Compostos fenólicos e elicitores

2.1.2.1.

Valor acrescentado das plantas ricas em compostos fenólicos

As propriedades dos compostos fenólicos são muito reconhecidas, havendo um número incontável de artigos de investigação e revisão sobre as suas caraterísticas biológicas mas também bioativas. Num artigo de revisão, Quideau et al. (2011) fizeram o levantamento das propriedades químicas e estruturais de toda a classe de compostos fenólicos correlacionando-as com as suas propriedades biológicas, e de que forma é que são expressas quando estes compostos são ingeridos numa base diária, em frutas e vegetais, mas também em bebidas como o vinho tinto e mesmo no chocolate. Concluíram que, apesar da sua fraca solubilidade e biodisponibilidade, estes compostos podem ter efeitos benéficos a longo prazo quando consumidos numa base diária e que a síntese química, ao serviço da comunidade académica e industrial, providencia análogos destes compostos que podem ser introduzidos na alimentação. Os compostos fenólicos

representam hoje em dia a família de compostos mais estudados em todo o mundo pelas suas propriedades bioativas, ocorrendo naturalmente nas plantas e apresentam uma enorme diversidade estrutural e química. Muitos estudos estão ainda direcionados para a sua estrutura química e biológica, bem como para as suas vias biossintéticas (p. ex.: enzimas envolvidas, genes e proteínas) (Boudet, 2007; Cohen & Kennedy, 2010). Por todas estas razões, os compostos fenólicos tornaram-se um alvo apetecível para a técnica de cultura de células e tecidos na procura de compostos com propriedades antioxidantes in

vitro uma vez que, sendo produtos do metabolismo secundário, são produzidos e excretados

pelas plantas em condições de stresse que a cultura in vitro providencia (Matkowski, 2008). Tem também sido dado um ênfase especial à produção de antocianinas in vitro pelas suas reconhecidas propriedades bioativas e também porque estes pigmentos são facilmente degradáveis e polimerizados com alterações de pH (Zhang & Furusaki, 1999). Para além das suas propriedades antioxidantes, os compostos fenólicos têm também interessado aos investigadores pelas suas propriedades anticancerígenas, antifibrinogénicas e também por constituírem conservantes naturais (Quideau et al., 2011; Carocho & Ferreira, 2013).

2.1.2.2.

Vias biossintéticas de compostos fenólicos em plantas e a influência da

elicitação

Nas plantas uma quantidade significativa de carbono e energia são direcionados à produção de moléculas cuja função ainda não é totalmente conhecida. O metabolismo central nas células vegetais é baseado nas vias respiratórias, glicólise e ciclo do ácido cítrico, onde é produzida a vasta maioria das moléculas e compostos envolvidos na sobrevivência e defesa das plantas (Lobo & Lourenço, 2007). Os compostos fenólicos são referenciados como metabolitos secundários uma vez que não estão diretamente relacionados com as funções de crescimento e desenvolvimento do tecido vegetal, e são normalmente encontrados em tecidos e órgãos específicos, e em estágios de desenvolvimento específicos (Buchanan & Jones, 2000).

Existem centenas de compostos fenólicos diferentes em termos de estrutura que, por consequência, apresentam diversas atividades biológicas distintas, dependendo também da concentração em que são consumidas (Karakaya, 2004; Quideau et al., 2011).

A estrutura base dos compostos fenólicos é um anel benzénico com substituintes hidroxilo (Cohen & Kennedy, 2010). Na Figura 4, está representado um sumário da altamente complexa via metabólica dos fenilpropanóides e são descritos alguns dos mais importantes passos para a formação de alguns compostos fenólicos. A via mais importante na biossíntese dos compostos fenólicos é a via do ácido xiquímico no qual uma molécula de ácido fosfoenolpirúvico (PEP) derivado da glicólise e a eritrose-4-fosfato derivada da via das

