Via do Acetato-Malonato

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Via do Acetato-Malonato

Prof. Marcelo J. Pena Ferreira

BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016

CO2 + H2O GLICOSE PIRUVATO 3-FOSFOGLICERATO (3-PGA) VIA DO METILERITRITOL-FOSFATO (MEP) ACETIL-CoA VIA DO ACETATO-MEVALONATO TERPENÓIDES MONOTERPENOS (C10) SESQUITERPENOS (C15) DITERPENOS (C20) TRITERPENOS (C30) ESTERÓIDES CAROTENÓIDES CICLO DE KREBS VIA DO ACETATO-MALONATO DERIVADOS DE ÁCIDOS GRAXOS CUTINA SUBERINA CERAS FOSFOENOLPIRUVATO ERITROSE-4-FOSFATO VIA DO CHIQUIMATO SUBSTÂNCIAS FENÓLICAS SUBSTÂNCIAS FENÓLICAS AMINOÁCIDOS AROMÁTICOS AMINOÁCIDOS ALIFÁTICOS METABÓLITOS NITROGENADOS ALCALOIDES GLICOS. CIANOGÊNICOS GLUCOSINOLATOS POLIAMINAS FLAVONÓIDES

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• Precursora de policetídeos: cadeias poli-



-ceto

• Compreende as seguintes classes de metabólitos:

• Ácidos graxos;

• Poliacetilenos;

• Prostaglandinas;

• Antibióticos macrolídeos;

• Várias substâncias aromáticas:

xantonas, antraquinonas, tetraciclinas....

Via do acetato-malonato

Formação da cadeia poli--ceto: ocorre com a carboxilação da Ac-CoA à malonil-CoA (na presença de ATP, HCO₃-_{e coenzima biotina)}

acetil-CoA -CO2

malonil-CoA

acetoacetil-CoA _poli-__-ceto-éster

malonil-CoA -CO2

aromáticos

macrolídeos ácidos graxos sem redução dos

grupos ceto desidratação redução/ ceto reduzidos todos grupos -cetoéster hidroxiéster

redução desidratação

éster conjugado redução

éster reduzido

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Via do acetato-malonato – Ácidos graxos e derivados

1. Ácidos graxos

Biossintetizados pela enzima ácido graxo sintase (do inglês: FAS) Animais e fungos: FAS tipo I – proteína multifuncional com sete domínios funcionais

Plantas e bactérias: FAS tipo II – conjunto de enzimas separadas codificadas por sete genes diferentes

Malonil-CoA Malonil-CoA

acetil-CoA acetil-CoA

Unidade

Iniciadora Unidades extensoras Ácido palmítico (16:0) Iniciadora Unidade Unidades extensoras Ácido esteárico (18:0)

Via do acetato-malonato – Ácidos graxos e derivados

Frequentemente possuem n° par de C e esterificados ao glicerol

Triglicerídeos: Lipídeos de reserva de plantas oleaginosas Geralmente presentes em:

Sementes: legumes, cereais, palmeiras; Frutos: oliva, abacate G L I C E R O L ÁCIDO GRAXO ÁCIDO GRAXO ÁCIDO GRAXO

Importante reserva energética para o embrião

Saturados

Aves e mamíferos Insaturados Graxas e gorduras Vegetais: óleos

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Espécies vegetais e peixes contém predominantemente triglicerídeos de ácidos graxos insaturados.

Ácido oleico - 18:1 (9c)

Espécies de clima frio produzem % de ácidos graxos poliinsaturados 

manter a fluidez.

Óleo de Colza – Brassica napus

[ ] C20, C22 (ácido erúcico) e de

glicosinolatos

Variedades genetica//e modificadas: Canola “Canadian oil low acid”

% de -3 e -6

Via do acetato-malonato – Ácidos graxos e derivados

Organismos eucariontes: 9_-desaturase Espécies vegetais

Ácido oleico - 18:1 (9c)

Espécies animais – dieta: ácido linoleico

prostaglandinas tromboxanos

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Oenothera biennis – Onagraceae

Sementes: óleo de prímula

Óleo: suplemento alimentar

glicerídeos de ácido -linolênico (7-14%) glicerídeos do ácido linoleico (65-80%)

Usos adicionais:

tratamento tensão pré-menstrual esclerose múltipla

mastalgia

Dilinoleil--linolenil-glicerol: tratamento da neuropatia e retinopatia relacionadas ao diabetes

Ricinus communis - Euphorbiaceae

ácido oleico ácido ricinoleico oleato 12_-hidroxilase PL: fosfolipídio  ácido undecenóico

Óleo de rícinio: purgante, base de emolientes e fabricação sabões

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Fosfolipídeos: Componentes estruturais de membranas celulares; Constituído por diacil-éster do glicerol 3P: ácido fosfatídico O grupo fosfato pode estar ligado a colina, etanolamina, serina, mioinositol formando fosfatidilcolina , ...

