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COMPUESTOS FENÓLICOS – VÍA DEL ÁCIDO SHIQUÍMICO
Los vegetales acumulan compuestos fenólicos como parte de su adaptación evolutiva a la
tierra. Dichos compuestos cumplen diversas funciones:



Función estructural a nivel de pared celular.
Moléculas de defensa.
Pigmentos y aromatizantes de flores.
Cerca del 40% de los compuestos fenólicos derivan principalmente del metabolismo
fenilpropanoide y fenilpropanoide-acetato. No puede usarse una especie vegetal única para
ilustrar la extraordinaria diversidad de metabolitos secundarios que existen en el reino vegetal
ya que estos no son generales a todas las especies.
Los compuestos fenólicos pueden clasificarse de acuerdo a su esqueleto básico en:
Clasificación de los compuestos fenólicos
según su grado de complejidad
C6
Fenoles simples
C6-C1
Ácidos Benzoicos y relacionados
C6-C2
Acetofenonas, ácidos fenilacéticos
C6-C3
C6-C3
C6-C3-C6
Fenilpropanoides y relacionados
C6-C1-C6
benzofenonas y estilbenos
C6-C2-C6
xantonas
(C6-C3)n
lignanos, ligninas
Cumarinas y relacionados
Flavonoides y derivados
La vía del ácido shiquímico es el principal camino biosintético de compuestos aromáticos.
Esta secuencia metabólica convierte los metabolitos primarios fosfoenolpiruvato (PEP) y
eritrosa-4-fosfato (E4P) hasta corismato, el precursor común para los tres aminoacidos
aromáticos: fenilalanina, tirosina y triptofano y para los ácidos p-aminobenzoico y phidroxibenzoico. Estos no son sólo precursores de proteínas sino también precursores para
derivados fenilpropanoides e indólicos.
Este camino se encontró en bacterias, hongos y plantas. En animales monogástricos la
fenilalanina y el triptofano son aminoácidos esenciales y se incorporan con la dieta y la
tirosina deriva directamente de la fenilalanina. En las plantas superiores los aminoácidos
aromáticos son los precursores de una gran variedad de metabolitos secundarios (MS) que
representan aproximadamente el 60% de la masa seca de la planta.
En las plantas esta vía metabólica tiene lugar en dos compartimientos:
 Plástidos: responsable de la biosíntesis de aminoácidos aromáticos.
 Citosólico: responsable de la producción de corismato para la síntesis de metabolitos
secundarios.
Las mitocondrias pueden sintetizar proteínas mediante el ingreso de aminoácidos a través de
transportadores.
Descripción de la vía
Existen siete enzimas involucradas en la vía desde PEP y E4P hasta ácido corismico,
siendo las más importantes la primera y la sexta; a continuación se describen las enzimas y su
reacciones.
Primera enzima: 3-deoxi D arabinoheptulosonato-7-fosfato sintetasa (DAHPS) es la que
controla el flujo de carbono en la vía. Cataliza la condensación de la E4P (proveniente de la vía
de las pentosas) con PEP (proveniente de la glicólisis) para generar 3-deoxi-D-arabinoheptulosonato-7-fosfato (DAHP). Se trata de una metaloenzima dependiente de Mn+2 y Co+2. En
las plantas los aminoácidos aromáticos no son considerados primariamente como destinados a la
biosíntesis de proteínas sino como intermediarios en la biosíntesis de MS, lo s cu a le s regularán
la actividad de esta enzima, por lo que esta enzima no es controlada por retroinhibición de los
aminoácidos aromáticos. Es una enzima histerética (es decir que sufre cambios muy lentos en sus
propiedades cinéticas después de la adición o remoción de determinados ligandos). Es activada
por Triptofano y Tirosina, e inhibida por arogenato (un intermediario pos-corismato de la
biosíntesis de Fenilalanina y Tirosina).
Segunda enzima: 3-dehidroquinato sintasa. Cataliza la desfosforilación e isomerización del DAHP hasta
3-dehidroquinato. Es también una metaloenzima dependiente de Co+2 y utiliza NAD+ como
coenzima.
Tercera y cuarta enzima: 3-dehidroquinato dehidratasa y shiquimato deshidrogenasa. Catalizan la
deshidratación del 3-dehidroquinato hasta dehidroshiquimato y la reducción de éste hasta shiquimato. Hay
evidencias de que las dos actividades están presentes en un solo polipéptido (enzima bifuncional).
Quinta enzima: Shiquimato quinasa. Cataliza la fosforilación del shiquimato hasta shiquimato-3fosfato con gasto de ATP. Presenta inhibición por los productos de la reacción (shiquimato -3fosfato y ADP), así como modulación por luz en organelas aisladas.
Sexta enzima: 5-enolpiruvil-shiquimato-3- fosfato sintetasa (EPSP sintasa). Es la que cataliza la
transformación de shiquimato-3-fostato en 5-enolpiruvil-shiquimato-3- fosfato ( E P S P ) , q u e es
el blanco de un herbicida como el glifosato (N-fosfonometilglicina, análogo del PEP) y por lo
tanto al bloquearla se bloquea la biosíntesis de aminoácidos aromáticos, de proteínas y
compuestos fenólicos, con lo que cesa el crecimiento y acontece la muerte del vegetal. Por
supuesto, como esta enzima está ausente en mamíferos el glifosato tiene baja toxicidad para los
animales. Esta enzima está localizada principalmente en cloroplastos y es sintetizada como un
precursor en el citoplasma. La inhibición por glifosato es competitiva respecto al PEP y nocompetitiva con respecto al shiquimato-3- fosfato. Existen especies donde esta enzima ha sufrido
una mutación puntual conservativa de un residuo de glicina por uno de alanina, lo que la hace
insensible al glifosato.
