aula - via biossintética do acetato-malonato

Introdução à Química de Produtos Naturais

Alda Ernestina1

Universidade Federal do Rio de Janeiro

Biossíntese de Produtos Naturais

Via biossintética do Acetato-Malonato

2

Biossíntese, S íntese ou Biocatálise?

1)

2)

3)

Biocatálise

Síntese

Biossíntese

3

Metabolismo Prim ário X Metabolismo Secund ário

Restrito a organismos específicos

Metabólitos não essenciais

Ocorre em fases específicas

Defesa e atração

Influenciado por fatores externos

Alta atividade biológica

Química de Produtos Naturais

Comum a todos os organismos

Metabólitos essenciais

Ocorre continuamente

Funções vitais

Não influenciado por fatores externos

Baixa atividade biológica

Bioquímica

Metabólitos Secundários

Proteção contra radiação UV

Defesa

Herbívoros Repelência e toxicidade

Microorganismos

Inibição do crescimentoe toxicidade

Plantas competidoras

Inibição da germinação e crescimento

AtraçãoPolinizadores,

Dispersores de sementesBactérias fixadoras

Funções dos Metabólitos Secundários nos Vegetais

O

OH

OH

O

OH

OH

OH

Protetor UV

Atrator olfativo de polinizadores

Quercetina

Funções dos Metabólitos Secundários nos Vegetais

Limoneno

NH

O

OCH3

OH

Capsaicina

Dissuasor alimentar

O+

OH

OH

OH

OH

OH

OCH3

Petunidina

Atrator visualde polinizadores

NH

N

S

Brassilexina

Toxina antifúngica

Biossíntese nos Vegetais

Dewick, Medicinal Natural Products: a biosynthetic approach, 2ª ed. 2002.

Ciclo de Krebs (Biossíntese de Aminoácidos Alifátic os)

AlcaloidesQuinolizidínicos

PiperidínicosIndolizidínicos

AlcaloidesTropânicos

PirrolidínicosPirrolizidínicos

Condensação Acetato-Malonato

GlicosePolissacarídeos

Heterosídeos

Ác. Chiquímico Acetil CoA

Triptofano FenilalaninaTirosina

Ác. Gálico

AlcaloidesIndólicos

Quinolínicos

ProtoalcaloidesIsoquinolínicos

Benzisoquinolínicos

Lignanas, Ligninas e Cumarinas

Ác. cinâmico

Fenilpropanoides

Taninos Hidrolisáveis

Ciclo de Krebs

Mevalonato

Ác. GraxosPolicetídeosMacrolídeos

AntraquinonasOrnitinaLisina

PirrolidínicosTropânicos

PiperidínicosPirrolizidinicosQuinolizidínicos

Isopreno

TerpenosEsteroides

Condensação

FlavonoidesTaninos Condensados

1-Deoxixilulose5-Fosfato

Terpenos

Metabolismo Secundário

Malonato

Blocos Construtores ( building blocks)


� Unidades construtoras dos metabólitos secundários;

� São provenientes do metabolismo prim ário (glicólise, fotossíntese e ciclo de Krebs);

� Facilitam a identificação da via biossintética (com ressalvas);

� Principais blocos construtores :C 1,C2, C5, C6C3, C6C2N, Indol C 2N, C4N e C5N

Blocos Construtores Derivados da Acetil CoA


C2

Ácidos GraxosCompostos Fenólicos

C5

TerpenosEsteroides

Blocos Construtores Derivados de Aminoácidos Arom áticos


FlavonoidesFenilpropanoides

C6C2NProtoalcaloides

Alcaloides

Indol C 2N Alcaloides indólicos

C6C3

Blocos Construtores Derivados de Aminoácidos Alifát icos


C4N AlcaloidesPirrolidínicos

C5N

Alcaloides Piperidínicos

C1


Exemplos de Combinações dos Blocos Construtores

VIA DO ACETATO -MALONATO

� Produção de metabólitos prim ários e secundários

� Conversão de Acetil CoA em Malonil CoA

� Acetil CoA (unidade iniciadora) e Malonil CoA (unida de extensora)

� Condensação de Claisen

� Condensação de unidades C 2 formando cadeias de poli- β-cetoésteres

� Biossíntese de ácidos graxos, policetídeos, prostagl andinas, macrolídeos, antraquinonas e compostos fenólicos simp les


Via Biossintética

AntraquinonasFenólicos simples

ProstaglandinasTromboxanosLeucotrienos


Condensa ção de Claisen


Conversão da Acetil CoA em Malonil CoA

Condensação de Claisen

Ácidos Graxos Saturados


Ácido Graxo Sintase(FAS- Fatty Acid Sinthase)