Fosfatidilcolina: lecitina

Lipossomos: potencial interesse em sistemas “drug delivery”.

PAF (fator agregação plaquetária): ativa plaquetas sanguíneas; contribui para efeitos como trombose, alergias e inflamações.

Via do acetato-malonato – Ácidos graxos e derivados

2. Ceras cuticulares

Constituída por longas cadeias alifáticas tais como n-alcanos, alcoóis graxos (1° e 2°), aldeídos e cetonas, ácidos graxos livres e ésteres. Também encontrados: triterpenos e esteróides.

Lamela média (pectinas) Parede celular 1ª Cera epicuticular

Matriz de cutina

Matriz de cutina “embebida” por ceras:

Cera intracuticular

Capa cuticular: cutina + celulose aderida a lamela média

Cutícula (cutina + ceras): Um dos fatores para a

conquista do ambiente terrestre

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Via do acetato-malonato – Ácidos graxos e derivados

Cutícula

Constituída por cutina (biopolímero de estéres de ácidos graxos C₁₆ ou C₁₈) e 2 tipos de ceras:

 epicuticular: depositada sobre a superfície da cutina  intracuticular: incorporada a matrix de cutina

...O-(CH2)15-C-O-(CH2)9-CH-(CH2)7-C....

(CH₂)₇-CH-(CH₂)9-O-C-(CH₂)₇-CH-(CH₂)₉-O-C....

O... O...

Estrutura parcial da molécula de cutina

Cutina: Principal constituinte da cutícula que recobre as paredes celulares externas da epiderme dos órgãos aéreos

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Funções da Cutícula

A: Redução da perda de água não estomática e difusão de gases;

B: Evita acumulação de água e pó; E: Camada fotoprotetora; C: Participa da interação planta-inseto; F: Promove suporte mecânico D: Participa da tradução de sinais para ativação de genes específicos;

Hidrofobicidade da cutícula depende da composição relativa das frações de hidrocarbonetos, álcoois e aldeídos (mais relacionada com as ceras);

Fig. 3 – Evaporation rates (E) in Whatman paper discs impregnated with constituents separated from foliar epicuticular waxes of species from caatinga and cerrado. Empty symbols correspond to triterpenoids. () ursolic acid, () hentriacontan-16-one, () lupeol, () lupeol + β-amyrin, () epifriedelinol, ()n-alkanes. Values correspond to means ± sd (n = 30), obtained at 25◦C and 65% relative humidity.

alcanos são mais eficientes que terpenóides como barreiras a perda de água

Oliveira et al. Epicuticular waxes from caatinga and cerrado species and their efﬁciency against water loss. Anais da Academia Brasileira de Ciências (2003) 75(4): 431-439

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Via do acetato-malonato – Ácidos graxos e derivados

3. Poliacetilenos

Obtidos pela desaturação de ácidos graxos insaturados

Atuam como componentes de defesa nas espécies produtoras

Atividades:  Inseticida

 Supressora alimentação de insetos  Fitoalexinas

 Efeitos fototóxicos

ácido oleico - 18:1 (9c)

ácido linoleico - 18:2 (9c,12c)

ácido crepenínico - 18:2 (9c,12a)

ácido deidrocrepêninico - 18:3 (9c,12a,14c)

18:3 (9c,12a,14a)

18:4 (9c,12a,14a, 16a) ácido deidromatricaria - 10:4 (2t,4a,6a,8a)

-oxidação e isomerização

Via do acetato-malonato – Ácidos graxos e derivados

3. Poliacetilenos

Ocorrência: especialmente comuns em Asteraceae e Apiaceae; Fungos basidiomicetos

Geralmente, substâncias altamente tóxicas

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+ de 10.000 ocorrências em Asteraceae

POLIACETILENOS

aromáticos

macrolídeos ácidos graxos sem redução dos

grupos ceto desidratação redução/ ceto reduzidos todos grupos -cetoéster hidroxiéster

redução desidratação

éster conjugado redução

éster reduzido

Via do acetato-malonato – Policetídeos

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Via do acetato-malonato – Policetídeo sintases

Tipos de PKS’s

PKS – tipo I: proteínas multifuncionais muito grandes com domínios funcionais individuais, podendo esses ser iterativos ou não.