Séptima enzima: Corismato sintetasa. Cataliza la 1,4 trans eliminación de fosfato (del EPSP)
para producir corismato. Esta reacción es inusual ya que requiere como FMNH2 típicamente
asociado a reacciones redox.
La vía del ácido shiquímico – detalle de reacciones
Inhibición de la ESPS sintasa por acción del glifosato
El corismato es el producto final de la vía. El corismato es el metabolito común a dos rutas
metabólicas conducentes a los aminoácidos aromáticos, conocidas como:
 Vía del arogenato: para síntesis de Fenilalanina y Tirosina.
 Vía del antranilato: para síntesis de Triptofano.
Vía del arogenato
La Corismato mutasa (CM) es la enzima encargada del reordenamiento de la cadena
lateral enolpiruvil del corismato para producir prefenato, y es la enzima clave de la biosíntesis
de fenilalanina y tirosina.
Detalle de las reacciones de la vía del arogenato
En algunas plantas superiores, esta actividad existe en dos isoformas, CM1 y CM2. CM1
tiene una localización plastídica y un comportamiento alostérico. Es retroinhibida por los
productos finales (fenilalanina y tirosina) y es activada por triptofano (producto de la otra
rama del metabolismo). Además el triptofano es capaz de revertir la inhibición por
fenilalanina y tirosina. Este esquema sirve para regular el flujo por competencia entre las dos
vías (arogenato y antranilato), incrementando la síntesis de fenilalanina y tirosina cuando hay
mucho triptofano, y suprimiendo la síntesis de fenilalanina y tirosina cuando el suministro de
estos aminoácidos es el adecuado.
Control alostérico de CM1
Respecto a CM2, su actividad no está regulada por ningún aminoácido aromático, es
citosólica y la proteína codificada por el ADNc en tomate (Lycopersicum esculentum) y
Arabidopsis thaliana pierde la secuencia N-terminal que la dirige al plástido. Teniendo en
cuenta estos datos CM2 puede no estar involucrada en la biosíntesis de aminoácidos, su KM
para corismato es más bajo que el de CM1.
La prefenato aminotransferasa, cataliza la formación de arogenato a partir de prefenato, es
una enzima estable al calor que utiliza glutamato y aspartato como dadores de grupos aminos.
No está regulada por retroinhibición.
La arogenato deshidrogenasa cataliza la conversión de conversión de ácido arogénico a
tirosina. Esta enzima dependiente de NADP+ es fuertemente inhibida por tirosina, por lo que
es una enzima clave.
La arogenato deshidratasa, enzima que cataliza la transformación de arogenato en
fenilalanina es inhibida por fenilalanina y activada por tirosina.
Regulación enzimática
Las enzimas que intervienen en la biosíntesis de aminoácidos aromáticos en plantas son
reguladas por señales ambientales vinculadas al estrés, tales como:
 Lesiones: esto está muy bien estudiado en papa (Solanum tuberosum), donde las lesiones a
nivel del tubérculo producen incremento en el ARNm codificante de DAHP sintetasa, cuya
actividad se incrementa. Hay también co-inducción con otras enzimas de la vía, tales como
shiquimato quinasa, EPSP sintetasa, corismato sintetasa y la enzima PAL (Fenilalanina amonio
liasa).
Infecciones con patógenos bacterianos o fúngicos: en Arabidopsis thaliana se ha comprobado
que la infección foliar con microorganismos fitopatógenos produce un incremento en los niveles
de enzimas como la antranilato sintasa, y las α y β triptófano sintasas, responsables de la síntesis
de triptofano (vía antranilato), precursor de la fitoalexina “camalexina”, de estructura indolica, que
presenta fuerte absorción al UV.
Vía del antranilato – detalle de reacciones
Biosíntesis fenilpropanoide
Los compuestos fenólicos fenilpropanoides derivan principalmente de la fenilalanina o de
la tirosina.
La primera enzima en el metabolismo fenilpropanoide es la Fenilalanina Amonio Liasa
(PAL), que cataliza la eliminación del grupo amino de la fenilalanina para dar ácido transcinámico, un intermediario clave en este metabolismo. También puede usar la tirosina como
sustrato, actividad conocida como Tirosina Amonio Liasa (TAL), lo que genera ácido-p-cumárico.
En la mayoría de las plantas vasculares la fenilalanina es el sustrato preferencial pero en las
monocotiledóneas puede usar fenilalanina y Tirosina.
Reacciones catalizadas por actividades PAL y TAL
El grupo amino es eliminado como amonio y este es recapturado dentro de la planta. Una
ruta posible para recapturar el amonio es mediante la acción de la glutamina sintetasa ( GS) y
la glutamato sintetasa (GOGAT). Una vez asimilado en glutamato el grupo amino puede ser
donado al prefenato, dando arogenato, un precursor de la fenilalanina y tirosina. Con este proceso
ciclico del nitrógeno se asegura un suministro constante de aminoacidos aromáticos de los cuales
derivan los compuestos fenólicos en las plantas. La incorporación de amonio en aminoácidos
puede ser realizada por la via de las pentosas fosfato, aún en plástidos no fotosintéticos.
Reciclado del amonio – detalle de reacciones
PAL es una familia de isoenzimas o complejo s multienzimáticos que no requieren
cofactor para actuar. Se puede regular en sus niveles (inducción genética) o bien en su
actividad.
