I Metaboliti Secondari PDF

I METABOLITI SECONDARI I metaboliti secondari sono sostanze prodotte dal metabolismo ma apparentemente non coinvolte nei processi vitali della pianta stessa (assimilazione dei nutrienti, la respirazione, il trasporto e il differenziamento). Non sono presenti in tutte le piante. Spesso presenti sol...

I METABOLITI SECONDARI I metaboliti secondari sono sostanze prodotte dal metabolismo ma apparentemente non coinvolte nei processi vitali della pianta stessa (assimilazione dei nutrienti, la respirazione, il trasporto e il differenziamento). Non sono presenti in tutte le piante. 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. Spesso cellula/tessuto/organo- specifici. Possono subire incrementi in seguito a risposte esterne come regolatori della crescita, condizioni di stress biotici o abiotici piuttosto che fasi di sviluppo e stagionalità. **INTERESSE:** - Sostanze aromatiche - Coloranti - Sostanze di interesse farmacologico e nutraceutico **FUNZIONI:** - **Proteggere la pianta** da erbivori e da attacchi di microorganismi fitopatogeni;\* - **Attrarre** gli impollinatori e gli animali (dispersione dei semi e alla diffusione delle piante); - **Mantenere una competizione** tra una pianta e quelle adiacenti e tra una pianta e microorganismi simbionti.  I metaboliti possono quindi essere emessi dalla pianta per: - **Attirare animali** → fiori e frutti - **Difendersi o proteggere l'embrione** → semi, fusto e foglie **ESEMPI DI 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 **Pianta- erbivoro** - Produzione di sostanze deterrenti alimentari (tannini, sostanze tossiche) - Produzione di sostanze che mimano ormoni animali (steroli che mimano l'ormone della muta degli insetti) - Produzione di composti che attraggono I predatori degli erbivori **Pianta- pianta** Mutua influenza tra piante attraverso la secrezione di particolari sostanze (**allelopatia**). *Pianta di pomodoro si ammala e muore se viene piantata vicino ad un noce (area di tossicità in relazione all'ampiezza della chioma).\ Protossina (1,4,5 trinitronaftalene glucoside) che dopo idrolisi e ossidazione al suolo diventa una potente tossina (juglone)* SEMIOCHIMICI ------------ I semiochimici sono composti chimici che regolano le interazioni tra gli organismi viventi i quali sono in grado di determinare modificazioni di carattere etologico, fisiologico o anatomico. Sono attivi nell'evocare il comportamento a concentrazioni molto ridotte. Ci sono due classi di segnali semiochimici: - **FEROMONI** (comunicazione intraspecifica: tra animali, sono emessi nelle urine, sudore, escrementi, su supporto o diffusi in aria- attratttivo/minaccia) - **ALLELOCHIMICI** (comunicazione interspecifica coinvolti nelle relazioni pianta/pianta, pianta/insetto). Gli allelochimici modificano il comportamento della specie bersaglio e sono quindi potenziali strumenti di strategie di controllo ecocompatibili su cui la ricerca pubblica e privata sta lavorando per applicazioni concrete. - - - CLASSI PRINCIPALI DEI METABOLITI SECONDARI ========================================== Le classi principali di metaboliti secondari sono 1. terpeni 2. composti fenolici 3. composti azotati Sono metaboliti secondari vegetali anche molti composti impiegati dall\'uomo come farmaci, quali ad esempio gli alcaloidi antitumorali **vinblastina e vincristina** prodotti dalla vinca rosea (*Catharanthus roseus*). Infine, appartiene alla categoria dei metaboliti secondari vegetali gran parte dei composti utilizzati dall\'uomo come **stupefacenti.** TERPENI ------- I terpeni (isoprenoidi) originano dall'unione di **unità isopreniche** (ad alte temperature possono decomporsi e dare isoprene) **a 5 atomi di carbonio**, aventi lo scheletro dell'**isopentano**. Le unità isopreniche si legano tra loro secondo una **sequenza testa-coda**. In base al numero di unità che li formano, i terpeni vengono distinti in: - C-5 emiterpeni - **C-10 monoterpeni (essenze)** - C-15 sesquiterpeni (fitoalessine) - C-20 diterpeni (fitolo, fitoalessine) - C-25 sesterterpeni - C-30 triterpeni (steroidi, composti tossici) - **C-40 tetraterpeni (carotenoidi)** - C-n politerpeni (gomma) **[MONOTERPENI: OLI ESSENZIALI]** Funzione vessillare di inibizione della crescita di altre piante (allelopatica)  **[MONOTERPENI: PIRETRINE]** Funzione vessillare di difesa nei confronti degli animali (piretrine). Estratti da foglie e fiori di *Chrysanthenum cinerariaefolium s*ono potenti **insetticidi** molto usati perché poco tossici per i mammiferi (attenti gatto!!!). Nelle conifere i terpenoidi si accumulano nei canali resiniferi e negli aghi. Sembra che la sintesi di monoterpenoidi sia stimolata dall'attacco di coleotteri. Le piretrine (piretroidi di sintesi) sono commercializzate sotto forma di polveri, soluzioni, tavolette spirali a lenta combustione e spray. **[TETRATERPENI: CAROTENOIDI]** I **carotenoidi** hanno un elevato numero di doppi legami coniugati: permette di assorbire parte delle radiazioni provenienti dal sole e rifletterne solo una parte con la conseguente **colorazione della pianta o dell'alimento**. Per questo motivo sono definiti anche **pigmenti naturali**. I carotenoidi si dividono in due classi: - **Caroteni:** molecole costituite solo da atomi di **carbonio e idrogeno** come ad esempio il β-carotene ed il licopene. - **Xantofille**: analoghi dei caroteni ma presentano anche **atomi di ossigeno** come la zeaxantina e la rubixantina. I carotenoidi svolgono un'attività antiossidante, ovvero prevengono la foto-ossidazione: sfruttata nell'industria alimentare per aumentare la shelf life dei prodotti. **[TETRATERPENI: LICOPENE]** Il licopene è un poli-terpene (tetraterpene) caratterizzato da 40 atomi di carbonio con 11 doppi legami coniugati. A differenza del *β*-carotene **non è provitaminico A**. Questo pigmento è presente in prevalenza nella pelle e nel mesocarpo dei **pomodori** (quantità in anguria, papaia e l'uva). Anch'esso svolge un'azione antiossidante ed ha anche una funzione anticarcinogena. COMPOSTI FENOLICI ----------------- I composti fenolici sono un gruppo eterogeneo di molecole contenenti un gruppo fenolico. A seconda della loro composizione chimica, i fenoli svolgono svariati ruoli all'interno di una pianta: - **difesa contro i fitopatogeni**, - **funzione strutturale** - **attrazione di impollinatori** **[FURANOCUMARINE]** Le cumarine, in particolare le furanocumarine, diventano tossiche per insetti ed erbivori solo se attivate dalla luce. Queste si legano alla citosina e timina di una doppia elica di DNA, provocando il blocco della trascrizione e riparazione fino a determinare la morte della cellula. Sono composti abbondanti nelle Umbreliferae (famiglia con oltre 3000 specie con tipica infiorescenza) Sono presenti in sedano, pastinaca, prezzemolo. Alta concentrazione indotta da stress o patologia provoca disturbi alla pelle delle mani dei raccoglitori. Durante l\'essicazione del trifoglio la cumarina subisce una serie di trasformazioni chimiche (in parte mediate da funghi del genere *Aspergillu*s) - che in ultima analisi originano il dicumarolo. Interferisce con la coagulazione del sangue (vitamina K) Warfarin come rodenticida e nella terapia della trombosi. **[FLAVONOIDI]** I flavonoidi sono metaboliti secondari costituiti da **quindici atomi di carbonio**, disposti in una struttura base composta da due anelli aromatici collegati da un ponte a tre atomi di carbonio. Sono sostanze pigmentate presenti nei fiori, frutti e foglie. Hanno le seguenti funzioni: - Supporto meccanico (lignina), - difesa contro i patogeni ed erbivori - Attrazione degli impollinatori - **Proprietà antiossidanti** - Schermo per la radiazione - ultravioletta - Sostanze allelopatiche Si classificano in: - **antociani**: rossi in ambiente acido e blu in ambiente basico - **flavoni e flavonoli**: giallo, bianco-avorio L'accumulo dei flavonoidi nei petali individua le regioni che assorbono l'UV. Le proprietà antiossidanti delle sostanze fenoliche deriva dalla capacità di ossidoriduzione che permette di agire come agenti riducenti, donatori di idrogeno e di "spegnere" l'ossigeno singoletto. Vengono utilizzati in ambito farmacologico e nutraceutico: - Riduzione dell'incidenza della malattia coronarica - Utilizzati nella cura dell'insufficienza venosa cronica - Utilizzati nella prevenzione della fragilità capillare - Riduzione dei fenomeni infiammatori: inibizione di enzimi coinvolti nella sintesi di prostaglandine - Protezione dai radicali liberi - Prevenzione dell'aggregazione piastrinica Attivazione del sistema del complemento - Alta affinità per le proteine ricche in prolina (riduzione della loro degradazione nell'endotelio) **[QUERCITINA]** La quercetina (o quercitina) è un **flavonolo** ossia un composto organico naturale. La quercetina è ampiamente distribuita negli