Grupo B. Grupo 5 de Seminarios.Profesor/a: Elena Pérez-Urría

Irala Gil, Carlos Jiménez Archidona, Arantxa Jiménez Lalana, Diego Esteban Scenna, Daniele

Mayor clase de sustancias del metabolismo vegetal

(Más de 40.000 moléculas)

Lípidos: Insolubles en agua

Derivados del Ac-CoA o de intermediarios glicolíticos

Función como Compuestos Volátiles

Unidad base:

Isopreno

Monoterpenos (C10)

Derivados del Geranil difosfato

Acíclicas o cíclicas

Compuestos Volátiles

Estructuras especializadas

Iridoides: Más hidrofílicos (no se secretan)

Limoneno

Mentol

Sesquiterpenos (C15)

Provienen del farnesil pirofosfato

La formación se realiza en el citoplasma y RE.

Pueden ser cíclicos o acíclicos, saturados o insaturados y pueden poseer numerosos sustituyentes.

Los sesquiterpenos se acumulan con monoterpenos, formando parte de esencias

Farnesil difosfato

ABA

Diterpenos (C20)

Se sitentizan a partir de geranilgeranil pirofsfato.

Su síntesis se da principalmente en plastos, aunque en muchos casos concluye en el RE.

Son compuestoslineales o cíclicos, en la mayoría de los casos poseen tres o cuatro ciclos sustituídos con diversos grupos funcionales.

Se incluyen en éste grupo todos aquellos compuestos que forman la resina.

Ácido abiético

Triterpenos (C30)

Su biosíntesis se da a partir de la dimerización de FPP para formar escualeno

Se da principalmente en el citoplasma y RE

Compuestos policíclicos.

Constituyen grupos de interés como los Hopanoides y los Esteroides

Azadiractina

Tetraterpenos (C40)

El precursor de todos los tetraterpenos es el 12-cis-fitoeno.

En plantas superiores, la biosíntesis se efectúa en plastos, asociada a sistemas membranosos.

En general presentan una serie de enlaces conjugados y uno o dos anillos de ionona.

Aquellos tetraterpenos sin oxígeno en sus moléculas constituyen los carotenos, y los que poseen oxígeno, el grupo de las xantofilas.

Licopeno

Poliisoprenoides

Alcoholes primarios monohídricos de cadena abierta.

Se forman por la unión cabeza-cola de más de ocho residuos de isopreno.

Se sintetizan en cloroplastos, mitocondrias y citoplasma/RE.

Presentan un elevado grado de polimerización.

Caucho

Isómeros de una misma molécula que no son pueden ser superpuestos a su imagen especular

Diferentes isómeros quirales determinan propiedades diferentes de una misma molécula

Diferentes isómeros de una misma molécula pueden encontrarse en diferentes especies de Vegetales

Principalmente:

Ruta del ácido mevalónicoRuta del del metileritrol fosfato (MEP)

Enzimas:Acetil Co A

transferasaHidroximetilglutari

l CoA sintetasaHidroximetilglutari

l Coa reductasaMevalonato

quinasaFosfomevalonato

quinasaPirofosfomevalona

to descarboxilasa

MonoterpenosPrecursor: Geranil pirofosfatos Acumulación en tricomas, cavidades secretoras,

idioblastos y canales de resina,Especialización.Síntesis en plastos (Leuco-, cloro-, y cromo-)Cofactoresnecesarios: Mn2+ y Mg 2+Oxidación e hidroxilación en RE dependientes de

NADPH+H+Abundantes en Labiatae, Pinaceae y Umbeliferae

SesquiterpenosSíntesis en citoplasma y RE.Cíclicos: síntesis de intermediarios inestables

ligados a la enzima.Gran variedad de formas y ciclaciones.Actividad fitoalexina (activación por elicitores

fungicos, inhiben actividad escualeno sintasa).Acumulación junto con monoterpenos.

Esencias.

DiterpenosCíclicos o lineales.Grupos funcionales sustituidos en anillos.Ácidos resínicos en gimnospermas (ác. Abiético).Canales resínicos.Precursor: Geranilgeranil pirofosfatoGGPP sintasa elevada afinidad por la membranaSíntesis culmina en RE (oxidasas dependiente de

citocromo P450)Síntesis de giberelinas y restos diterpénicos de

clorofila, tocoferoles y filoquinonas.

Triterpenos y esteroidesCompuestos policíclicos ampliamente distribuidosCitoplasa / REDimerización de FPP para formar escualeno (sin

función fisiológica pero de rápida y fácil ciclación).Configuración espacial silla-bote-silla-boteEpoxidasa dependiente de O2 y NADPH+H+ forma

óxido de escualeno. Escualeno ciclasa forma cicloartenol. Síntesis de fitoesteroides.