Mais ComunsNúmero par de Carbonos(C4-C30)

C16 e C18 são os mais comuns

RarosNúmero ímpar de CarbonosUnidades iniciadoras diferentesPerda de C da cadeia normal


CO2HÁc. palmítico

Ác. esteárico

N° de Carbonos N° de insaturações


Claisen Reversa ( β-oxidação de ácidos graxos)

E1: acil CoA desidrogenaseE2: enoil CoA hidrataseE3: β-hidroxiacil CoA desidrogenaseE4: acil CoA acetil transferase (tiolase)

E1 E2 E3

E4

Produz ácidos graxos com 2 carbonos a menose Acetil CoA

β-oxidação do Ácido Palm ítico

SCoA

O

SCoA

O

SCoA

OO

SCoA

OOH H

SCoA

O

SCoA

O

E1

E2

E3

E4

Miristoil CoA Acetil CoA

+

http://www.cours-pharmacie.com/biochimieClaisenreversa

Triacilgliceróis (Triglicerídios)

Resultam da esterificação de ácidos graxos com glic erol

Glicerol

Ác. graxo Triglicerídio

Sólidos – Gorduras

Líquidos – Óleos

Simples Misto

Bioss íntese dos Triglicerídios

Fosfolipídios

Ác. Graxos Saturados Ác. Graxos Insaturados

Ácidos Graxos Insaturados


Produzidos pela ação de desaturases sobre ácidos gr axos saturados

Quanto ao número de insaturações

Posição 9Não conjugadasConfiguração cis (Z)Entre a insaturação existente e CH3 terminal (exceto mamíferos)

Ômega-3, Ômega-6, Ômega-9

Característica das insaturações

Ácido α-linoléico (ômega-3)18:3 (3c,6c,9c)

Ácido palmitoléico (ômega-6)18:2 (6c,9c)

Ácido oléico (ômega-9)18:1 (9c)

CO2H

CO2H

CO2H


Ác. araquidônico EPA, DPA, DHA

∆6,9- octadienoato

∆9- desaturação

ausência de ∆12 e ∆15- desaturases

∆12 - desaturase ∆15 - desaturase

essencial

Ácidos Graxos Acetilênicos


Resultantes da desaturação adicional de sistemas olefínicos de ácidos graxos

Comuns em Asteraceae, Apiaceae e fungos do tipo basidiomicetos

Altamente instáveis

Ligações triplas conjugadas – UV característico

Sucessivas β-oxidações

Alquilamidas


Ácidos graxos insaturados que apresentam a função a mida

Provenientes da descarboxilação de isoleucina e valin a

Dienos-diinos com C 11 ou C12 ou tetraenos

Tetraeno

Ácidos Graxos Ramificados


Modificação da cadeia linear básica

Troca da unidade iniciadora ou extensora

Comuns em animais (gordura de ovelhas e manteigas)

Parede celular de determinadas bactérias patogênica s

Anser anser

Hydnocarpus wightiana

Unidade iniciadora

Ácidos Graxos

1) Reserva energética

Animais – tecido adiposo e fígadoVegetais – sementes

2) Revestimento foliar

3) Biossíntese de prostaglandinas, leucotrienos e t romboxanos

Funções

Forma de ocorrência

1) Óleos fixos – líquidos2) Gorduras – sólidos ou semi-sólidos3) Ceras – ésteres de ácidos graxos com álcoois de ca deia longa

Características dos ácidos graxos mais comuns em pl antas

1) Cadeia normal e alifática2) Número par de carbonos3) Monocarboxilados4) Saturados ou insaturados

ProstaglandinasÁcidos graxos modificados contendo C 20

Presente nos tecidos animais

Regulação da pressão sanguínea, contrações do múscu lo liso, secreção gástrica e agregação plaquetária

Esqueleto Básico (ácido prostanóico)

-Ácido graxo cíclico com C 20-Anel ciclopentano-Cadeia lateral com C 7 e carboxila-Cadeia lateral com C 8 com metila terminal


Biossíntese a partir dos ácidos graxos essenciais

-Ácido ∆8,11,14 - eicosatrienóico (ácido dihomo- γ-linolênico)

-Ácido ∆5,8,11,14 - eicosatetraenóico (ácido araquidônico)

