Fotossíntese

Universidade Federal do Paraná
Setor de Ciências da Saúde
Curso de Farmácia
Disciplina de Fitoquímica III – MB045
Estágio em Docência I - Mestranda: Mariáh BRANDALISE BARIL –
Orientadora: Profª Drª Tomoe NAKASHIMA
BIOSSÍNTESE DE METABÓLITOS VEGETAIS
ORIGEM
A biossíntese dos metabólitos vegetais constitui-se de um extenso processo bioquímico que se
inicia com a fotossíntese, onde são produzidos os compostos orgânicos (açúcares) necessários à
manutenção da vida do vegetal. A partir destes é que se dará a produção dos demais constituintes.
Neste contexto, é importante diferenciar, quanto ao metabolismo:
Metabólitos primários: Compostos químicos essenciais à vida vegetal: carboidratos, proteínas,
lipídios e ácidos nucléicos.
Metabólitos secundários: Compostos provenientes do metabolismo primário.
Embora não sejam essenciais à vida vegetal podem propiciar vantagens à sua sobrevivência. Ex: um
alcalóide venenoso ou um tanino adstringente que evitam que a planta seja ingerida por algum
predador.
Além disso, estes podem exercem efeitos fisiológicos no ser humano quando testados em
testes biológicos, podendo, desta forma, serem denominados de metabólitos bioativos, por
apresentarem uma atividade biológica (ex: atividade analgésica, antiinflamatória, antimicrobiana).
Portanto, tratam-se de potenciais substâncias bioativas, o que justifica o interesse no estudo destas
estruturas.
Como cada vegetal (classe, família e espécie) possui um característico arsenal metabólico os
metabólitos secundários não serão iguais em todos vegetais.
Fotossíntese
Síntese de compostos orgânicos (açúcares) a partir de compostos inorgânicos (CO2 e H2O),
utilizando energia (luz).
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Neste processo, o gás carbônico é fixado na forma de moléculas de alto conteúdo energético,
os açúcares. Isto ocorre por meio da sua redução através de reações que consomem NADPH e ATP, que
são inicialmente sintetizados nas membranas dos tilacóides na fase clara da fotossíntese.
Fase luminosa: Absorção de luz Formação de ATP, NADPH e O2.
Ocorre na membrana dos tilacóides, por meio da absorção da luz pelos pigmentos fotossintetizantes,
como a clorofila.
Clorofila: absorção de fótons de luz solar elétrons excitados (salto de elétrons de nível de maior
energia para de menor energia transporte de elétrons (complexo clorofila-proteínas especializado) reduções/oxidações (formação de ATP e O2).
Fase escura: Redução do CO2 Formação de Açúcares. O NADPH e o
ATP formados durante as reações luminosas fornecem energia para a redução do carbono Fase também
denominada de Ciclo de Calvin, em que o CO2 e água são combinados com a ribulose-1,5-bifosfato, por
intermédio da enzima RUBISCO (ribulose-1,5-bifosfato carboxilase/oxigenasse) formando 2 moléculas
de 3-fosfoglicerato, as quais são reduzidas e convertidas a um açúcar de 3 carbonos, o gliceraldeído 3
fosfato. Este pode ser convertido à diidroxicetona fosfato (ambos açúcares) dos quais vão derivar os
demais açúcares (de 4, 5, 6 e 7 carbonos).
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ROTA BIOSSINTÉTICA DOS METABÓLITOS BIOATIVOS
A formação dos metabólitos secundários bioativos ocorre a partir do metabolismo da glicose
através de dois intermediários principais: ácido chiquímico e acetil-CoA. Existem metabólitos que ainda
podem ser formados a partir destes dois compostos, por um via mista.
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PRINCIPAIS CLASSES DE METABÓLITOS BIOATIVOS
Via do Ácido chiquímico
O ácido chiquímico é formado pela condensação de dois metabólitos da glicose: o
fosfoenolpiruvato (glicólise) e eritrose-4-fosfato (ciclo das pentoses).
O vegetal utiliza esta via inicialmente para a síntese dos aminoácidos aromáticos (triptofano,
fenilalanina e tirosina). A partir da perda do grupo amino da fenilalanina e da tirosina há a formação de
um importante composto, o ácido cinâmico. Este ácido é o composto que leva a formação de uma série
de metabólitos secundários denominados de fenilpropanóides.
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Dentro da classe dos fenilpropanóides têm-se as ligninas, lignanas e cumarinas, além de alguns
aldeídos e álcoois que podem fazer parte de óleos essenciais.
Os taninos, especificamente os hidrolisáveis, são outro grupo de compostos formados nesta via.