Inducción genética: el mRNA de la PAL aumenta por estrés abiótico, lesiones, elicitores
fúngicos, radiación UV y ataque por patógenos.
Control sobre la actividad: la actividad de la PAL está regulada por el sistema
Ferredoxina-tioredoxina en los cloroplastos. El estimulo básico regulador es la luz. La
acción de la luz se efectúa a nivel del Fotosistema I. El flujo de electrones ocasionado por
la luz llega hasta la ferredoxina soluble. Por acción de la enzima FerredoxinaTiorredoxina reductasa, el electrón de la ferredoxina es utilizado para reducir a la
tiorredoxina. La tiorredoxina contiene un residuo de cistina que se reduce reversiblemente
generando los correspondientes residuos de cisteína (con g rupos sulfhidrilo reducidos).
Finalmente esta puede reducir a la PAL, cuya forma reducida es activa. En la oscuridad
esta enzima se desactiva por un oxidante como el glutatión oxidado o el ácido
dehidroascorbico.
Ácidos fenilpropanoides
Son ácidos carboxílicos derivados fenilpropanoides con estructura C6-C3. La biosíntesis
implica formación de un tioéster de la Coenzima A a partir de ácido cinámico. Los más comunes
son el ácido cafeico, el ácido ferúlico y el ácido sinápico.
La ruta biosíntética de los mismos involucra:
1.- Hidroxilación aromática: involucra tres conversiones a nivel de microsomas:
Cinamato 4- hidroxilasa: El ácido cinámico es hidroxilado
por la cinamato 4
hidroxilasa (C4H) para formar ácido 4-hidroxicinamico o ácido-p-cumarico. Esta enzima es una
monooxigenasa ligada al citocromo P-450, dependiente de NADPH, que requiere también
oxigeno, por lo que actúa como una oxidasa de función mixta, pues oxida dos sustratos (NADPH
y ácido cinámico) y reduce uno (el O2).
Cumarato 3-hidroxilasa: El ácido cinámico puede ser hidroxilado en posición 3 para dar ácido
cafeico. Este paso es catalizado por la Cumarato-3-hidroxilasa. Esta enzima es una fenolasa con
alta especificidad hacia el p-cumarato.
Ferulato 5- hidroxilasa: El ácido ferulico puede ser hidroxilado por la ferulato 5- hidroxilasa
(F5H) para formar ácido-5-hidroxiferulico. La F5H es también una oxidasa de función mixta. El
grupo 5 hidroxilo del ácido 5-hidroxiferulico puede ser metilado por una O-metil transferasa
(OMT) para producir ácido sinapico. La F5H a sido implicada en las diferencias en composición
en ligninas entre angiospermas y gimnospermas.
Los derivados hidroxilados del ácido cinámico
(ácidos 4-hidroxicumarico, cafeico,
ferulico, sinapico) son transformados a un segundo nivel de intermediarios claves por 4
mecanismos: elongación de la cadena y substitución, elongación de la cadena y ciclización,
acortamiento de la cadena, reducción.
Este segundo nivel de intermediarios sufre un mayor grado de diversificación por
reacciones especificas de: hidroxilación, O-metilación, Deshidrogenación, Fenol- oxidación,
esterificación, glicosilación.
2.- O-metilaciones: Las OMT actúan sobre ácidos libres o esteres de CoA, metilan los grupos
HO meta pero no en posición para. La enzima cataliza esta transformación usando Sadenosilmetionina (Ado-Met) como un cofactor que cede grupos metilo.
Monolignoles
Son alcoholes derivados de los ácidos fenilpropanoides, que se biosintetizan a partir de
los ácidos cinámicos. Los más importantes son el alcohol sinapílico, el alcohol coniferílico y el
alcohol-p-cumarílico.
La biosíntesis de estos implica una reducción de los tio-esteres de ácidos fenilpropanoides
con la coenzima A inicialmente a aldehídos y finalmente en los alcoholes correspondientes.
La conversión de los ácidos fenilpropanoides en alcoholes requiere por lo tanto de la
participación de la siguientes enzimas:
4-Cumarato CoA ligasa (4CL): es una enzima cuya actividad depende del ATP. El p-cumarato
se une a la Coenzima A para formar un precursor tioester activado, p-cumaril-CoA a traves de la
acción de la 4CL. El p- cumaril-CoA es el precursor para la síntesis de flavonoides, estilbenos y
otros fenilpropanoides, así como del monolignol alcohol p- cumarilico. La 4CL cataliza la
formación de tioesteres CoA de ácidos cinámicos en la biosintesis de una gran variedad de
derivados fenólicos, incluyendo taninos condensados, ácidos benzoico, flavonoides y alcoholes
cinamilicos.
Cinamil - Coenzima A reductasa (CCR): Esta enzima cataliza la reducción de los tioesteres
hidroxicinamil-CoA a sus correspondientes aldehidos. La CCR no exhibe mucha especificidad de
sustrato pudiendo actuar sobre cualquiera de los tioesteres hidroxicinamil-CoA. Se considera que
juega un rol clave y regulatorio en la biosíntesis de lignina por cuanto cataliza el primer paso en la
producción de monolignoles desde los metabolitos fenilpropanoides.
Cinamil Alcohol deshidrogenasa (CAD): cataliza la reducción de hidroxicinamilaldehidos a
hidroxicinamil
alcoholes. Las preparaciones de CAD de angiospermas muestran igual
actividad sobre coniferilaldehido que sobre sinapilaldehido, mientras que preparaciones de
CAD de angiospermas son generalmente más activas sobre coniferilaldehido. Esta reducción tiene
lugar en el aparato de golgi o en el reticulo endoplasmatico.