alimenti ma si trova esclusivamente negli alimenti di origine vegetale. Dopo somministrazione orale ha attivita' antiossidante sia diretta (scavenger) che indiretta (modula l'espressione di geni coinvolti nel bilancio ossidativo: glutatione-perossidasi \...). Attività antinfiammatoria (inibizione di TNFalfa, COX, LOX, rilascio di citochine proinfiammatorie\...). **Effetti biologici** - Protezione cardio-circolatoria - Riduzione della tossicità di alcuni farmaci/xenobiotici **Oncologia -- effetti ormetici:** a basse concentrazioni è responsabile di un determinato effetto biologico mentre ad alte concentrazioni è responsabile dell'effetto biologico opposto. **A basse concentrazioni** ha **attività antiossidante** (protezione delle cellule dai danni dei radicali Ad **alte concentrazioni** funziona come **pro-ossidante** con conseguente citotossicità a livello delle cellule tumorali.\ TERAPIA COADIUVANTE  **[RESVERATROLO]** Composto polifenolico **non flavonoide** che si trova in varie specie vegetali (importanti nella dieta funzionale): more di gelso, nocciole, uva. Questa molecola è stata conosciuta per secoli nella medicina asiatica come Ko-jo-kon, e usata come farmaco antinfiammatorio (radice polverizzata di *Polygonum cuspidatum*). La sintesi del resveratrolo nelle piante è **indotta dall'esposizione alle infezioni microbiche**, alle **radiazioni ultraviolette e all'ozono**; questa molecola può quindi essere classificata come fitoalexina (antibiotico prodotto dalle piante quando si trovano sotto attacco). Per questo motivo la produzione avviene **nell'epidermide delle foglie** (50-400μg/g) e **nella buccia** (50-100μg/g) dei chicchi d'uva, ma non nella polpa; ne è stata anche rilevata la presenza nelle parti legnose della pianta, come i raspi e i semi. Nel vino è presente il resveratrolo, la concentrazione è influenzata da diversi parametri: - Varietà di vite e clima: i climi freddi e umidi incrementano la probabilità e la frequenza degli attacchi da parte di funghi; - durata del contatto con le bucce durante la fermentazione: è il motivo per cui nei vini rossi la concentrazione è generalmente maggiore rispetto ai vini bianchi; - pratiche di vinificazione: alcuni tipi di filtrazione e di invecchiamento in botte possono portare a perdite di resveratrolo. Ad esso è attribuita una possibile azione antitumorale, antinfiammatoria e di fluidificazione del sangue, che può limitare l\'insorgenza di placche trombotiche. - **Attivita' antiossidante**: Il resveratrolo ha un\'azione antiossidante superiore a quella di altri noti antiossidanti come la VITAMINA C e la VITAMINA E - **Protezione contro le malattie vascolari** - Inibizione perossidazione LDL (placche aterosclerotiche) - Inibizione perossidazione lipidi (integrità membrane cellulari) - **Attività antinfiammatoria** - blocca la produzione della cicloossigenasi--2 riduzione aggregazione piastrinica - Inibizione sintesi trombossano B~2~ (inibizione COX-1) **[TANNINI ]** Polifenoli solubili in acqua. All'aria si ossidano assumendo un colore bruno (flobafeni in legni e cortecce). Sono presenti nei frutti acerbi. Precipitano le proteine della saliva (azione astringente) Nei frutti maturi: tannini più mucillagini non allappano. Formano dei precipitati di Sali pesanti.\ Usati nella concia delle pelli, in farmacia come astringenti, nella preparazione di inchiostri (Sali di ferro). **Funzione di difesa contro i microrganismi e deterrente per gli erbivori** (Tossine che legano le proteine intestinali e riducono la crescita). Spesso i tannini sono localizzati in cellule specifiche. Utilizzati in alimentazione animale per le proprietà antimicrobiche. I tannini possono esercitare diverse proprietà funzionali in vitro: - Effetto battericida - Attività inibitoria - Effetto citomodulatorio **[SOSTANZE FENOLICHE NELLE SPEZIE]** Cannella (scorza di *Cynnamomum zeylanicum*) - cinnamaldeide Chodi di garofano (gemme fiorali di *Eugenia caryophillata*) - eugenolo Zenzero (rizomi di *Zingiber officinale*) - gingerolo Noce moscata (*Mynstica fragrans*) - safrolo e ministicina Vaniglia (frutti essiccati e fermentati di *Vanilla plantifolia*) -- vanillina **[ACIDO SALICILICO]** L\'**acido salicilico** è un acido organico debole, alternativamente conosciuto come\ **acido 1-idrossibenzoico**. Appartiene alla classe degli *acidi benzoici* sostituiti e alla vasta famiglia dei fenoli. Estratto per la prima volta dalla