, Farmaci: analgesici, narcotici, anastetici, antiamebici  Alcaloidi derivati della lisina Veleni (curaro) ed antidoti  Alcaloidi derivati dell’acido nicotinico, Vitamine, componenti del tabacco  Alcaloidi derivati della tirosina Antitumorali; medicina antimalarica (chinina), antidolorifici  Alcaloidi derivati del triptofano, dell’acido antranilico, dell’istidina, alcaloidi derivati da reazioni di amminazione, alcaloidi purinici

I mattoni biosintetici

Alchilazioni

Addizioni

Condensazione aldolica e di Claisen

Carbossilazione

Reazione di Claisen del malonato acilato e decarbossilazione- beta ossidazione

Formazione delle immine e reazione di Mannich

Decarbossilazione di amminoacidi

Decarbossilazione di beta chetoacidi

Reazioni di ossidoriduzione Deidrogenasi NAD-NADP

Deidrogenasi FAD-FMN

FAD-FADH

Monoossigenasi di Baeyer-Villiger

Accoppiamento ossidativo

Glicosilazione