Semioquímicos - Moodle

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Química dos Produtos Naturais
Semioquímicos
Semioquímicos
Os seres vivos são sujeitos a condições ambientais adversas às quais têm de se adaptar para
sobreviver. Parte desta estratégia adaptativa leva à produção de metabolitos secundários. A
ecologia química pretende identificar os mediadores químicos envolvidos nas relações/interacções
inter- e intra- espécies e procura mostrar como é que estas relações afectam o modo de vida dessas
espécies. Os produtos químicos que servem de agentes de comunicação entre organismos, quer
sejam da mesma ou de espécies diferentes, têm o nome de semioquímicos (ou infoquímicos),
termo que deriva do grego semion que significa marca ou sinal.
Os semioquímicos podem ser classificados em dois grandes grupos, as feromonas e os
aleloquímicos:
Feromonas
sexuais
de agregação
de trilho
de território
de oviposição
inibidoras
de alarme
Semioquímicos
Aleloquímicos
alomonas
sinomonas
cairomonas
As feromonas são substâncias produzidas e libertadas no ambiente por organismos vivos com a
finalidade de serem detectadas por indivíduos da mesma espécie, que produzem uma reacção
comportamental específica como por exemplo: as feromonas sexuais promovem a atracção entre
machos e fêmeas; as feromonas de alarme produzem um estado de alarme preparando o indivíduo
para a presença de um predador; as feromonas de trilho marcam o caminho entre o local onde a
colónia se estabeleceu e uma fonte de alimento; as feromonas de agregação fazem com que os
elementos de uma mesma colónia se juntem e as feromonas de oviposição marcam o local onde os
ovos foram depositados. Alguns insectos utilizam os metabolitos secundários das plantas de que se
alimentam para, através do seu próprio metabolismo, os transformar em feromonas.
Os aleloquímicos são substâncias químicas utilizadas entre espécies diferentes. Podem ser
divididos entre três tipos de substâncias: alomonas quando beneficiam a espécie emissora,
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cairomonas quando beneficiam a espécie receptora e sinomonas quando beneficiam ambas as
espécies envolvidas, a espécie emissora e a espécie receptora. As alomonas são geralmente
compostos utilizados na defesa da espécie. A figura abaixo resume o que atrás se disse1
Os semioquímicos estão envolvidos em vários tipos de interacção mas as mais estudadas referemse às interacções entre plantas e insectos, entre insectos e entre plantas.
1. Interacção planta-animais
A evolução conjunta de plantas e animais que se verifica ao longo de milhares de anos levou ao
desenvolvimento de vias biossintéticas para a produção de substâncias tóxicas ou com sabores
desagradáveis (alomonas).
O exemplo mais óbvio deste tipo de compostos são os glicósidos cianogénicos, que, por hidrólise,
se decompõem na boca dos mamíferos herbívoros libertando ácido cianídrico. Um exemplo deste
tipo de compostos é a durrina (ing. dhurrin) (Figura 2.1), presente no fruto das plantas jovens da
espécie Sorghum vulgare que cresce no Egipto*
1
Paulo H. G. Zarbin, Mauro A. C. M. Rodrigues, Eraldo R. Lima, Feromônios de insetos: tecnologia e desafios para uma agricultura
competitiva no Brasil, Quim. Nova, Vol. 32, No. 3, 722-731, 2009
*Em Portugal continental aparece espontaneamente o Sorghum halepense e é cultivado o S. technicum, entre outros. O sorgo, ou milho
miúdo, é utilizado como forragem e no fabrico de bebidas alcoólicas.
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H
Oglucose
CN
HO
Figura 2. 1 – Durrina, glicósido cianogénico
A maior parte dos alcalóides são também desagradáveis ao paladar e a presença na planta de
certos compostos, como por exemplo a nicotina, evita que os herbívoros a comam pois esta sabelhes mal. Sabe-se que a planta do tabaco selvagem (Nicotiana sylvestris) quando é atacada por
insectos aumenta a produção de nicotina cerca de 3 a 4 vezes a quantidade usual, o que é o
suficiente para os afastar. A nicotina é um insecticida potente, e também um veneno letal para o
homem. A nicotina é utilizada em grandes plantações sendo o modo de aplicação a pulverização
aérea. No entanto existem alguns insectos (Manduca sexta) que conseguem ultrapassar este
mecanismo de defesa da planta, pois ao alimentar-se das folhas evitam danificar a nervura e assim
a planta não desencadeia o mecanismo de produção de mais nicotina
Outros compostos têm acção antifágica i.e. enfastiantes alimentares (em inglês antifeedant) ou
seja, fazem com que os insectos que comem essas plantas deixem de se alimentar e morram de
fome. Alguns destes compostos têm também influência no desenvolvimento das larvas. Este é o
caso de um certo tipo de abeto (Abies balsamia) que produz um composto, a juvabiona (Figura 2.2)
que tem a capacidade de impedir a metamorfose da larva, ou seja, as larvas crescem mas nunca se
tornam adultas e acabam por morrer.