-Ácido ∆5,8,11,14,17 - eicosapentanóico


Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3

Tipos de Prostaglandinas


Potencial Terapêutico dos Ácidos Graxos

HO2C

CO2H

Ác. eicosapentaenóico

Ác. docosahexaenóico

150 indivíduos (30-75 anos)4 cápsulas diárias

1008 mg EPA e 672 mg de DHAAumento de Omega-3 = redução de TAG

Ác. Láurico, mirístico, palmítico, caprílico, cápri co, oléico e esteárico

Óleo de coco virgem Não alterou a pressão sanguínea e provocou perda de peso nos animais tratados

Óleo de coco aquecidoReduziu os níveis de PGI 2

Provocou aumento significativo da pressão arterialQuanto mais vezes aquecido (1HVCO, 5HVCO e 10HVCO) maior o efeito

Sabal serrulata (Serenoa repens)“Saw palmetto”

Nativa dos EUA

Fabricação de cestas e esteiras

Utilizada no tratamento e prevenção da hiperplasia prostática (HPB)

Altos teores de ácidos graxos: palmítico (16:0), mirístico (14:0),oléico (18:1), linoléico (18:2), dentre outros

1) Indique os blocos construtores envolvidos na bioss íntese dos seguintes metabólitos

Mentol

OH

Apigenina

O

OH

OH

O

OH

NH

NOH

Psilocina

ResveratrolOH

OH

OH

THCO

OH

Lobelanina

N

O O

2) Classifique cada um dos ácidos graxos abaixo qua nto ao tipo, número de carbonos, posição e estereoquímica da insaturação ( caso haja)

Ác. láuricoOH

O

Ác. γ-linolênico

OH

O

Ác. dehidromatricárico

OH

O

OH

O

Ác. elaídico

HO2C Ác. araquidônico

HO2C

Ác. Eicosapentaenóico

3) Classifique cada uma das prostaglandinas abaixo quanto ao tipo

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

Disciplina: Introdução à Química de Produtos Naturais

Setembro, 201440

Universidade Federal do Rio de Janeiro

Via Biossintética do Acetato-Malonato

Policetídios arom áticos

VIA DO ACETATO -MALONATO

� Conversão de Acetil CoA em Malonil CoA

� Acetil CoA (unidade iniciadora) e Malonil CoA (unida de extensora)

� Condensação de Claisen

� Condensação de unidades C 2 formando cadeias de poli- β-cetoésteres

� Biossíntese de ácidos graxos, prostaglandinas, macrol ídeos, antraquinonas e compostos fenólicos simples

Policetídeos Arom áticosCompostos aromáticos resultantes da ciclização de c adeias policetídicas não reduzidas

Ciclização após alongamento da cadeia (estabilizaçã o sobre a superfície da enzima para que não haja redução das carbonilas)

OH

OH OH

O O

Condensação de Claisen

Cadeia policetídica Alongamento da Cadeia policetídica

Malonil CoA

Cadeia prontaPolicetídioAromático

ciclização

aromatização

Acetil + Malonil CoA

Estabilização sobre a enzima

Policetídeos Arom áticosGrande variedade estrutural Biossíntese de fenóis simples à complexas diantronas

OH

OH

CO2H

CO2H

O

OOH OH

O

OH

O

O OHOH

OH

OH

OH OH

O

OOCH3

O

ácido orselínico visnagina rheina

THC

hipericina

Características dos Policetídeos Arom áticosCadeia policetídica não é reduzida

Ácido graxo Policetídio

Alta reatividade formando carbânions/enolatos

Reações intramoleculares dos tipos Aldol ou Claisen

O

O

O

SEnz

O

-

O OO

OH

O

-

O-

O-O

-

OH

O

- -

O O

O SEnz

O

-

C2 ��C7C6 ��C1

Tendência a formar anéis de 6 membros

O O

O SEnz

O

-

O

O O

O

Oxigênios são retidos no produto final

Enolização formando anel aromático

O

O O

O OH

OH OH

O

Fénolicos simples

enolização

ciclização

Oxigenação alternada ( meta oxigenação)

OH

OH OH

O

CHO

H3CO

OH

phloracetofenona

ácido salicílico

CO2H

OH

vanilina

CO2H

OHácido p-cumárico

OOH

OH

OH

O

OH

OH

exceto para produtos de reação aldólica

OH

OH

CO2H

Ácido orselínico

Produto de Claisen Produto aldol

Aromáticos derivados do ácido chiquímico


Compostos Fenólicos simples

C2 ��C7

C6 ��C1

Biossíntese do ácido -6-metil salicílico


Por que não ocorre aldol ou Claisen?