Glicosilación, almacenamiento y transporte de Monolignoles
Los monolignoles, alcohol p-hidroxicinamilico, coniferilico y sinapilico son
relativamente tóxicos e inestables. Una reacción de glicosilacion sobre el grupo hidroxilo
fenólico, realizada por la UDP-glucosa-coniferil alcohol glucosil transferasa, forma los glucosidos
monolignoles. Estos glucosidos se acumulan en algunas especies de plantas especialmente en
coniferas (esto no sucede en las angiospermas). Son almacenados en las vacuolas y
transportados desde la vacuola a la pared celular durante la diferenciación del xilema. El
mecanismo de este transporte es poco conocido así como cuales son los factores que lo regulan.
Por estudios ultraestructurales se han detectado vesículas que transitan entre el citosol y el
plasmalema en traqueidas en diferenciación. En la pared celular tiene lugar la polimerización.
Lignanos y neoligananos
Los monolignoles son principalmente convertidos en dos diferentes clases de metabolitos
vegetales: lignanos y ligninas. La mayor parte del flujo metabólico de la vía de los
fenilpropanoides está dirigido a la producción de las ligninas, que son constituyentes estructurales
de la pared celular vegetal. Los radicales libres participan en las reacciones que producen tanto
lignanos como ligninas, así como también aquellos polímeros vegetales de los tejidos
suberinizados.
Los lignanos resultan del ligamiento de 2 unidades derivadas de fenilpropanos (unión 88’). Los lignanos utilizan alcohol coniferílico predominantemente, solo o con otros
monolignoles. Se forman por acoplamiento estereoselectivo de dos moléculas de alcohol
coniferílico. Los lignanos se encuentran en la madera de las gimnospermas y en todos los
tejidos en las angiospermas. La reacción es regio y estereoselectiva, y el mecanismo involucra
radicales libres. El ejemplo más estudiado es la biosíntesis de (+)-pinoresinol en Forsythia
intermedia, que involucra oxidación del sustrato por acción de una lacasa que forma los radicales
libres, que son orientados de modo vectorial por una proteína dirigente que impide acoplamientos
al azar. La primera demostración del acoplamiento fue la síntesis in vitro del (+) pinoresinol: Una
lacasa cataliza la formación d el correspondiente radical libre y una proteína dirigente o guía
orienta al sustrato radical libre para evitar un acoplamiento al azar, favoreciendo solo la formación
de acoplamiento 8-8'. La forma óptica (+) o (-) varía con la especie vegetal en cuestión. El
pinoresinol puede ser enantioespecificamente convertido en lariciresinol y secoisalariciresinol,
seguido por deshidrogenación para dar matairesinol. Este último es el presunto precursor del ácido
plicatico, que se deposita formando el “corazón rojo” de ciertos árboles, tales como Thuja plicata
(cedro rojo), así como de la podophylotoxina en Podophyllum hexandrum y P.peltatum.
Podophylotoxina es usada para tratar condilomas acuminados típicos de enfermedades venereas,
mientras su derivado semisíntetico, tenipósido es usado para el tratamiento del cancer. La
Podophylotoxina es también un antineoplasico, ya que actúa a nivel de los microtúbulos,
inhibiendo la polimerización de la tubulina y frenando la división celular al comienzo de la
metafase. El pinoresinol es también precursor y de moléculas de importante aplicación
agroalimeticia, como la sesamina (antioxidante que previene el enranciamiento del aceite de las
semillas de sésamo durante su almacenamiento).
Biosíntesis de (+) pinoresinol en Forsythia intermedia - Proceso enantioselectivo
Conversión de (+) pinoresinol en otros liganos
Lignanos con uniones 8-8’
Los neolignanos son dimeros de fenilpropanoides o alilfenoles (isoeugenol) unidos por
cualquier otro tipo de enlace (por ej. 8-1’, 8-3’, 3-3’, 8-4’). Algunos neolignanos tienen acción
antirreumatica, antialergicos, inhibidores del factor de agregación plaquetaria (Ginkgo). Estos
neolignanos inhiben la desgranulación de los neutrófilos. Recientemente autores japoneses han
postulado que el di-O-D-D glucósido del siringoresinol podría ser el responsable de la actividad
atribuida al Ginseng siberiano, ya que sus raíces se usan como adaptógenos (aumentan la
resistencia al stress). El Silybum marianum (Asteraceae) es usado como hepatoprotector ya que
contiene flavol-lignanos, alcohol fenilpropanoide , alcohol coniferilico, 2-3 dihidroflavonol,
taxifolin.
Los términos lignanos y neolignanos se usan como sinónimos en la actualidad.
Lignina
El termino lignina se refiere a la sustancia no-celulósica incrustante presente en tejidos
leñosos. Luego de la celulosa, las ligninas constituyen los productos orgánicos naturales de mayor
abundancia, llegando a constituir entre el 20 y 30% de todos los tejidos de plantas vasculares. El
depósito de lignina da lugar a la formación de tejidos xilemáticos leñosos en arboles, así como
también el refuerzo de tejidos vasculares en plantas herbáceas y pastos. Confiere a las paredes de
estas estructuras una elevada resistencia a la compresión, factor decisivo para el desarrollo de las
estructuras rígidas de las plantas leñosas a la vez que reduce la permeabilidad de las paredes. Es
un proceso característico de las plantas vasculares, no encontrándose ligninas en
categorías taxonómicas inferiores a la de los helechos ( musgos, algas, hongos y bacterias ).
