…ma come fa la natura a sintetizzare tutte queste molecole?
I mattoni biosintetici per i metaboliti secondari derivano da
metaboliti primari e sono pochi.
I metaboliti secondari possono essere sintetizzati combinando molti
mattoni biosintetici dello stesso tipo oppure usando una miscela di
mattoni biosintetici diversi.
Una grande varietà di sostanze naturali può essere costruita da un
limitato numero di mattoni di base.
I phytochemical sono sintetizzati dalle piante in maniera costitutiva oppure come
risposta a stress biotici o abiotici; ad esempio, alla prima categoria appartengono
i carotenoidi, alla seconda gli stilbeni
Metabolismo secondario: Molecole di base
Acetilcoenzima A:
Via dell’acetato: fenoli
Acido Shikimico:
Metabolismo secondario: Molecole di base
Acido mevalonico:
Via del mevalonato: terpeni, steroidi
Alcuni amminoacidi, composti amminati
fenilalanina tirosina triptofano
Alcaloidi
I mattoni biosintetici più importanti nella biosintesi dei metaboliti
secondari sono quindi:
l’acetil
coenzima
A
(acetil-CoA),
l’acido
shikimico
e l’acido mevalonico.
Tali molecole vengono utilizzate come unità di accrescimento nelle
vie biogenetiche.
Queste vengono, perciò definite via dell’acetato, via dello
Biogenesi miste: la combinazione di mattoni biosintetici
differenti
Molti metaboliti contengono nella loro struttura una o più unità zuccherine, che possono essere anche semplici metaboliti primari come il glucosio o il fruttosio
Le sostanze naturali sono biosintetizzate attraverso una sequenza di reazioni
catalizzate da enzimi e facilitate da opportuni cofattori (NAD, FAD, UDP, PLP,CoA,
biotina).
Sebbene gli enzimi rendono possibili alcune trasformazioni piuttosto complesse e
talvolta
inaspettate,
è
generalmente
possibile
razionalizzare
attraverso
meccanismi di reazioni ben noti:
1. reazioni di sostituzione nucleofila
2. reazioni di addizione elettrofila
3. reazioni di trasposizione
4. reazione aldolica e di Claisen
5. formazioni di basi di Shiff e reazione di Mannich
6. reazioni di trasaminazione e di decarbossilazione
7. reazioni di ossidazione e riduzione e accoppiamento ossidativo fenolico
9. reazioni di glicosilazione
SITI DI ACCUMULO DEI METABOLITI
SECONDARI
Il vacuolo è rivestito da una membrana detta
TONOPLASTO
• coferimento di un elevato rapporto S/V
• regolazione dell’omeostasi cellulare
• funzione “tappabuchi”
• accumulo di sostanze di rifiuto superflue o dannose
• accumulo di metaboliti di riserva (granuli di aleurone nei semi)
• accumulo di metaboliti secondari con funzioni di relazione
per tenere lontani animali predatori
(sostanze repellenti o poco appetite,)per attirare impollinatori o disseminatori (es. coloranti)
• accumulo di enzimi idrolitici (funzione litica)
• forza motrice per la distensione cellulare grazie al processo osmotico
FUNZIONI DEI VACUOLI
RISERVA DI METABOLITI
Gli acidi organici vengono accumulati nel vacuolo per rimuoverli da citoplasma quando sono in eccesso in quanto possono interferire in varie vie metaboliche
acido malico (mele)
acido citrico (agrumi) acido tartarico (uva) acido fumarico (girasole)
Molti metaboliti organici di riserva vengono accumulati nel vacuolo tra cui pigmenti che conferiscono i colori ai fiori alla frutta etc. (flavonoidi, antociani, flavoni e a volte tannini).
Cellula di uva
Parete cellulare
pectine membranaAntocianine
Tannini glucosio
Esempi
colchicina
e
vinblastina
bloccano
la
proliferazione
cellulare;
atropina
,
scopolamina
,
caffeina
,
papaverina
,
cocaina
,
efedrina
,
morfina
,
nicotina
agiscono a livello del sistema
nervoso centrale e periferico;
stricnina
,
aconitina
hanno
effetti tossici.
colchicina Colchicum autumnale atropina Atropa belladonnaSEGREGAZIONE DI METABOLITI
a) ALCALOIDI:Alcuni METABOLITI SECONDARI vengono riversati nel vacuolo come sostanze di rifiuto anche se vengono poi riutilizzati in altre vie metaboliche.
b) GLICOSIDI: sono composti formati da uno zucchero (il più comune è il glucosio) complessato ad una molecola non zuccherina.
