Alcaloides y Metabolitos Secundarios: Biogénesis, Propiedades y Diversidad Química

03 Ago

Por profesor
En Biología
Comentarios Ninguno

Metabolitos: Primarios, Intermediarios y Secundarios

Metabolitos Primarios

Carbohidratos
Proteínas
Lípidos
Ácidos Nucleicos

Metabolitos Intermediarios

Monosacáridos
Glucosa, Fructosa
Aminoácidos
Ácidos grasos
Bases nitrogenadas

Metabolitos Secundarios

Alcaloides
Isoprenoides:
- Terpenos
- Aceites esenciales
- Saponinas
- Carotenoides
Derivados Fenólicos:
- Shikimatos:
  - Fenoles y ácidos fenólicos
  - Lignanos
  - Cumarinas
  - Flavonoides
  - Antocianinas
  - Taninos
- Acetatos:
  - Quinonas
  - Antracenósidos

El Ácido Siquímico y su Rol Precursor

El ácido siquímico es un precursor de:

Los aminoácidos aromáticos Fenilalanina y Tirosina.
Indol, derivados del indol y el aminoácido aromático triptófano.
Muchos alcaloides y otros metabolitos aromáticos.
Taninos, Flavonoides y Lignina.

Policétidos: Metabolitos Secundarios con Diversas Aplicaciones

Los policétidos son metabolitos secundarios presentes en bacterias, hongos, plantas y animales. Sus aplicaciones incluyen:

Antibióticos policétidos
Antifúngicos
Citostáticos
Anticolesterolémicos
Antiparasíticos
Promotores del crecimiento animal
Insecticidas naturales

Alcaloides: Definición, Características e Historia

Definición de Alcaloides

Los alcaloides (del árabe al kaly, sosa, y del griego eidos, aspecto, que significa «sustancias que reaccionan con bases» o «parecido a») son sustancias orgánicas nitrogenadas de carácter básico, mayoritariamente de origen vegetal.

Características Generales de los Alcaloides

Compuestos orgánicos
Contienen nitrógeno
Se forman a partir de aminoácidos
Estructura compleja
Origen vegetal
Tóxicos (en muchos casos)
Carácter básico
Actividad fisiológica elevada

Estructura: C, N, H, O. Grupo funcional principal: Amino.

Historia del Conocimiento Químico de los Alcaloides

Su química se ha desarrollado en los últimos dos siglos:

F.W. Sertürner (1805) aisló la morfina.
Pelletier y Caventou (1817) aislaron la estricnina.
Gomes (1820) extrajo el principio activo de la quina (chinchona).
Robiquet (1817) aisló la nicotina y la codeína en 1832.
Runge (1820) descubrió la cafeína.
Mein (1831) descubrió la atropina.

Primer alcaloide sintetizado: la coniína en 1886.

Funciones de los Alcaloides en la Planta (Hipótesis)

Factor regulador del crecimiento de la planta.
Reserva de nitrógeno.
Detoxificación en los vegetales.
Protección del vegetal contra insectos y animales herbívoros.

Nomenclatura de los Alcaloides

La nomenclatura de los alcaloides puede basarse en:

En función del nombre de la especie.
En función del nombre del género.
En función del nombre común o vulgar.
En función de la actividad farmacológica.
En función del nombre del descubridor.

Propiedades Fisicoquímicas de los Alcaloides

Sabor amargo.
Alcalinos (debido al grupo amino), forman sales al combinarse con ácidos.
Pueden contener otros grupos funcionales (además del grupo amino): alcoholes, ésteres, fenoles.
Alcaloides oxigenados: son sólidos, cristalizables, incoloros e inodoros.
Alcaloides no oxigenados: líquidos, volátiles, olorosos.
Solubilidad:
- En estado base: solubles en disolventes orgánicos e insolubles en agua.
- En estado de sal: solubles en agua e insolubles en disolventes orgánicos.
Nomenclatura: la mayoría termina en «-ina».

Clasificación de los Alcaloides por su Origen Metabólico

Verdaderos: derivan de aminoácidos.
Protoalcaloides: son aminas simples.
Pseudoalcaloides: no derivan de aminoácidos (presentan diferentes estructuras).
Imperfectos: derivan de bases púricas. (Nota: No precipitan con reactivos específicos de alcaloides).

Alcaloides Verdaderos

Su síntesis debe partir de aminoácidos. Por lo tanto, siempre deben ser nitrogenados, pero no de cualquier forma. Deben presentar un átomo de nitrógeno heterocíclico y tener naturaleza básica (alcalina).

Protoalcaloides

Son aquellos alcaloides cuyos átomos de nitrógeno, derivados de aminoácidos, no forman parte del anillo heterocíclico de su estructura. Las aminas y las amidas son los protoalcaloides más importantes. Generalmente son alcaloides de estructura simple y se encuentran entre los menos abundantes en la naturaleza, derivando comúnmente de aminoácidos como el L-triptófano y la L-tirosina.