Al día de hoy no se han descripto métodos de aislamiento de ligninas de formas nativas
que no alteren significativamente la estructura original de los biopolímeros durante la disolución.
A diferencia de los lignanos, las ligninas suelen ser mezclas racémicas (es decir que carecen de
actividad óptica). Las ligninas de gimnospermas derivan principalmente del alcohol coniferílico (y
en menor proporción del alcohol p-cumarílico) y se denominan coniferil o guaiasil-ligninas,
mientras que las ligninas de angiospermas contienen alcoholes coniferílicos y sinapílicos en casi
idénticas proporciones. Las gimnospermas no poseen la enzima ferulato-5-hidroxilasa, por lo que
no sintetizan alcohol sinapílico.
El mecanismo más aceptado para la biosíntesis de las ligninas involucra el transporte de los
monolignoles hasta la pared celular, su oxidación por acción de enzimas tipo peroxidasas y lacasas
hasta radicales libres, y polimerización de los mismos. Se propuso que los precursores fenólicos
son polimerizados en la pared celular por un mecanismo oxidativo involucrando radicales
libres intermediarios. Las enzimas tipo peroxidasas (hemoproteinas dependientes de H2O2 y
Mn2+ ) y
lacasas (oxidasas oxigeno dependientes) fueron propuestas para realizar la
polimerización de los monolignoles en lignina. Las enzimas son capaces de oxidar monolignoles
hasta radicales libres fenoxilos. El H2O2 necesario para este proceso se produce en la pared celular
por oxidación del NAD(P)H, generado por la oxidación del malato con O2 .
Tipos de radicales libres generados a partir del alcohol cinamílico
La lignificación se inicia en la lámina media y las regiones angulares de las paredes
primarias, progresando en sentido centrípeto en las distintas capas de la pared secundaria. El
contenido en lignina del leño oscila entre el 15 y el 35%, es más elevado en la lámina media que
en las paredes secundarias.
Polimerización in vitro de alcohol coniferílico en ligninas
Cuando se realiza la polimerización espontánea (no enzimática) in vitro del alcohol
coniferílico se generan ligninas donde predominan las uniones tipo 8-8’ y 8-5’, lo que sugiere que
dichas uniones serían las de mayor estabilidad, y por lo tanto las de mayor abundancia en las
ligninas naturales, si el proceso fuese solo vía radicalario y espontáneo; sin embargo los resultados
in vivo demuestran que tales uniones son las menos abundantes (llegando a ser trazas en algunos
casos), mientras que predominan las del tipo 8-O-4’. Esto da lugar a hipotetizar el rol de proteínas
dirigentes de los radicales libres que favorecerían ciertas polimerizaciones por sobre otras.
El mecanismo que controla la abundancia relativa de las subunidades p-hidroxifenil,
guaiacil y siringil en la lignina no es bien conocido. Se considera que la especificidad
enzimática es la que determina las proporciones relativas de cada uno de ellos. La
composición en monómeros de lignina varía entre los diferentes tipos de células de una misma
planta y también entre las diferentes regiones de la pared de una única célula, por otra parte hay
diferencias en la composición de monómeros de lignina entre angiospermas y
gimnospermas. El control espacial específico de la composición de monómeros en la pared
celular podría ser determinado por diferencias en las especificidades de sustrato de las
enzimas que actúan en la biosíntesis de monolignoles. La guaiacil-siringil lignina que es típica
en las angiospermas es más fácilmente removida que la guaiacil lignina que es típica de las
coniferas. Las enzimas hidroxilasas son los puntos claves para determinar la abundancia relativa
de los diferentes tipos de monomeros: C3H regula la relación de subunidades p-hidroxifenil a
guaiacil y siringil, y la F5H para regular la relación de subunidades guaiacil a siringil.
Por otra parte se ha sugerido que la canalización de sustratos puede jugar un rol en el
control de las concentraciones intracelulares de intermediarios tóxicos. En gimnospermas las
ligninas están formadas por unidades guaiacil y menor cantidad de p- hidroxifenil, esto se debe
probablemente a que la enzima ferulato 5 hidroxilasa (F5H) está en muy escasa propoción. En
angiospermas en cambio hay unidades guaiacil y siringil. En dicotiledóneas hay guaiacil y
siringil en igual proporción mientras que en monocotiledoneas
hay cantidades
significativas de alcohol p- hidroxicinamico.
La lignificación puede ocurrir en las plantas en respuesta a la infección por patógenos. La
composición de lignina depositada en las márgenes de la lesion (lignina guaiacil y siringil)
difieren de la lignina de los tejidos sanos (lignina guaiacil).
Acido Clorogénico
Es un éster del ácido quínico (un derivado de la vía del ácido shiquímico) y un ácido
fenólico (como el ácido cafeico o el p-cumárico). El ácido clorogénico es abundante en el café a tal
punto que la fracción soluble del café puede contener hasta un 13% en peso del ácido clorogénico.
En papa constituye aproximadamente el 90% del total de compuestos fenólicos presentes en el
tubérculo.
Biosíntesis de ácido clorogénico – detalle de reacciones
La presencia de ácido clorogénico en las plantas está ligada a mecanismos de defensa
tanto de insectos como de fitopatógenos. Su modo de acción exacto no se conoce pero in
vitro se comprobó que daña los cromosomas y después de la oxidación por una fenol oxidasa
puede formar un intermediario o-quinona que puede reaccionar con varios aminoacidos
nutricionalmente esenciales llevando a una disminución de su valor nutritivo y posible formación
de compuestos tóxicos. La luz induce cambios en el contenido de ácido clorogénico, clorofila y
glicoalcaloides de papa.