In generale sono sostanze di sapore amaro e abbastanza diffuse. Possono essere anche molto tossici
SEGREGAZIONE DI METABOLITI
Digitalis purpurea
digitossina
b) GLICOSIDI: glicosidi cianogenici che liberano per idrolisi acido cianidrico. presenti nelle mandorle amare, mele, pesche, susine (amigdalina), nel sambuco, nel granoturco e nel sorgo (murrina), in varie Leguminose.
CROMOPLASTI
Sono plastidi colorati per la presenza di
abbondanti pigmenti chiamati
CAROTENOIDI o XANTOFILLE che conferiscono loro i colori giallo, arancione e rosso. Non sono fotosintetici.
Nei cromoplasti è presente un sistema esteso di membrane, non ci sono grana ed i pigmenti possono essere associati alle membrane o essere nello stroma sotto forma di cristalli, corpi filamentosi o goccioline.
Sono presenti in fiori, frutti in maturazione (pomodori, peperoni), foglie senescenti e radici.
SEGREGAZIONE DI METABOLITI
La foto riprodotta mostra una cellula di epidermide di peperone rosso ingrandita 400 volte. I numerosi corpi di colore rosso aranciato sono appunto i cromoplasti.
SITI DI ACCUMULO DEI METABOLITI
SECONDARI
• Apparentemente simili alle normali epidermidi riversano all’esterno
sostanze, in genere oli essenziali petali dei fiori funzione di
richiamo per gli insetti impollinatori
Epidermidi ghiandolari indifferenziate
Convallaria majalis
Sono presenti in molte piante e sono diversi per forma, struttura e funzioni Si originano per estroflessione delle cellule epidermiche (tessuto tegumentale):
PELI O TRICOMI del tessuto tegumentale
Parte epigea
Tricomi non ghiandolari
Tricomi ghiandolari
cellule morte a maturità
Funzione di rivestimento e protezione da agenti:
Abiotici disidratazione, eccessiva illuminazione), biotici (insetti, fitofagi, funghi patogeni), Protezione e dispersione dei semi, Significato tassonomico
peli ghiandolari, uni- o pluricellulari, nei quali tutte o alcune cellule secernono uno o più metaboliti secondari. Questi peli sono costituiti da cellule vive
Tricomi ghiandolari (cellule vive) Funzione di difesa (peli urticanti) Funzione nella riproduzione (nettari)
Funzione di escrezione (ghiandole saline delle alofite) Funzione nella nutrizione (ghiandole digestive)
Funzione di adesione (ghiandole adesive)
Le sostanze elaborate vengono riversate
all'esterno della cellula terminale del
pelo, tra la parete cellulare e la cuticola
che la riveste. Essendo la cuticola molto
fragile, al minimo tocco si rompe facendo
uscire la sostanza prodotta dal pelo
ghiandolare.
Tricomi ghiandolari esterni
camera sottocuticolare di un pelo capitato di geraneo
Il secreto di queste cellule si accumula tra la parete esterna della cellula e la cuticola, formando, una bolla (Lavanda, Timo, Menta).
Origanum vulgare L.
Thymus vulgare L.
Secernono oli essenziali che emanano profumi balsamici a cui è dovuto
l'odore caratteristico della macchia mediterranea
nelle piante aromatiche
Melissa officinalis L. Salvia officinalis L.
Il
prodotto
principale
della
secrezione della Cannabis sativa
(Cannabaceae)
è
il
tetraidrocannabinolo (THC)
Peli urticanti di Urtica dioica (Dicotiledoni)
Questi peli sono costituiti da una cellula ghiandolare (che secerne un liquido irritante) rigonfia alla base, e notevolmente assottigliata all'apice. Le pareti nella porzione apicale sono silicizzate, mentre per il resto sono calcificate. La parte basale della cellula ghiandolare è rivestita e sorretta da un basamento formato da cellule parenchimatiche ed epidermiche.
