Metabolitos Secundarios Vegetales: Rutas Biosintéticas, Alcaloides y Quinonas

Rutas Metabólicas Clave y Metabolitos Secundarios

Rutas Biosintéticas Fundamentales

1. Ruta metabólica que produce isoprenoides (terpenoides, esteroides, carotenoides): Ruta del Ácido Mevalónico
2. Vía metabólica para la biosíntesis de compuestos aromáticos, como aminoácidos aromáticos (fenilalanina, tirosina y triptófano). Esta ruta es fundamental para la producción de una amplia gama de metabolitos secundarios, incluyendo terpenos, polifenoles y alcaloides: Ruta del Ácido Shikímico
3. Ruta biosintética fundamental en organismos como bacterias, hongos, plantas y animales, con producción de una amplia gama de metabolitos secundarios, incluyendo antibióticos, ácidos grasos y quinonas: Ruta del Acetato-Malonato

Alcaloides: Estructura, Clasificación y Funciones

Definición y Características Generales

Son sustancias orgánicas nitrogenadas, de estructura compleja, cuya molécula está constituida por grupos que contienen nitrógeno y forman anillos cerrados, de carácter básico. En algunos casos se extraen de animales, pero lo más general es que se obtengan de plantas: Alcaloides

Tipos de Alcaloides por Composición

• Compuestos orgánicos nitrogenados (alcaloides), de origen vegetal y de carácter básico. Son sólidos, cristalizables, incoloros e inodoros. Ejemplos: cocaína, morfina y cafeína: Alcaloides Oxigenados
• Compuestos orgánicos nitrogenados (alcaloides), de origen vegetal y de carácter básico. Son líquidos, volátiles y olorosos. Ejemplos: nicotina y coniína: Alcaloides No Oxigenados

Clasificación de Alcaloides por Origen Biosintético

• Alcaloides cuya síntesis debe partir de aminoácidos; se caracterizan por tener nitrógeno dentro de un anillo heterocíclico: Alcaloides Verdaderos
• Alcaloides cuyos átomos de nitrógeno derivados de aminoácidos no forman parte del anillo heterocíclico de su estructura. Están formados por anillos cerrados y generalmente son alcaloides de estructura simple (pueden ser aminas o amidas): Protoalcaloides
• Alcaloides con estructuras carbonadas que no derivan directamente de ningún aminoácido, pero cuya formación está de alguna manera conectada con las rutas metabólicas aminoacídicas: Pseudoalcaloides
• Pseudoalcaloides cuya síntesis no deriva de aminoácidos: Codamina, Codeína y Morfina (Nota del profesor: Si bien la morfina y codeína son alcaloides verdaderos derivados de aminoácidos, este texto los clasifica aquí. Se mantiene para no alterar el contenido original.)

Funciones y Ejemplos Específicos de Alcaloides

• ¿Cuáles de las siguientes funciones en la planta corresponden a los alcaloides? Reserva de nitrógeno, regulador de crecimiento, protección del vegetal contra insectos y animales herbívoros.
• Alcaloides que derivan del opio de la especie Papaver somniferum: Codamina, Codeína, Morfina
• Ejemplos de alcaloides tropánicos: Hiosciamina, Escopolamina, Atropina
• Alcaloides presentes en la especie vegetal Atropa belladonna y que tienen diversos usos farmacológicos como antiespasmódico, anestésico local, reductor de la secreción gástrica, salival y traqueobronquial, y vasoconstricción: Alcaloides del Tropano
• Alcaloides, compuestos naturales presentes en la corteza del árbol de la quina (Cinchona), tienen diversas aplicaciones, incluyendo el tratamiento de enfermedades como la malaria y el tratamiento de arritmias supraventriculares y ventriculares: Alcaloides de la Quina
• Alcaloides que se obtienen de un hongo microscópico llamado Claviceps purpurea que crece en algunos productos como cebada, centeno, trigo, etc. Actúan sobre el sistema nervioso central y estimulan el músculo liso. Se utilizan en el tratamiento de la migraña y otros dolores de cabeza: Ergotamina y Ergonovina
• ¿Cuál de las siguientes opciones es correcta respecto a las acciones farmacológicas de los alcaloides? Estimulantes y depresores del sistema nervioso central, sistema digestivo y sistema cardiovascular.

Quinonas: Estructura y Tipos

Definición y Clasificación

• Compuestos aromáticos con dos grupos cetónicos en posición (1,4) o (1,2), consideradas como dicetonas saturadas: Quinonas
• Compuestos cíclicos cuya estructura consiste en dos anillos aromáticos hexagonales que comparten un par de átomos de carbono y se caracterizan por tener dos grupos funcionales carbonilo en uno de los dos anillos aromáticos en posición 1,4. Son pigmentos naturales cuyo color varía desde el amarillo, pasando por el anaranjado, al rojo intenso. Se encuentran en mayor cantidad en las plantas superiores y en menor proporción en los hongos, erizos y estrellas de mar: Naftoquinonas
• Quinonas derivadas del benceno, pigmentos de color amarillo que con frecuencia se encuentran en los hongos, los artrópodos y en las plantas superiores: Benzoquinonas
• Compuestos derivados de quinonas que en su estructura presentan el 9,10-dioxantraceno, un compuesto orgánico aromático. Sus sinónimos en la industria y el comercio son 9,10-antracenodiona, antradiona, antraceno-9,10-quinona, etc. Propiedades destacadas: laxante, aperitivo, emenagogo, oxitócico, purgante, vermífugo: Antraquinonas

Clasificación y Nomenclatura de Compuestos Bioactivos

Relación de Alcaloides con sus Grupos de Origen

• Opio: Codeína, Morfina
• Quina: Quinina, Quinoleína
• Tropano: Atropina y Cocaína
• Xantina: Cafeína, Teofilina
• Ergot: Ergonovina y Ergotamina
• Rauwolfia: Reserpina y Recinamina

Criterios de Nomenclatura para Compuestos Bioactivos

• Función del nombre de la especie: Senecio jacobaea (jacobina)
• Función de la actividad farmacológica: Emetina
• Función del nombre común o vulgar: Peumus boldus (boldina)
• Función del nombre del descubridor: Morfeo (Morfina)
• Función del nombre del género: Ephedra spp. (Efedrina)

Métodos de Extracción e Identificación de Alcaloides

Criterios para el Aislamiento de Alcaloides en Laboratorio

24. Para aislar alcaloides de un vegetal en laboratorio, ¿cuáles serían los criterios a considerar? Explique.

• Basicidad: Si es básico, se puede extraer con ácidos diluidos.
• Solubilidad: Muchos alcaloides son solubles en disolventes orgánicos como éter, cloroformo o alcohol.
• Estado físico del material vegetal: Debe estar seco y molido finamente para facilitar el contacto con el solvente.
• pH del medio: El pH influye en la forma ionizada o no ionizada del alcaloide, lo que afecta su extracción.
• Método de extracción: Se puede emplear maceración, percolación o Soxhlet, dependiendo de la estabilidad del compuesto.

Pruebas de Identificación de Alcaloides

25. Mencione al menos dos pruebas de precipitación para identificar alcaloides.

• Reactivo de Dragendorff: Forma un precipitado anaranjado o rojizo con alcaloides.
• Reactivo de Mayer: Forma un precipitado blanco o crema con alcaloides.

Métodos Recomendados de Extracción para Alcaloides Sólidos

26. De acuerdo con las propiedades fisicoquímicas de los alcaloides sólidos, mencione cuáles serían los métodos recomendados de extracción.

• Maceración con ácido diluido
• Extracción con disolvente orgánico