El ácido clorogénico posee aran actividad depuradora de radicales libres, actividad
ansiolítica y se hipotetiza sobre su posible actividad hipotensora.
Compuestos C6-C1
A partir de los ácidos fenilpropanoides las plantas pueden generar compuestos aromáticos
C6-C1, formando inicialmente el tioéster de la coenzima A del correspondiente ácido, el cual
puede sufrir degradación de la cadena lateral, mediante un proceso enzimático similar a la β
oxidación de los ácidos grasos.
Biosíntesis de compuestos C6-C1 – esquema de reacciones
Acido Salicílico
Es un compuesto C6-C1 cuya biosíntesis se incrementa durante las interacciones plantapatógenos, dado que se halla involucrado en los mecanismos de defensa sistémicos; el proceso
involucra:
123456-
Formación de H2O2.
Lignificación.
Producción de fitoalexinas.
Entrecruzamiento oxidativo de las proteínas de la pared celular.
Peroxidación de lípidos.
Producción de proteínas relacionadas a la patogénesis.
El H2O2 induce la acumulación del ácido benzoico libre y del ácido salicílico debido a que
activa a la benzoico 2-hidroxilasa. Esta enzima cataliza la conversión de ácido benzoico en
ácido salicílico. El ácido salicílico actúa como una señal sistémica.
El ácido salicilico inhibe los niveles de catalasa incrementándose los niveles de
peróxido de hidrógeno e incrementándose la expresión de genes relacionados a la patogénesis.
A su vez el ácido salicílico puede metabolizarse a catecol a través de la enzima salicilato
hidrolasa. Recientemente se ha encontrado que cuando se producen infecciones por patógeno el
ácido salicílico se biosintetiza a partir del corismato vía conversión a isocorismato por una
isocorismato sintetasa. Posteriormente se libera el grupo piruvato por una piruvato liasa para dar
ácido salicílico. Cuando esto sucede las plantas reducen su tamaño probablemente debido a que a
la depleción de isocorismato para la producción de filoquinona.
Acido gálico
Actividades biológicas de los ácidos fenólicos
Los ácidos fenilpropanoides, tales como los ácidos cumárico, cafeico, ferúlico, siringico,
etc., tienen actividad citostática contra células Hep G2 (carcinoma epidermoide de
laringe) y contra células McCoy derivadas de fluido sinovial de pacientes con artritis
degenerativa.
Los ácidos fenólicos inhiben la Calcio ATPasa de la membrana plasmática por lo que
pueden ser usados como agentes cardiovasculares regulando los niveles de Ca intracelular.
Generalmente estos ácidos están esterificados lo que los hace más lipofílicos facilitando el
transporte al interior de las células. Estos agentes interaccionan con el interior hidrofóbico de la
interfase Proteina-lípido de las membranas plasmáticas perturbando la actividad de la Calcio
ATPasa. Al inhibirse la enzima se incrementa el nivel de Calcio en las células cardiacas,
aumentando la fuerza de contracción del corazón.
Generalmente los ácidos fenólicos o fenilpropanoides están en mayor concentración que los
flavonoides.
Se han demostrado las propiedades antioxidantes de los ácidos fenólicos:
depurando radicales libres para evitar la peroxidación de lípidos, inhibiendo la oxidación
de la LDL plasmática depurando oxigeno reactivo que juega un papel muy importante en la
promoción de tumores y carcinogénesis. Actúan previniendo las enfermedades de las arterias
coronarias ya que disminuyen la agregación plaquetaria e inhiben la oxidación de las LDL.
Esteres del ácido cafeico: Sesquiterpenos cafeatos o 2 fenetiletilcafeato se transportan al
interior de las células y allí se hidroliza liberando ácido cafeico que es citotóxico.
Cumarinas
Las cumarinas pertenecen a una gran familia de metabolitos de plantas llamados
benzopironas, con más de 1500 representaciones en más de 800 especies. Las cumarinas están
presentes en las Angiospermas: Fabaceas, Asteraceas, Apiaceas, Rutaceas.
En las plantas, esos compuestos pueden ocurrir en la cubierta de las semillas, frutos,
flores, raíces, hojas y tallos, pero en general las mayores concentraciones se encuentran en
frutos y flores. Su rol en las plantas parece ser principalmente relacionado a la defensa, dado sus
propiedades antimicrobianas, antialimentarias, protectoras de radiaciones UV e inhibidoras de la
germinación. La ingestión de las cumarinas por los mamíferos produce hemorragias, dada su
actividad inhibitoria de la coagulación. Por otro lado, compuestos fotosensibilizantes como el 8metoxipsoraleno, presente en tejidos de hojas de Heracleum mantegazzianum pueden causar
fotofitodermatitis en contacto con la piel y posterior exposición a la radiación UV-A. El
psoraleno se usa tratar varios desordenes de piel (eczemas, psoriasis) por medio de una
combinación de tratamientos: ingestión oral y tratamiento UVA.
Se clasifican en:
 Cumarinas simples: tienen un anillo pirano o pirona (heterociclo oxigenado de 6 elementos)
unido a uno aromático de 6 carbonos. Los exponentes más difundidos son la cumarina y la
umbeliferona. En este grupo también se incluyen las cumarinas preniladas, aunque algunos
autores las citan como un grupo diferente.