Responsáveis: biossíntese de macrolídeos Unidade iniciadora: Ac-CoA ou Pro-CoA Unidade extensora: Mal-CoA ou Me-Mal-CoA Ocorrem: fungos e bactérias

PKS – tipo II: complexo proteínas monofuncionais iterativas. Responsáveis: biossíntese de aromáticos

Unidade iniciadora: pode variar Unidade extensora: Mal-CoA Ocorrem: restritas a bactérias

Ambos tipos utilizam proteínas carreadoras de grupos acila (ACP) para ativar substratos e realizar crescimento intermediário policetídico.

Via do acetato-malonato – Policetídeo sintases

Propionil-CoA

9x malonil-CoA

Tetraciclinas

Acetil-CoA Malonil-CoA Metil-Malonil-CoA Anfotericina B

Macrolídeos

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Tipos de PKS’s

PKS – tipo III: proteínas homodiméricas que empregam os dois sítios ativos funcionalmente independentes para realizar as reações.

Responsáveis: biossíntese de vários PN aromáticos Ocorrem: fungos, bactérias e espécies vegetais Unidade iniciadora: variável

Unidade extensora: Mal-CoA

Subtipos de acordo com o iniciador:

Benzoil-CoA: bifenil-sintase (BIS) e benzofenona-sintase (BPS) Coumaroil-CoA: chalcona sintase (CHS) e estilbeno sintase (STS) Antraniloil-CoA: acridona sintase (ACS); ...

Somente utilizam ésteres de CoA ao invés de ACP para realizar crescimento intermediário policetídico.

Via do acetato-malonato – Policetídeo sintases

Evolução das PKS-III

 Diversidade: relacionada modificações fora da tríade catalítica

Reação inicial Descarboxilação do malonil Extensão policetídica

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 duplicação e posterior refuncionalização gene  chave para explicar a diversidade metabólica

Phytochemistry 2009, 70, 1719-1727

PKS-III funcionalmente diferentes de CHS

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acetil-CoA malonil-CoA poli--cetoéster Caminho B Caminho A ácido orselínico acetofenonas Iniciador: Acetil-CoA

Via do acetato-malonato – Policetídeos aromáticos

1. Antraquinonas

Crisofanol-antrona Crisofanol

Aloe-emodina Reína

Produzidas por espécies vegetais e fungos Famílias: Fabaceae, Rhamnaceae,

Polygonaceae, Xanthorrhoeaceae

acetil-CoA malonil-CoA 7x

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Via do acetato-malonato – Policetídeos aromáticos

Senosídeos: Cassia angustifolia e C. senna

Estimulam movimento peristáltico do intestino Cascarosídeos: Rhamnus purshianus

Reína antrona

tautomerismo ressonância

Reína diantrona Senosídeo A/B

Acoplamento

radicalar O-glicosilação

Via do acetato-malonato – Policetídeos aromáticos

Xanthoria parietina

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Hypericum perforatum – Hypericaceae : Erva de São João: Antidepressivo

Emodina Emodina antrona

Hipericina

Hiperforina Floroglucinol

MEP ou MEV

Via do acetato-malonato – Policetídeos aromáticos

2. Floroglucinóis : precursor aas.

Hiperforina 3x malonil-CoA Isobutiroil-CoA Floroisobutirofenona DMAPP DMAPP GPP Isovaleroil-CoA _{Floroisovalerofenona} Deoxiumulona Humulona 3x malonil-CoA

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Via do acetato-malonato – Policetídeos aromáticos

3. Benzofenonas e Xantonas : precursor benzoil-CoA.

benzofenona

-mangostin benzoil-CoA

malonil-CoA

Fenilalanina: chiquimato

Distribuídas principalmente em Clusiaceae e Gentianaceae

preniladas polioxigenadas

MEP ou MEV

BPS

Via do acetato-malonato – Policetídeos aromáticos

4. Flavonóides e Estilbenos: precursor coumaroil-CoA.

Chiquimato p-coumaroil-CoA 3x malonil-CoA Estilbeno Flavonóide Chiquimato Chiquimato Acetato-Malonato Acetato-Malonato

BIOSSÍNTESE MISTA !!!

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Referências Bibliográficas

• P.M. Dewick, Medicinal Natural Products – A Biosynthetic

Approach. 3th Ed., 2009.