Si adquiere silla-silla-silla-bote, otra escualeno ciclasa forma triterpenos pentacíclicos (oleano, lupeol). Generalmente con posición 3 OH- glucosilada, lo que denominamos saponinas.

FitoesteroidesApertura ciclopropano C9-C10, desmetilación

posiciones 4 y 7, modificacionas cadena C17.Formación de esteril glucósidos, esteril

ésteres y esteril glucósidos acilados.Reguladores del crecimiento:

Brasinoesteroides. (estudios en Brassica napus, similar a auxinas)

Sitosterol, campesterol y estigmasterol (además de colesterol)

Configuración planarCarecer de grupos metilo en cara alfa.OH- libre en posición 3 del anillo esteroídico.

Saponinas esteroídicasGlucósidos cuyas geninas consituidas por 27 C.Heterociclos com O unido a C16, C17, anillos

conectados pro grupo espiroacetal. Glucosilación en C3-HO

Presentes en Liliaceae, Amaryllidaceae, Scrophulariaceae y Solnaceae entre otras.

Promotores en la germinación, inhibición del crecimiento de la raíz.

Expectorantes, antiinflamatorios, antifúngicos y antibacterianos.

Alcaloides esteroídicosCuando en biosíntesis de esteroides se

incorpora N procedente de aminoácidos.Característicos de Solanaceae y LiliaceaeGeneralmente se sintetizan con el OH- en

posición 3 glucosilado (más tóxicos que saponinas)

Pueden prevenir infecciones fúngicas.

Tetraterpenos40 átomos de CUnión de 8 unidades de isoprenoSerie de dobles enlaces conjugados y uno o dos anillo con

estructura de ionona.Carotenos carecen de oxígeno, en contra posición a

xantofilas.Destacan: luteína, violaxantina y neoxantina.Presentes en hojas, flores y frutos.Biosíntesis en plastos, asociada a sistemas de membranas

(interdependiente de la síntesis de clorofilas) .Precursor: 15-cis-fitoenoDeshidrogenaciones NAD-dependientes hasta formar

licopeno, que es capaz de declarse por una enzima dependiente de FAD para producir carotenos cíclicos (ionona). Posteriormente puede incorporarse O (membranas tilacoidales y envoltura del cloroplasto).

Posible activación por criptocromo o fitocromo. Mecanismo desconocido.

PoliisoprenoidesAlcoholes primarios monohídricos de cadena abierta que

se forman`por la unión cabeza a cola de n residuos de isopreno.

Libres o unidos a estrucoturas quinónicas.Biosíntesis en cloroplastos, mitocondrias y citoplasma/RE

(por ejemplo parte terpenoica de plastoquinona y ubiquinona se sintetiza en cloroplastos y mitocondrias respectivamente, a partir de fanesil pirofosfato, FPP, se sintetizan poli-cis-fenoles, ficaprenoles, que presentan un resto alfa-insaturado y lso dolicoles con un resto alfa-saturado. Transporte de azúcares a través de membranas del RE).

Pueden presentar un muy elevado grado de polimerización (Caucho, todo cis-poliisopreno, de 3000 a 6000 restos de isopreno, Hevea brasiliensis; Gutapercha, todo trans-poliisopreno, Palaquium gutta, látex en vasos lactcíferos)

• Giberelinas (diterpenos): Regulador del desarrollo.

• Esteroles (triterpenos): Estabilizadores de membrana.

• Carotenoides (tetraterpenos): Fotosíntesis y fotoprotección.

Colesterol

Los terpenos participan en el metabolismo de las plantas.

Fitohormonas funciones en el crecimiento y desarrollo de la planta.

• Carotenoides: carotenos y xantofilas.

• Protegen a las clorofilas de la oxidación.

• Resinas contienen terpenos sustancias inflamables.

• M.K. Owens et al. plantas con más terpenos se queman en mayor proporción, la llama aparece antes, la velocidad de combustión y la altura de llama son superiores y el material se consume con mayor rapidez.

• También tiene un efecto importante en la hojarasca del suelo.

Ante una situación de estrés :

La planta libera terpenos (señal)

Comunicación química con otras plantas

La planta receptora libera terpenos (respuesta) Protección.

• Influencia en biodiversidad vegetal:– Efecto directo de compuestos terpénicos y

fenólicos extraídos del pino carrasco sobre la germinación y el desarrollo de individuos de su misma especie limita el crecimiento de sus plántulas detención de la progresión del bosque.

– AUTOTOXICIDAD ALELOPATÍA• Efecto directo o indirecto.• Efecto positivo o negativo.

• Tipo de suelo: Pino carrasco y jara blanca

emiten mayores cantidades de terpenos cuando se desarrollan en suelos calizos o básicos.