 Furanocumarinas: tienen un anillo furano (heterociclo oxigenado de 5 elementos) unido al
anillo aromático. Las lineales lo unen en posiciones 6 y 7, siendo el psoraleno el más
representativo de este grupo, mientras que las angulares lo unen en posiciones 7 y 8, siendo la
angelicina la más representativa de este grupo.
 Piranocumarinas: poseen un anillo pirano unido al anillo aromático. Las lineales lo unen en
posiciones 6 y 7, siendo la xantiletina la más representativa de este grupo, mientras que las
angulares lo unen en posiciones 7 y 8, siendo la sesilina la más representativa de este grupo.
 Metilen dioxicumarinas: posen un anillo tipo 1,3 dioxapentano unido a posiciones 6 y 7 del
anillo aromático. La ayapina es el principal exponente de este grupo.
 Cumarinas pirono-sustituidas: son cumarinas simples con un sustituyente en el anillo pirona. Un
ejemplo de este grupo es la warfarina.
Piranocumarina angular
Cumarinas pirono sustituídas
Biosíntesis de cumarinas – detalle del proceso
Biosíntesis: Las cumarinas son lactonas derivadas usualmente de los ácidos o-hidroxicinámicos
por cierre del anillo entre el OH en posición orto y el grupo carbonilo de la cadena lateral, luego
de una isomerización cis-trans de la cadena lateral, puesto que los ácidos cinámicos naturales son
trans. En general la formación de cumarinas en plantas superiores, ocurre en forma radicalaria,
por acción de enzimas del tipo peroxidasas. En el caso de las furanocumarinas se admite una
biogénesis de estas cumarinas mediada por una ciclización de una cumarina simple previamente
prenilada, tal como se muestra en el siguiente esquema:
Biogénesis de furanocumarinas – detalle del proceso
Las cumarinas como tales probablemente no existen libres en forma natural. Sin embargo
cuando se produce un daño en las hojas es fácilmente formada a partir del ácido trans-Oglicosil cinámico, un componente relativamente frecuente en las hojas frescas. Al parecer el
daño permite el acceso de las enzimas que remueven la glucosa y producen la isomerización cistrans seguida del cierre del anillo. Estas reacciones con la resultante formación de cumarina volátil
son la causa del aroma característico del heno recién cortado.
Propiedades farmacológicas de las cumarinas
Las cumarinas son una clase de metabolitos secundarios de las plantas y productos
microbianos que muestran un amplio rango de efectos fisiológicos en animales. El miembro
menos complejo es conocido como cumarina simple la cual es toxica para mamiferos y la
ultima de la escala es una cumarina altamente substituida, la noboviocina, que es un
antibiotico comercial. Otra cumarina microbiana es la aflatoxina elaborada por Aspergillus flavus,
esta es una potente hepatotoxina y es carcinogénica.
El interés farmacéutico de las cumarinas se debe a que actúan como tónicos venosos y
agentes vasculares protectores. Melilotus officinalis (Fabaceae) se usa en medicina tradicional
para tratar desordenes circulatorios. En hojas jóvenes de Melilotus officinalis se encuentran
melilotosidos, glucósidos del ácido 2-hidroxicinámico que por hidrólisis se lactonizan para formar
cumarinas. Cuando se producen contaminaciones fúngicas (Aspergillus spp. y Penicillum spp.), el
Melilotus officinalis elabora fitoalexinas (pterocarpanos y 3- fenil cromanos) y ácido ohidroxicinámico que puede ser metabolizado para formar un anticoagulante: dicumarol. Este
compuesto inhibe la síntesis de protrombina y tromboplastina, factores involucrados en la
formación de coágulos.
Los farmacologos y fitoquímicos tienen especial interes en las furanocumarinas o
piranocumarinas. Una de ellas las xantoxinas son venenos para los pescados. Las
furanocumarinas naturales como el psoraleno y la xantoxina en contacto con la piel y exposición
al sol (UV cercano) pueden causar dermatitis aguda por su fotoxicidad, incrementandose esta
por la humedad. Pueden provocar vesículas, ampollas e hiperpigmentación de la zona afectada.
Los constituyentes fototóxicos son las furanocumarinas psoraleno, bergapteno (5metoxipsoraleno) y 8-metoxipsoraleno (xantotoxina). Las furanocumarinas pueden provocar
cicloadiciones en 3,4 o en 4’, 5’ o en ambas en las bases pirimidicas del DNA. En algunos casos
pueden provocar entrecruzamiento entre los pares de bases del DNA e inducir lesiones en el
genoma. Estas propiedades explican sus propiedades carcinogénicas y mutagénicas.
Formación de aductos entre furanocumarinas y timina – detalle del proceso
Se utilizan en cosmetología, productos naturales como el aceite bergamat, están
autorizados como sensibilizantes fotodinámicos en lociones solares. Aumentan el numero de
melanocitos y aumentan la producción de melanina y por lo tanto la protección UV
Taninos
A mediados del siglo XX se los definió como metabolitos de plantas superiores, que se
distinguen de los compuestos fenólicos simples por las siguientes características:
•
•
•
Son solubles en agua.
Su masa molecular está entre 500-3.000/4.000 unidades de masa atómica (u.m.a.),
incluyendo moléculas que contienen 12-16 grupos fenólicos y 5-6 anillos aromáticos.
Son capaces de interaccionar con otras moléculas formando complejos. Forman
precipitados con alcaloides, gelatina y otras proteínas en solución (ej.: albúmina).