Squama ghiandolare di luppolo: a in via di sviluppo; b matura, con la cuticola sollevata dall’accumulo di secreto
Humulus lupulus- Cannabaceae
pianta coltivata per la produzione di birra
Squame
ghiandolari
:
hanno
un
peduncolo corto unicellulare e una
testa con numero variabile di cellule,
con o senza camera sottocuticolare
TESSUTI SECRETORI INTERNI
Si dividono in:
1. A cellule isolate o gruppi di cellule
2. Tasche e canali secretori
3. Canali laticiferi
I prodotti secreti permangono all’interno della cellula, localizzate nei vacuoli che possono essere piccoli e numerosi o pochi e grossi
la formazione dell’olio avviene a livello dei
tilacoidi, poi si accumula nel vacuolo che si
gonfia fino ad occupare tutto il volume della
cellula morte della cellula pareti
suberificate
Cellule a oli
TESSUTI SECRETORI INTERNI
a cellule isolate o a gruppi
Cinnamomum camphora
Laurus nobilis
Le tasche ed i canali sono
spazi intercellulari
in cui si riversano e si
accumulano i secreti delle cellule circostanti (epitelio ghiandolare)
Gli escreti sono terpeni volatili, balsami, gommoresine, lattici, gomme o
mucillagini
Le tasche sono cavità sprovviste di una parete propria e in funzione
della natura del secreto si dividono in:
a)
Tasche lisigene
b)
Tasche schizogene
c)
Tasche schizolisigene
d)
Canali resiniferi
TESSUTI SECRETORI INTERNI
Tasche e canali secretori
TESSUTI SECRETORI INTERNI
Tasche e canali secretori
Tasche lisigene
: derivano da gruppi di cellule secretrici che per lisi
originano una cavità ripiena dei prodotti della loro attività
pericarpo degli agrumi Tasca
TESSUTI SECRETORI INTERNI
Tasche e canali secretori
Tasche
schizogene
:
derivano
da
successive divisioni di una cellula madre
e reciproco, mutuo allontanamento
delle cellule figlie che riversano nella
cavità da esse delimitate il secreto
citoplasmatico (es. foglie di eucalipto,
chiodi di garofano).
TESSUTI SECRETORI INTERNI
Tasche e canali secretori
Tasche schizolisigene
: hanno origine
mista. All’inizio si formano come quelle
schizogene ma lo sviluppo è dovuto a
graduale lisi delle cellule secretrici
(Ruta graveolens)
Canali
resiniferi
:
tipici
delle
Gimnosperme. Lunghi tubi circondati
da cellule ghiandolari, che producono
resina che gettano nel canale (canale
schizogeno).
Si trovano in tutta la pianta, disposti
verticalmente e radialmente. Alcune
piante (es. Astragalus gummifer)
hanno la capacità di formare gomma
(polimero isoprenico)
TESSUTI SECRETORI INTERNI
Tasche e canali secretori
Sono costituiti da cellule isolate ed allungate, oppure serie di cellule allungate e fuse assieme in tessuti più complessi con parete cellulosica, poco citoplasma, molti nuclei. Contengono un liquido acquoso chiamato latice (dal latino, latex = succo) che può variare in composizione
TESSUTI SECRETORI INTERNI
Canali laticiferi
Il latice è un liquido acquoso nel quale, disciolte, emulsionate, in sospensione colloidale o anche allo stato solido, sono contenute numerosissime sostanze: zuccheri, acidi organici e inorganici, grassi, mucillagini, tannini, proteine, cere, resine, gommo-resine, glucosidi, oli essenziali, steroli, balsami, carotenoidi, alcaloidi
Di solito il latice è bianchissimo, solo in qualche caso è colorato
Per il forte stato di turgore dei laticiferi, il latice esce abbondantemente quando la pianta subisce una lesione e, all’aria, esso tende ad imbrunire ed a rapprendersi più o meno rapidamente a seconda della sua ricchezza in enzimi ossidanti e in sostanze idrofobe, che si separano, sotto forma di coagulo, lasciando un siero acquoso (facile estrazione)
TESSUTI SECRETORI INTERNI
Canali laticiferi
I laticiferi apociziali o non articolati si formano per divisione ripetuta del nucleo non seguita dalla formazione di pareti di separazione sono costituiti da cellule singole, molto allungate e conformate a tubo lunghi anche parecchi metri
Tessuto laticifero apociziale di Euphorbia sp. (Dicotiledoni)
I Laticiferi sinciziali o articolati
derivano da file longitudinali di cellule sovrapposte le cui pareti trasversali di separazione vengono eliminate, mentre altre vengono perforate o anche rimangono intatte fusione di singole cellule prima separate
Tessuto laticifero sinciziale reticolato (Papaver somniferum)
Il latice secco di
Euphorbia
resinifera
costituisce l’euforbio,
una droga usata in medicina
veterinaria
come
revulsivo,
starnutatorio (contiene acido
euforbico e resine)
Il papavero da oppio (
Papaver somniferum
) contiene un latice che sgorga
in forte quantità dalle incisioni opportunamente fatte sui suoi frutti
immaturi. Contiene circa una trentina di diversi alcaloidi: morfina,
codeina, narcotina, laudanina, papaverina
Esso viene raccolto rappreso sulle pareti stesse dei frutti sotto forma di
un materiale bruno di consistenza cerosa
pani di oppio
SITI DI ACCUMULO DEI
METABOLITI SECONDARI
Da
FARMACOPEA UFFICIALE
La droga contiene una sostanza chimica chiamata “principio attivo” (o
meglio un fitocomplesso), il quale è in grado di sviluppare un’attività
biologica ad azione farmacologica a fini terapeutici (farmaci), benèfici
(probiotici, vitamine,) o tossici (veleni).
