I METABOLITI SECONDARI

Presentazione sul tema: "I METABOLITI SECONDARI"— Transcript della presentazione:

1 I METABOLITI SECONDARI
DELLE PIANTE

2 A. Kossel (1891) Il metabolismo di base (primario) comprende tutte le vie necessarie per la sopravvivenza delle cellule. I prodotti del metabolismo secondario sono sostanze spesso presenti solo in alcuni tipi di cellule specializzate e differenziate e non sono necessarie per le cellule stesse, ma sono utili alla pianta nel suo insieme

3 Conferenza dell’ONU sull’ambiente
Interesse per i metaboliti secondari - sostanze aromatiche - coloranti - sostanze di interesse farmacologico e nutraceutico BIODIVERSITA’ Angiosperme più di specie note > composti noti Conferenza dell’ONU sull’ambiente Rio de Janeiro 1992 Convenzione sulla Diversità Biologica Uso sostenibile: utilizzo di elementi della biodiversità in modi e tempi tali da non portare al depauperamento della biodiversità

4 Ruolo dei metaboliti secondari nelle piante

5 DIFESA Strategia della pianta
- Induzione di molecole di difesa come risposta all’attacco di patogeni o erbivori (fitoalessine) - Pro-tossine innocue attivate da un enzima innescato a seguito di un attacco - Accumulo di prodotti di difesa costitutivi

6 Pianta - Erbivoro produzione di sostanze deterrenti alimentari
(tannini; sostanze tossiche) produzione di sostanze che mimano ormoni animali (steroli prodotti dalla pianta mimano l’ormone della muta) produzione di composti che attraggono i predatori degli erbivori

7 saponina prodotta nelle radici dell’avena (difesa dai funghi) glucosinolati

8 glucosidi cianogenici

9 1,4,5 trinitronaftalene glucoside
Pianta - Pianta ALLELOPATIA mutua influenza tra pianta attraverso la secrezione di particolari sostanze Piante di pomodoro si ammalano e muoiono se piantate nelle vicinanze di un albero di noce. L’area di tossicità è data dall’ampiezza della chioma dell’albero molecola glicosilata che, una volta idrolizzata e ossidata, nel suolo diventa una potente tossina protossina 1,4,5 trinitronaftalene glucoside H2O OX O juglone

10 Tre gruppi principali:
Terpeni Composti fenolici Alcaloidi

11 clorofilla + CO2 + luce carboidrati ciclo dei pentosi acido fosfoenolpiruvico acido piruvico acido scichimico ALCALOIDI Acetil CoenzimaA amminoacidi aromatici acidi tricarbossilici amminoacidi acidi cinnamici Malonil CoenzimaA acido mevalonico FENILPROPANOIDI COMPOSTI FENOLICI TERPENOIDI CAROTENOIDI STEROIDI FLAVONOIDI

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13 Isolati la prima volta dalla terpentin
TERPENI circa composti noti Wallach (1910) Regola dell’isoprene I terpeni possono essere ipoteticamente costruiti da unità ripetute di molecole di isoprene Isolati la prima volta dalla terpentin (trementina)

14 TUTTI I TERPENOIDI DERIVANO DA UN LEGAME
RIPETITIVO DI UNA UNITA’ A 5 ATOMI DI CABONIO RAMIFICATA BASATA SULLA STRUTTURA DELL’ISOPENTANO

15 Il precursore biologico di tutti i terpeni è l’isopentenil-difosfato
sintetizzato o dall’ACIDO MEVALONICO (citosol ER) o dalla gliceraldeide fosfato/piruvato (plastidi) a. mevalonico Via dell’acido mevalonico acido 3,5-diidrossi-3-metilpentanoico HGM-CoA REDUTTASI NEGLI ANIMALI REGOLA LA BIOSINTESI Del COLESTEROLO NELLE PIANTE INDUCIBILE DA PATOGENI

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17 Vie di Biosintesi dei terpeni
ER cyt plastidi

18 PRENIL TRANSFERASI: determinano l’allungamento della catena:
producono geranil pirofosfato (GPP; C10), Farnesil pirofosfato ( FPP; C15), geranilgeranilpirofosfato (GGPP; C20) TERPENE SINTASI: modificano i prodotti delle prenil transferasi (ciclizzazioni) producendo una gran varietà di terpeni. (Monoterpene sintasi, sesquiterpene sintasi, diterpene sintasi) La prenil transferasi più studiata è la Farnesil pirofosfato sintasi umana: biosintesi del colesterolo

19 SINTESI DEI TERPENI DALL’UNITA’ BASE IPP
C5 C10 C15 C20 C30 C40

20 monoterpeni C10 diterpeni C20 plastidi tetraterpeni C40
sesquiterpeni C15 triterpeni C30 plastidi citosol ER Tricomi ghiandolari presenti sulla superficie fogliare accumulano e secernono i terpeni (menta, timo , limone)

21 MONOTERPENI C10 DMAPP + IPP GPP attrazione impollinatori
SOSTANZE VOLATILI attrazione impollinatori repellenti insetti Geranil-PP carvone aroma spearmint aroma peppermint deterrente alimentare per erbivori allelopatica