São oriundos de um produto do ácido chiquímico, o ácido gálico, que unindo-se a unidades de açúcares
leva a formação destes taninos.
Ainda, a partir dos aminoácidos aromáticos pode-se obter os respectivos alcaloides, peptídeos,
proteínas, entre outros.
FENILALANINA
TIROSINA
ÁCIDO CINÂMICO
Derivados do ácido chiquímico
- Alcalóides
Derivados do triptofano: alcalóides indólicos e quinólicos
Ácido chiquímico
corismato
antranilato
TRIPTOFANO
Derivados da fenilalanina e tirosina: Protoalcalóides, alcalóides isoquinolínicos, alcalóides
benzilisoquinolínicos
FENILALANINA
Ácido chiquímico
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corismato
Prefenato
PROTOALCALÓIDE
ISOQUINOLINA
BENZILISOQUINOLINA
Efedrina
- Fenilpropanóides, Cumarinas, Lignanas e Ligninas
- Taninos Hidrolisáveis
Formados pela união de 2 moléculas de ácido gálico e/ou seus derivados com uma molécula de
açúcar.
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Via do Acetil-CoA
Esta via é subdividida em 3 vias:
Via do mevalonato
Também denominada de via do isopreno. Nesta via ocorre a união de 3 moléculas de acetilCoA, com perda de um CO2, formando uma estrutura com 5 carbonos denominada de isopreno. Esta
estrutura pode unir-se com outra molécula de isopreno, levando ao aumento da cadeia em números
múltiplos de cinco.
A partir destes compostos derivados do isopreno podem ser formados diversos metabólitos
secundários como os componentes mono e sesquiterpenos de óleos essenciais, carotenoides,
triterpenos, esteróides, componentes da borracha, entre outros.
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AcetilCoA
AcetoacetilCoA
Ácido Mevalônico
ISOPRENO ATIVO
MONOTERPENOS
SESQUITERPENOS
DITERPENOS
(10 C)
(15 C)
(20 C)
- Óleos essenciais ou voláteis: monoterpenos e sesquiterpenos
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- Saponinas:
Saponinas
Triterpênicas
Saponinas
Esteroidais
- Heterosídeos cardiotônicos: núcleo originado do colesterol, pela ciclização do esqualeno.
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Via do ciclo de Krebs
Leva à formação de diversos aminoácidos não aromáticos e seus respectivos alcalóides.
- Alcalóides
Derivados da ornitina: pirrolidínicos, tropânicos e pirrolizidínicos
Derivados da lisina: piridínicos, piperidínicos, quinolizidínicos
Via dos policetídeos
Provêm da condensação de moléculas de acetil-CoA. Esta pode ocorrer de maneiras distintas:
condensação direta (sem redução) e ciclização, originando estruturas aromáticas, como por exemplo as
antraquinonas. Ou então redução com desidratação levando à formação dos ácidos graxos.
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Via Mista
Esta via resulta de uma mistura de componentes da via do ácido chiquímico com componentes
da via do acetil-CoA.
Advêm desta via os flavonóides, que para serem sintetizados requerem um precursor da via do
ácido chiquímico (4-cumaril-CoA), com um precursor da via do acetil-CoA (malonil-CoA), formando uma
chalcona que é a unidade inicial, formadora dos demais tipos de flavonoides.
Por esta via também se dá a síntese dos taninos condensados, por ligações de unidades de
flavonoides, e também alguns tipos de antraquinonas.
- Antraquinonas
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- Flavonóides
Unidade fenilpropanóide
- Taninos condensados: formados pela condensação de unidades de flavonóides
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Importância dos Metabólitos Bioativos
Importância comercial
Indústria farmacêutica: antiinflamatórios, analgésicos, antimicrobianos, antioxidantes
Indústria de alimentos e cosméticos: conservantes, antioxidantes
Importância para o vegetal
Defesa contra herbívoros e micro-organismos patogênicos
Proteção contra raios UV
Suporte estrutural: lignina
Pigmentos: antocianidinas
Atração de polinizadores
Fatores que influenciam a formação dos metabólitos secundários:
Genético: diferenças na composição e/ou teor de metabólitos secundários em função da
hereditariedade (Ex: composição do óleo essencial de espécies de Eucalyptus)
Ontogênico: variação em função do estágio de desenvolvimento
Ex: teor de morfina na Papoula
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Pico de duas a três semanas após a floração
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Se colhida antes apresenta outros alcalóides (tebaína e codeína)
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Se colhida depois apresenta decomposição da morfina
Ambiental: em função de condições climáticas, de nutrientes, entre outros.
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Ex: Plantas produtoras de alcalóides apresentam concentrações mais altas desses compostos
em regiões com solo rico em nitrogênio
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