pentoses fosfato resultam na formação de um açúcar de sete carbonos denominado de DAHP (3-deoxi-O-arabino-heptulosonato fosfato), sendo depois ciclizado e reduzido para formar o xiquímico. A formação do xiquímico é um ponto crítico na formação de compostos fenólicos. É importante notar que a via metabólica do ácido xiquimco está também envolvida na formação de proteínas, metabolitos primários com funções essenciais nos tecidos das plantas e dessa maneira compete diretamente com a formação dos compostos fenólicos (Karakaya, 2004; Cohen & Kennedy, 2010). A partir desta estrutura ocorre a formação dos ácidos fenólicos (ex. ácido protocatecuico e ácido elágico), fenóis simples possuindo apenas um grupo carboxílico e servindo de precursores de outros compostos (Cohen and Kennedy, 2010). Podendo também levar à formação de aminoácidos aromáticos, fenilalanina, tirosina e triptofano, começando a via metabólica dos fenilpropanóides a partir deste momento. A biossíntese dos aminoácidos aromáticos é um exemplo de mecanismo de feedback, significando que uma maior produção direcionada para o triptofano vai induzir um fluxo de carbono para a produção de fenilalanina e tirosina (Verpoorte et al., 1999). Metabolicamente isto é muito interessante, uma vez que a produção de fenólicos mais complexos começa com a desaminação da fenilalanina em ácido cinâmico (diretamente para a produção de cumarinas) e depois a conversão em ácido p-cumárico (também derivado da tirosina). Da produção de ácido p-cumárico pode levar à produção de ácidos hidroxicinâmicos como o ácido cafeico, sendo este isto último convertido na sua forma álcool que depois com a forma álcool do ácido p-cumárico podem levar à produção de lenhina. Pela ação das enzimas CHS (chalconas sintetase), CI (chalconas isomerase) e F3H (flavanona-3-hidroxilase), o ácido p- cumárico é então convertido em flavonoides (ex. quercetina) e flavan-3-óis (direcionado para a produção de proantocianidinas e antocianinas).

Apesar de as plantas produzirem naturalmente compostos fenólicos quando colocadas in vitro, existem muitas situações onde é necessário melhorar essa produção. Devido à breve fase estacionária que as plantas in vitro apresentam, os metabolitos secundários, em geral, produzidos com baixos rendimentos (inibição da ação das enzimas, normalmente apresentada em plantas maturas) (Michael and John, 1985). A elicitação é usada para aumentar a produção e cumulação de metabolitos secundários através de sistemas de produção in vitro, despoletando respostas morfológicas e fisiológicas. Esta estimulação ocorre em resposta a estímulos de stress de compostos sinal que ativam os mecanismos de defesa das plantas (Rea et al., 2011). A elicitação química é conseguida através de fitorreguladores, moléculas sinalizadoras e pela adição de moléculas precursoras. A elicitação física é feita através de irradiação UV, pressão, campos elétricos, concentração de metais pesados, pH e temperatura. Microorganismos, fungos e bactérias, podem funcionar como elicitores biológicos (Mewis et al., 2011; Baenas et al., 2014). A

produção de compostos fenólicos, por exemplo, a enzima que cataliza a reação de desaminação da fenilalanina em ácido cinâmico é PAL (fenilalanina amónia-liase). A atividade desta enzima é estimulada por radiação vermelha e UV (Boudet, 2007), estando por isso presente na cultura in vitro como elicitor físico. Há uma ligação ecológica entre a elicitação e a produção de certos tipos de compostos fenólicos dependendo do propósito destes compostos na cultura. Por exemplo, a produção de antocianinas é altamente influenciada pela quantidade de luz (elicitação física) que incide nos tecidos vegetais, uma vez que estes compostos servem como absorvente de luz e por isso protegem as células dos seus efeitos adversos (Dixon & Paiva, 1995; Zhang & Furusaki, 1999). A produção destes compostos é também conseguida por outro tipo de elicitores físicos, como a temperatura e pH, mas também por adição de percursores e optimização do meio de cultura (elicitação química). A produção de cumarinas, por exemplo, é conseguida através da elicitação biológica, usando microorganismos que induzem a sua produção, uma vez que este tipo de compostos estão relacionados com a proteção dos tecidos vegetais contra ataques de patogénicos.

Figura 4. Via biossintética de alguns compostos fenólicos e a influência da elicitação (Dias et al., 2016).

CO2- Dióxido de carbono; H2O- Água; Acetil- CoA-AcetilCoenzima A; DAHP- 3-Deoxi-O-arabino-heptulosonato fosfato; DHS- 3- Dehidroquinato; BE- Elicitação Biológica; CE- Elicitação química; PE- Elicitação física; As enzimas envolvidas na biossíntese estão marcadas com formas arredondadas a preto tracejado: 1- DAHP sintase (3-Deoxi-O-arabino-heptulosonato fosfato); 2- PAL (Fenilalanina Amónia-liase); 3- CHS (Chalconas sintase), CHI (Chalconas isomerase), F3H (Flavanona-3-hidroxilase); 4- FLS (Flavonol sintase); 5- LAR (Leucoantocianidinas reductase); 6- LDOX (Leucoantocianidina dioxigenase).