El advenimiento de nuevos métodos y análisis llevaron a conocer con más detalles las
estructuras de estos compuestos, y así los estudios se extendieron hacia la comprensión de la
relación estructura-actividad biológica, permitiendo en la actualidad una definición más amplia:
Son metabolitos secundarios ampliamente distribuidos en varios sectores del reino de las
plantas superiores, con las siguientes características:
a) Solubilidad en agua: en estado puro pueden ser difícilmente solubles en agua. En estado
natural existen interacciones polifenol-polifenol que aseguran la solubilidad necesaria en medio
acuoso.
b) Masa molecular: desde 500-4000, tales metabolitos conservan la propiedad de actuar como
taninos, pueden alcanzar valores de masa de hasta 20.000 (no cumplirían con la condición de
solubilidad).
c) Estructura y carácter polifenólico:
fenólicos y 5-7 anillos aromáticos.
para 1000
u.m.a. poseen entre 12 y 16 grupos
d) Complejación intermolecular: además de dar las reacciones fenólicas típicas, tienen la
capacidad de precipitar alcaloides, gelatina y otras proteínas en solución. Estas reacciones de
complejación son interés científico intrínseco en estudios de reconocimiento molecular y como
base de posibles funciones biológicas.
Se clasifican estructuralmente en dos grandes grupos:
 Taninos condensados
 Taninos hidrolizables
Taninos Condensados: están compuestos por el núcleo catequina (flavan 3-ol). Se denominan
Proantocianidinas, los oligómeros de 2-5 unidades catequina son solubles, los polímeros
constituídos por mayor número de núcleos son insolubles. Los enlaces interflavano se dan ent re
entre C4 y C8 y menos frecuentemente entre C4 y C6. Este grupo de compuestos es de
biogénesis mixta (ruta del ácido shiquimico – acetato malonato) por lo que lo veremos en el tema
flavonoides.
Unidad o núcleo flavan 3-ol (catequina)
Formato general de un tanino condensado
Taninos Hidrolizables : son ésteres del ácido gálico o de su dímero el ácido elagico. Tienen en su
estructura una molécula de azúcar, normalmente glucosa, a la que se unen varias moléculas de
uno de los ácidos fenólicos. La estructura más simple de este grupo es el del pentagaloil - glucosa.
Ácido gálico
Ácido elágico
Biosíntesis de galotaninos – detalle del proceso
4-galoiltransferasa
βG: β-glucogalin (donante específico de grupos galoil)
Biosíntesis de elagitaninos – detalle del proceso
Los taninos hidrolizables son poco importantes en musgos, hepaticas, helechos,
gimnospermas y monocotiledóneas. En ellas se encuentran las proantocianidinas. Los taninos
hidrolizables se encuentran en dicotiledoneas donde se acumulan en concentraciones que
permiten su uso en la industria del curtido. La misma propiedad que propicia su uso en el
curtido: enlazar moléculas de proteinas haciendola mas resistente al ataque microbiano, está
relacionada con su aparente función en las plantas como protector contra el ataque de herbívoros e
insectos. La lesión en los tejidos libera los taninos de las vacuolas, que se unen a las proteínas
impidiendo su degradación. El sabor astringente de algunos frutos es debido al elevado contenido
en taninos, que se reduce durante la maduración.
Propiedades Biológicas de los taninos:
Están ligadas a su capacidad de formar complejos con macromoleculas particularmente
con proteínas (proteínas digestivas, enzimas fúngicas o virales). Esto explica los problemas que
ellos causan en tecnología alimentaria (nubosidad de la cerveza) o en agricultura (formación del
ácido húmico que resta valor nutricional a la soja).
Complejamiento reversible: en condiciones no-oxidantes, a un pH fisiológico, el
complejamiento (por puentes hidrógeno e interacciones hidrofobicas) es reversible. El mecanismo
de este complejamiento parece ser un fenómeno de superficie no- especifico. Los taninos forman
sobre la superficie de las proteínas una capa que es menos hidrofílica que la proteína misma
y causa precipitación. La afinidad de los taninos por las proteínas aumenta con el número de
residuos prolina y con la flexibilidad de la conformación de las proteínas. Esta afinidad es
altamente dependiente del peso molecular del tanino y es máxima para el pentagaloilglucosa y su
oligomero. La formación de ligamientos bifenilos disminuye la libre conformación de la molécula
y disminuye su afinidad por las proteínas. Por ello las proantocianidinas tienen menor afinidad por
las proteínas que los esteres poligaloil.
Complejamiento irreversible: por oxidación espontánea de los polifenoles dan o-quinonas
que reaccionan con grupos nucleofílicos de las proteínas para formar uniones covalentes
irreversibles (en el caso de las proantocianidinas en condiciones acidicas).
Aplicaciones de los taninos
1- Por su afinidad con las proteínas son usados como antidiarreicos.
2- Externamente sobre la piel y mucosas para protegerlas, tienen efecto vasoconstrictor sobre
vasos superficiales pequeñas.
3- Previenen las agresiones externas e incrementan la regeneración en lesiones superficiales.
4- Antisepticos , antibacterianos , antifúngicos
5- Depuradores de radicales libres e inhibidores de la formación de superoxidos.
6- Inhibidores enzimáticos: de la 5-lipooxigenasa, d e l a E C A ( enzima convertidos de la
angiotensina), Protein Kinasa C.
7- Disminuye la permeabilidad y fragilidad capilar.
8- Aumentan el tono muscular y estabilizan el colágeno (inhiben a la elastasa).