22 MONOTERPENE SINTASI LIMONENE SINTASI Catalizza la più semplice delle reazioni di ciclizzazione dei terpenoidi e serve come modello per questo tipo di reazioni

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24 I pineni sono tra i più comuni monoterpeni e sono i principali componenti
della trementina prodotta da pini e abeti: sono tossici per funghi ed insetti Attacco di coleotteri al tronco di un pino

25 Monoterpeni Insetticidi: pinene piretrina Attraenti per impollinatori:
Linalolo, cineolo Deterrenti fogliari: canfora, cineolo

26 SESQUITERPENI C15 GPP + IPP FPP Farnesil-PP usato come
anti-infiammatorio lattoni sesquiterpenici (cicoria, carciofo, indivia, etc.) deterrenti alimentari (gusto amaro) usati per aromatizzare gli amari elanina ARNICA

27 Le sesquiterpene sintasi producono diverse fitoalessine
Fitoalessina tabacco Fitoalessina ricino Fitoalessina patate

28 DITERPENI C20 FPP + IPP GGPP Geranilgeranil-PP acido abietico (ambra)

29 Diterpene sintasi 2 diversi meccanismi di ciclizzazione
Fitoalessina ricino Fitoalessina del ricino Precursore taxolo Acido abietico: componente resina conifere ambra

30 TRITERTERPENI C30 FPP + FPP SQUALENE sitosterolo saponine squalene
giunzione testa-testa squalene lupeolo saponine sostanze glicosilate tossiche prodotte dalle radici e dai fusti di molte specie sitosterolo

31 Strutture di triterpeni
Derivano tutte dallo squalene, generano regolatori di crescita (brassinosteroidi) e composti delle cere di superficie SQUALENE e fitosteroli si trova nelle cere dei frutti

32 isolati da felci: steroidi vegetali simili agli ormoni della muta
Limonoidi:Triterpeni responsabili del sapore amaro nei limoni; deterrenti per gli ebivori; azadiractina potente deterrente per gli insetti, scarsamente tossico per i mammiferi: insetticida venduto in Africa e Asia isolati da felci: steroidi vegetali simili agli ormoni della muta degli insetti, se ingeriti dagli insetti interferiscono con il processo di muta

33 TETRATERPENI C40 Prodotti dall’unione testa –testa
di due molecole di GGP a formare il fitoene Fitoene sintasi: meccanismo simile alla squalene sintasi FITOENE: Desaturazioni Ciclizzazioni CAROTENOIDI

34 Modificazioni degli scheletri base come ossidazioni,
riduzioni, isomerizzazioni, coniugazioni, producono migliaia di differenti terpenoidi con svariate attività biologiche nelle piante e negli animali Componenti dell’olio essenziale della menta derivati da modificazioni del limonene menta romana menta piperita

35 generano migliaia di composti di interesse biologico e farmaceutico
Reazioni simili a quelle responsabili della produzione di oli essenziali generano migliaia di composti di interesse biologico e farmaceutico

36 COMPOSTI FENOLICI

37 Ruolo strutturale e adattativo
Colonizzazione delle piante degli ambienti terrestri: necessità di sostegno meccanico ed impermeabilizzazione PARETE CELLULARE LIGNINA COMPOSTI FENOLICI Ruolo strutturale e adattativo

38 Funzioni dei composti fenolici
difesa contro erbivori e patogeni supporto meccanico (lignina) attrazione impollinatori assorbimento radiazioni UV dannose sostanze allelopatiche

39 (sono composti fenolici anche i derivati degli acidi benzoici C6C1)
LA MAGGIOR PARTE DEI COMPOSTI FENOLICI DERIVA DALLA VIA DEL FENILPROPANOIDE C6C3 O DEL FENILPROPANOIDE –ACETATO C6C3-C3 (sono composti fenolici anche i derivati degli acidi benzoici C6C1)

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41 Acido scichimico Malonil-CoA Composti fenolici semplici Flavonoidi
Eritroso 4-P (dalla via dei pentosi fosfati) Fosfoenolpiruvato (dalla glicolisi) Acido scichimico Acetil-CoA pep Malonil-CoA fenilalanina Acido gallico Acido cinnamico Tannini idrolizzabili C6 C3 C6 C1 C6 C3 C6 Composti fenolici semplici Flavonoidi C6 C3 C6 C6 C3 lignina n n Tannini condensati

42 Via dell’acido scichimico o degli aminoacidi aromatici

43 Fenil alanina ammoniaca liasi (pal)

44 LA LIGNINA SI FORMA A PARTIRE DA 3 DIFFERENTI
ALCOLI FENILPROPANOIDI: CONIFERILICO, CUMARILICO E SINAPILICO I QUALI SI FORMANO DALLA FENILALANINA ATTRAVERSO DIVERSI DERIVATI

45 Le vie biochimiche che portano alla biosintesi delle
varie classi di composti fenolici hanno molte caratteristiche comuni L’ enzima PAL: Fenilalanina ammonioliasi è l’enzima centrale nella sintesi dei composti fenolici

46 C6-C1

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48 Derivati dell’acido benzoico C6C1

49 Composti fenolici semplici C6C3

50 Flavonoidi C6C3-C6 C6C3-C6

51 TAL PAL