DROGA
VEGETALE
SOSTANZA ATTIVA PRINCIPALE
SOSTANZE ATTIVE COMPLEMENTARI
SOSTANZE NON ATTIVE COMPLEMENTARI: i tannini ad esempio ritardano l’assorbimento del p.a.
SOSTANZE NON ATTIVE INDIFFERENTI: sostanze inerti quali i normali costituenti delle droghe vegetali: zuccheri, proteine, sali, etc
SOSTANZE NON ATTIVE INDESIDERATE: sostanze che possono alterare il principio attivo (enzimi), o che possono ostacolare l’estrazione del principio attivo (cere o grassi), o che conferiscono proprietà indesiderate al preparato estrattivo (resine, clorofilla)
SOSTANZE DISOSTEGNO DEI VEGETALI: per esempio cellulosa e lignina che però non sono solubili nei comuni solventi di estrazione E’ l’insieme di tutte le sostanze contenute nella droga
DROGA
VEGETALE
le droghe organizzate sono quelle che presentano una struttura cellulare (radici,
fusti, fiori, foglie, frutti e semi). Conoscendo le loro proprietà e magari
essicandole, si può procedere a varie preparazioni di “somministrazione” della
droghe, come ad esempio infusi, tisane, decotti, impacchi, ecc.
Le droghe non organizzate invece sono elaborati vegetali, fisiologici o patologici
(liquidi, molli o solidi) che non hanno prevalente struttura cellulare (gemme,
succhi, latice)
DROGA
VEGETALE
VALERIANA (VALERIANA OFFICINALIS)
PARTE USATA : radici
PREPARAZIONE FARMACEUTICA CONSIGLIATA: estratto secco nebulizzato e
titolato in acidi sesquiterpenici totali calcolati come acido valerenico min
0,42%(Farmacopea Italiana)
PROPRIETA' TERAPEUTICHE: azione sedativa e ipnoinducente (SNC) e azione
spasmolitica a livello intestinale.
GINSENG (PARAX GINSENG )
PARTE USATA:radice
PREPARAZIONE FARMACEUTICA CONSIGLIATA:estratto secco nebulizzato
e titolato in ginsenosidi totali calcolati come ginsenoside Rg1 min 1,5% (schede ESCOP , OMS),
PROPRIETA' TERAPEUTICA: azione sul SNC miglioramento della memoria,
dell'attenzione , del tono, dell'umore, azione adattogena ai fattori stressogeni esterni. Immunostimolante, ipoglicemizzante, antiossidante.
PASSIFLORA
(PASSIFLORA INCARNATA)PARTE USATA: parti aeree
PREPARAZIONE FARMACEUTICA CONSIGLIATA: estratto secco nebulizzato e
titolato in flavonoidi calcolati come iperoside min 0,3%
PROPRIETA' TERAPEUTICHE: azione sedativa sul SNC, soprattutto a livello dei
centri del sonno e della zona motoria del midollo spinale. Perciò azione sedativa ed ansiolitica, spasmolitica a livello gastroenterico.
CAMOMILLA (
CHAMOMILLA RECUTITA)PARTE USATA: capolini
PREPARAZIONE FARMACEUTICA CONSIGLIATA: estratto secco idroalcolico
ad alto titolo ottenuto per estrazione dei capolini con alcool al 70% con un titolo in apigenina non inferiore all'1,2% .
PROPRIETA' TERAPEUTICA: antinfiammatoria, spasmolitica, sedativa,
cicatrizzante, antibatterica, gastroprotettiva.
DROGA VEGETALE non organizzata: SUCCO
Dall’incisione di una foglia di aloe, si
ottiene una sostanza gelatinosa e
trasparente
(conservata
nei
parenchimi acquiferi) dalle molteplici
proprietà terapeutiche (lassativo)
(Principio attivo) Metabolita secondario
Droga
Droga foglie e sommità fiorite Campo d'impiego Medicinale, fitocosmesi, gastronomia Principi attivi Olio essenziale tannini
Agrumi
:esperidio
epicarpo con tasche Schizolisegene (ghiandole Oleifere)
mesocarpo bianco e spugnoso, endocarpo tappezzato di peli a maturita' carnosi.
Oli essenziali: derivati terpenici
(limonene) aromatizzante, antisettico; Flavonoidi (esperidina, apigenina,
Cianidina) responsabili del sapore degli agrumi.
l termine officinale è un termine esclusivamente procedurale e indica quelle
piante inserite all'interno di elenchi ufficiali come utilizzabili dalle
officine
farmaceutiche
, a prescindere dal fatto che queste piante abbiano o meno
proprietà di tipo medicinale.
PIANTE OFFICINALI
Il termine pianta medicinale indica invece quelle piante che contengono sostanze utilizzabili direttamente a scopo terapeutico o come precursori in emisintesi che portino a sostanze attive.