H
O
MeO2C
Figura 2.2 - Juvabiona
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Nem sempre as plantas utilizam os semioquímicos para afastar os insectos. Existem também
numerosos casos de plantas que produzem compostos aromáticos, por exemplo monoterpenos,
para atrair os insectos na altura da polinização. Os insectos são atraídos por estes aromas
(alomonas) e poisam na flor ficando então com as patas e o abdómen cobertos de pólen. Ao
visitarem uma outra flor deixam cair este pólen nesta nova flor promovendo assim a polinização. O
processo repete-se nas várias flores em que o insecto vai poisando.
2. Interacção insecto-insecto
A maior parte dos insectos comunicam entre si por meio de compostos químicos, de estruturas
bastante simples, chamados de feromonas. As feromonas podem ter uma função sexual e neste
caso são produzidas pelas fêmeas e libertadas para atrair os machos. Exemplos de feromonas
sexuais são o acetato de 7(Z)-dodecenilo produzido pela mosca da couve (Trichoplusia ni) e pela
mosca da soja (T. includens). As feromonas podem ter uma função social como é o caso das
feromonas de trilho libertadas pelas formigas e pelas térmitas e que servem para marcar o caminho
para os outros elementos da colónia desde o formigueiro, ou termiteiro, até à comida. Exemplos
deste tipo de feromonas encontram-se apresentados na Figura 2.3.
As feromonas de alarme são também usadas como um aviso de perigo como é o caso das formigas
que em caso de ataque libertam uma mistura de várias pentanonas, neral e geranial, para avisar o
formigueiro da situação de perigo.
Me
OH
N
H
CO2Me
CO2Me
N
Me
Figura 2.3– Feromonas sociais de alguns insectos
3. Interacção planta-planta
Muitas plantas produzem certos compostos químicos, principalmente monoterpenos, que libertam
para o ar e que têm como efeito impedir a respiração das outras plantas. Outras plantas libertam
pelas raízes compostos como a juglona (nogueira) ou a gramina (trigo) (Figura 2.4) que são
inibidores da germinação. A juglona existe na nogueira na forma de um glicósido que não é tóxico e
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que é exsudado pela casca. Este glicósido, quando chove é arrastado pela chuva para o solo onde é
hidrolisado à juglona livre. Esta sim, é tóxica e impede o crescimento de outras plantas.
Este fenómeno, inibição da germinação das sementes ou do crescimento das plantas vizinhas
através da produção de metabolitos secundários, é conhecido por alelopatia.
O
OH
NMe2
N
H
O
(1)
(2)
Figura 2.4 – Juglona (1) e gramina (2)
4. Metabolitos de “stress”
Certas plantas quando infectadas por microrganismos respondem a esta infecção produzindo novos
metabolitos secundários aos quais se dá o nome de fitoalexinas (Figura 2.5). Muitos destes
compostos possuem propriedades antivirais ou antifúngicas.
O
O
O
O
OH
O
O
(1)
(2)
O
MeO
OH
O
O
(3)
O
Figura 2.5 – Exemplos de algumas fitoalexinas: wyerona (1) (feijoeiro), ipomearona (2) (batata
doce) e pisatina (3) (ervilheira)
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5. Interacção animal-animal
Muitos animais são capazes de produzir alomonas que armazenam em glândulas e que libertam
como defesa quando são atacados. Alguns sapos, por exemplo, produzem na pele um composto a
batracotoxina que é muito venenoso (Figura 2.6).
Me
Me
OCO
HO
NH
Me
HO
NMe
O
O
H
Figura 2.6 – Batracotoxina
Um outro exemplo é ode uma certa variedade de polvo que existe nas águas da Austrália que
apesar de ser apenas do tamanho de uma bola de ténis liberta, ao ser agarrado, uma toxina mortal.
Outros animais, como certas esponjas e certas espécies de tubarões, produzem compostos com
propriedades antimicrobianas ou antifúngicas (Figura 2.7, 1 e 2 respectivamente).
NMe2
Br
- OSO
3
N
H
Br
(1)
H2N+
+
NH2
+
NH2
H
H
OH
(2)
Figura 2.7 – Metabolitos secundários antimicrobianos (1) e antifúngicos (2)
Os mamíferos, tal como os outros animais, também produzem feromonas. O próprio homem
também as produz. Um composto bastante curioso é o esteróide androstenol (5--androst-16-en3-alfa-o)l (Figura 2.8) que é produzido tanto pelos homens como pelas mulheres, em quantidades
superiores por estas pouco antes da ovulação. As mulheres são mais sensíveis ao odor deste
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esteróide do que os homens. Há evidência de que o odor deste esteróide afecta a calendarização
do ciclo menstrual sendo responsável pelo sincronismo que se verifica em famílias com muitos
elementos femininos e em instituições onde vivam muitas mulheres, como é o caso de residências
universitárias, acampamentos, prisões, etc.
H
H
HO
H
H
Figura 2.8 - 5--androst-16-en-3-alfa-ol
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