OH

CO2H

Padrão de oxigenação diferente do esperado

Ácido 6-metil salicílico sintase

Modificações estruturais de fen ólicos simples


* C-alquilação

OH

OH

CO2H

H3CO

OH

HO2CO

O

SAMFPP

lactonização

* Acoplamento

Modificações estruturais de fen ólicos simples


* Lactonização

*Clivagem oxidativa de anéis arom áticos

OH OHSEnz

OH

OH

OH O

OH

OH

O

lactonização

O O O

SEnz

OO O OO

SEnz

O

O O O

O O O O

- - -

O

O O O

CO2H

OH

OH O OH

CO2H

O

3 x aldol

Oxidação do anel centralenolização

Antraquinonas

Antraquinonas

� Compostos derivados da dicetona do antraceno

Antraceno

Antraquinonas

OO

O

OH

Antrona Antranol

oxidação redução

Quanto maior o grau de redução maior a atividade antranol > antrona > antraquinona

Plantas secas geralmente contém maiores teores de d erivados mais oxidados

Agliconas X Glicosídeos


Agliconas

Forma livre (não glicosilada)Cristais amarelados solúveis em solventes orgânicos apolaresResponsáveis pelo efeito laxante

Glicosídeos antraquinônicos

Cristais amarelados de sabor amargo solúveis em sol ventes polaresO- e C-glicosilação são comunsSofrem hidrólise na flora intestinal gerando aglico nas

Formação das diantronas (acoplamento oxidativo)


HO-

naftodiantrona

Cassia angustifolia ou Cassia senna (Fabaceae)(Sene ou Senna)

Origem: Ásia tropicalUso: como laxantePartes usada: folhas e frutosPrincípios ativos: diantronas glicosiladasMecanismo de ação: estimulação dos movimentos peristálticosForma mais comum de administração: extratos padronizados com no mínimo 2.5% de senosídeos

Cassia angustifolia

Senosídeos A e B Di-O-glicosídeos da rheina

Senidinas A e BDímeros da rheina

Aglicona = rheina + aloe-emodina

Rhamnus purshiana (Rhamnaceae)(Cáscara Sagrada)

Origem: América do NorteUso: laxantePartes usada: cascas do troncoPrincípios ativos: cascarosídeos

C- O-glicosídeos da barbaloína

As cascas frescas devem ser estocadas por no mínimo um ano antes do processamento

C- O-glicosídeos da crisaloína

Produtos da hidrólise dos cascarosídeos A e B

Responsáveis pela atividade

Cascas secas de R. purshiana

Cascas frescas = alto teor de antranóis

Rhamnus frangula (Rhamnaceae)(Frângula)

Origem: EuropéiaUso: laxantePartes usada: cascas do troncoPrincípios ativos: glicofrangulinas e frangulinas

di-O-glicosídeos da emodina

As cascas frescas devem ser estocadas por no mínimo um ano antes do processamento

Produto da hidrólise das frangulinas e glicofrangulinas Responsável pela atividade

Rhamnus frangula

mono-O-glicosídeos da emodina

Aloe barbadensis (Liliaceae)(Babosa, Aloe)

Origem: AfricanaUso: laxantePartes usada: látex dessecado das folhasPrincípios ativos: aloinosídeos A e B

Produtos da hidrólise dos aloinosídeos A e BResponsável pela atividade

Aloe barbadensis

C- O-glicosídeos da barbaloína

Hypericum perforatum (Hypericaceae)(Erva-de-São-João)

Origem: EuropéiaUso: antidepressivoPartes usada: partes aéreasPrincípios ativos: naftodiantronasForma mais comum de administração: extratos padronizados contendo 0.15% de hipericina e 5% de hiperforina

Hypericum perforatum

> teores na planta seca > teores na planta fresca

hipericina e protohipericinasão fotossensíveis

derivado prenilado do floroglucinol

1) Dê os produtos da ciclização do policetídio abai xo via reação aldólica

(A e B) e via Claisen intramolecular (C e D)

SEnz

O O O O O

SEnz

O O

O

O O-

Acetil CoA+

4 x Malonil CoA

SEnzO

O

CH3

O O

O

Aldol Claisen

-H2O

A

enolização

B

- SEnz

C

enolização

D

2) Vimos que embora os princípios ativos de plantas laxantes como sene,

cáscara sagrada, frângula e aloe, sejam glicosídeos a ntraquinônicos, a

atividade é atribuída às agliconas que são liberadas após a hidrólise na flora

intestinal.

Justifique a importância da glicosilação dessas antr aquinonas.

OGluc

RamO

O OH

O

OH

OH

O OH

O

Hidrólise

Frangulina A Emodina

3) Identifique o processo que ocorre em cada uma da s etapas destacadas na biossíntese do ácido orselínico.

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