Pseudoalcaloides

Son alcaloides con estructuras carbonadas que no derivan directamente de ningún aminoácido, pero cuya formación está conectada con las rutas metabólicas aminoacídicas. Se forman a partir de precursores de aminoácidos o de otros compuestos derivados de su procesamiento. Pueden ser derivados del metabolismo de la fenilalanina, de algunos terpenoides y del acetato, así como de alcaloides esteroideos.

Características de Excepción para Algunos Alcaloides

Algunos no se biosintetizan a partir de aminoácidos (ej. esteroideos y diterpénicos).
No todos son de origen vegetal (ej. animal, bacteriano).
No todos son bases (ej. la colchicina y las bases xánticas).
No todos los alcaloides son tóxicos (ej. betalaínas).

Clasificación de los Alcaloides por su Precursor Aminoacídico

Los alcaloides derivan de unos pocos aminoácidos, de cadena abierta o aromáticos. La clasificación puede realizarse de la siguiente forma:

Alcaloides derivados de ornitina y lisina: tropánicos, pirrolizidínicos, piperidínicos y quinolizidínicos.
Alcaloides derivados del ácido nicotínico.
Alcaloides derivados de fenilalanina y tirosina: feniletilamínicos e isoquinoleínicos.
Alcaloides derivados del triptófano: indólicos y quinoleínicos.
Alcaloides derivados de la histidina: imidazólicos.
Alcaloides derivados del ácido antranílico.
Alcaloides derivados del metabolismo terpénico: diterpénicos y esteroídicos.
Otros alcaloides: bases xánticas.

Alcaloides Tropánicos

Alcaloides bicíclicos, principalmente encontrados en la familia de las solanáceas. Poseen propiedades farmacológicas importantes, actuando como anticolinérgicos o estimulantes.

Atropina (racémica de la hiosciamina), de la belladona (Atropa belladonna).
Hiosciamina (el levo-isómero de la atropina), del beleño (Hyoscyamus niger) y mandrágora (Mandragora officinalis).
Escopolamina, del beleño y especies de Datura.

Alcaloides Derivados de Fenilalanina y Tirosina: Feniletilamínicos e Isoquinoleínicos

Los derivados de los aminoácidos fenilalanina, tirosina y sus productos de descarboxilación comprenden una variada y gran cantidad de estructuras alcaloídicas, tales como:

Aminas simples o feniletilaminas.
Isoquinoleínas simples.
Derivados bencilisoquinoleínicos (BIQ).
Alcaloides del opio (morfinanos) y aporfinoides.
Alcaloides con participación de ácido mevalónico (ej. emetina y cefalina).

Estos alcaloides poseen una variada actividad farmacológica, siendo muchos de ellos utilizados en terapéutica, como la emetina, morfina, codeína, tubocurarina, entre otros.

Alcaloides Morfinanos: Grupos y Clasificación

Grupo de la Morfina (Morfina, Tebaína, Codeína):
- Morfina (8-15%)
- Codeína (1-3.5%)
- Tebaína (0.2-1%)
Grupo de la Papaverina o Bencilisoquinoleína (BIQ).
Grupo de la Narcotina o Noscapina: Bencil Tetrahidroisoquinoleína (BTHIQ).
Grupo de la Narceína.

Alcaloides Derivados del Triptófano: Indólicos y Quinoleínicos

El triptófano es el precursor de estos alcaloides, los cuales se clasifican en triptaminas y no triptaminas. Las triptaminas, a su vez, se subdividen en β-carbolinas e indoleninas, y pueden ser triptaminas simples o complejas (isoprénicas o no isoprénicas).

Alcaloides Derivados del Metabolismo Terpénico: Diterpénicos y Esteroídicos

Estos alcaloides poseen un origen biogenético común, estructuras, actividad biológica y distribución diversa. La incorporación del nitrógeno es tardía; es decir, primero se forma el terpenoide y luego se incorpora el nitrógeno, por lo que se consideran pseudoalcaloides o falsos alcaloides.

El término «bufónidos» se refiere a una familia de anfibios que incluye a los sapos. Los sapos de esta familia tienen glándulas en la parte posterior de la cabeza que segregan toxinas, las cuales pueden contener alcaloides esteroídicos.

VIII. Otros Alcaloides: Bases Xánticas (Púricas)

Ejemplos incluyen:

Teofilina
Cafeína
Teobromina

Feniletilamina y sus Derivados

Ejemplos de feniletilaminas y sus fuentes:

Efedrina: Se extrae de la planta Ephedra y se utiliza como medicamento en la medicina tradicional china.
Mescalina: Se encuentra en el peyote y otros cactus, y tiene efectos psicodélicos.
Feniletilamina en bacterias y hongos: Algunas especies de bacterias y hongos, como Lactobacillus, Clostridium, Pseudomonas y la familia Enterobacteriaceae, producen feniletilamina y la utilizan como antimicrobiano.

Etiquetas: alcaloides, clasificación de alcaloides, compuestos orgánicos, metabolismo secundario, propiedades fisicoquímicas, química de alcaloides