corteccia del *Salix alba (S*alice bianco, attorno 1880). Veniva usato come cicatrizzante. Usato come antipiretico e antinfiammatorio. Alimenti naturalmente ricchi di acido salicilico sono: le albicocche (3 mg/100g),\ il ribes rosso e nero (5 mg/100g), la cicoria (1 mg/100g), le arance (2,4 mg/100g), l\'ananas (2 mg/100g) i lamponi (5 mg/100g). **[ACIDO ACETILSALICILICO]** Per sostituzione dell\'ossidrile fenolico con un acetile si ottiene l\'acido acetilsalicilico (PA Aspirina). E' universalmente utilizzato come anti-infiammatorio non steroideo e lenitivo di numerosi disturbi. Ha proprietà **cheratolitiche** (sciogliere lo strato corneo dell'epidermide): in medicina contrastare ipercheratosi come calli e verruche, in cosmetica e/o medicina estetica come esfolianti per il trattamento di pelle del viso acneica o che presenta imperfezioni e comedoni. COMPOSTI AZOTATI ---------------- I **composti azotati** sono, come dice la parola stessa, metaboliti secondari che **contengono un atomo di azoto** nella loro struttura chimica. La maggior parte di questi composti sono sintetizzati a partire da **amminoacidi comuni**. Tra questi composti troviamo - i **glicosidi cianogeni**, - gli **alcaloidi**, - i **glucosinolati**. **[ALCALOIDI]** Gli alcaloidi sono sostanze organiche azotate, composti ciclici basici (eterociclici), insolubili in acqua, con gli acidi formano sali idrosolubili di acidi organici e inorganici (Acido malico, citrico, succinico\...) e sono incolori. Hanno sapore amaro e generano negli animali sensazioni sgradevoli. Molti hanno valore farmacologico. funzione di: - difesa - riserva di azoto - prodotti di rifiuto di azoto - regolazione della crescita e della germinazione del seme Gli alcaloidi sono quindi molecole eterogenee ma con azoto incluso in un anello eterociclico (ad eccezione degli alcaloidi amminici che non presentano anelli azotati). Possono essere raggruppati in base alla natura dell'anello che li caratterizza. Generalmente si preferisce la nomenclatura che deriva dal loro impego terapeutico.  Vengono sintetizzati a partire da amminoacidi (lisina, tirosina, triptofano etc.).\ In alcuni casi, una buona parte dello scheletro carbonioso deriva dalla via dei terpeni. **DISTRIBUZIONE:** - Carenti nelle Monocotiledoni, nelle Gimnosperme e Pteridofite. - Abbondanti nelle dicotiledoni famiglie: Papaveraceae, Solanaceae, Apocinaceae, Papilionaceae, Ranunculaceae, Rubiaceae, Rutaceae\... **ALCALOIDI NELLE DICOTILEDONI** **[Solanacee]** - Atropina (*Atropa belladonna, Hyosciamus niger)* - Nicotina (*Nicotiana tabacum)* - Solanina (*Solanum tuberosum*) nella patata (\ basse dosi Sintomatologia intossicazione Xantopsia (visione itterico, giallo), nausea, vomito, aritmia (bradicardia), arresto caridiaco, morte FITOESTRATTI E FITOCOMPLESSI, ALTERNATIVE AGLI ANTIBIOTICI ========================================================== Antibiotico = contro la vita Sono preparati farmaceutici in grado di inibire la crescita di batteri **patogeni:** - **BATTERIOSTATICI**: bloccano la crescita del batterio. - **BATTERICIDI**: che determinano la morte del batterio. Gli antibiotici sono una risorsa non rinnovabile. Come combattere l'antibiotico resistenza: - **Ridurre l'uso di antimicrobici** attraverso la definizione di obiettivi, responsabilizzare i veterinari, arrivare alla totale abolizione dell'impiego degli antimicrobici in prevenzione - **Rimpiazzare gli antimicorbici con soluzioni alternative:** testare e studiare soluzioni alternative come probiotici, prebiotici, batteriofagi e acidi organici. - **Ripensare il sistema delle produzioni animali**: migliorare la prevenzione e il controllo delle malattie negli animali, valutare i sistemi di allevamento e formare **FITOCOMPLESSO:** Insieme dei componenti chimici di una pianta, risultante dalla naturale combinazione del principio attivo con altre sostanze, terapeuticamente inattive (per es., cellulosa) o con attività di natura diversa, ma che globalmente conferiscono alla pianta le specifiche proprietà terapeutiche per cui viene utilizzata. I principi attivi presi singolarmente, infatti, possono rivelarsi meno efficaci o con effetti diversi da quelli della pianta nel suo complesso. **Fitocomplesso vs principio attivo** - Funzioni biologiche complementari (su funzioni, organi o organismo) - Funzioni biologiche sinergiche - Proprietà nutritive: maneggevole. - Effetto *in vivo*: risultato di molti PA