Coscoja libera más terpenos al crecer sobre suelos silíceos o ácidos Respuesta a una situación de estrés.

• Sequía: Sequías moderadas

Especies mediterráneas siguen sintetizando monoterpenos Emisión de terpenos favorecida.

Sequías muy prolongadas Las emisiones de terpenos disminuyen.

• Nutrientes: Nitrógeno y Fósforo en el

suelo Liberación de terpenos en pino carrasco y romero.

eutrofización Especies más inflamables y empeoramiento de la calidad del aire.

Pinus halepensis Cistus albidus Quercus coccifera

• Terpenos Compuestos Orgánicos Volátiles Biógenos (COVB) 90% de los COV de la atmósfera (isopreno más abundante).

• Formación de ozono troposférico.

• Incremento de producción de aerosoles Repercusiones para la salud y régimen de precipitaciones.

Los terpenos son toxinas y repelentes para un gran número de insectos y mamíferos que se alimentan de plantas. Por ejemplo, los ésteres

de monoterpenos llamados piretroides

• Muchas plantas contienen mezclas de monoterpenos y sesquiterpenos volátiles, llamados aceites esenciales, que producen un olor característico de sus hojas (menta, limón, albahaca y salvia)

El principal monoterpeno costituyente del aceite de menta es el mentol y el del limón es el limoneno

LIMONENO

MENTOL

Los aceite esenciales han propiedades repelentes de insectos

Se encuentran en los pelos glandulares donde se almacenan en un espacio extracelular modificado de la pared celular

Interesante peculiaridad en el papel de los terpenos volátiles para la protección de la planta. Ej. maíz, algodón, tabaco silvestre y otras especies

Entre los terpenos no volátiles antiherbívoros se encuentran:

Las limonoides, un grupo de triterpenos (C30). Un ejemplio es la azadiractina, un repelente de insectos muy potente

Las fitoecdisonas, la ingenstión por los insectos interrumpe la muda y otros procesos de desarrollo

Los triterpenos activos contra herbívoros vertebrados incluyen los cardenólidos y saponinas

Los cardenólidos son glicósidos y son extremadamente tóxicos en animales superiores.

Por ejemplio, acción sobre la Na/K ATPasas en el hombre

Las saponinas son esteroides y glicósidos triterpénicos. Contiene propiedades detergentes

La polinización es el proceso de transferencia del polen desde los estambres  hasta el estigma, donde germina y fecunda los óvulos  de la flor, haciendo posible la producción de semillas y frutos

Plantas  anemofilas   

Plantas zoológicas (entomófilas)

Polinización directa 

Polinización cruzada  

Un ejemplo clásico se refiere a las espectaculares flores de ciertas especies de orquídeas que son visitadas por las abejas solitarias que parecen confundir con el cuerpo de una abeja hembra. Por eso los machos recogen el polen, que transmiten a la siguiente flor que visitan.

Diversas técnicas para la recolección de estos compuestos volátiles han permitido demostrar que las sustancias quimicas que lleva el comportamiento “pseudoacoplamiento” del macho de Adrena nigroaenea a los flores de orquídea Ophrys sphegodes son simples C21-C29 a cadena lineal alcanos y alquenos.

Disuadir visitantes florales después de la polinización puede ayudar a minimizar el daño a la semilla durante el desarrollo y a aumentar los polinizadores directos a flores adyacentes no polinizadas.

Manipulación genética de emisión floral

Mutantes apropiados y transformantes

(S)-linalol sintasa : fue purificado en flores de Clarkia breweri, dió información sobre la secuencia de aminoácidos que facilita el aislamiento del gen correspondiente, que se expresa solamente en las flores.

La caracterización de genes adicionales revelaron que la formación de olor está regulada principalmente por el control transcripcional de la expresión de genes de biosíntesis en el lugar de emisión (pétalos).

Estudios del jardín común snapdragon: Antirrhinum majus

Gen que codifica la enzima ácido benzoico metil transferasa carboxilo (BAMT), cuyo producto es benzoato de metilo.

•Tras aislarse se demostró que era específico de la flor.

El gen que codifica BAMT se expresa exclusivamente en células epidérmicas de los pétalos.

Resulta ser un dato de interés el hecho de que exista una mayor concentración de la enzima en las partes del pétalo que están más cerca de la trayectoria que las abejas suelen realizar para tomar y alcanzar el néctar, incluyendo los "pelos" (es decir, las glándulas unicelulares) que se encuentran en el centro del pétalo basal.

Isopreno: Simple terpeno (C5) que se libera desde el follaje de muchas especies, mediante el bloqueo de la formación del isopreno con fosmidomycin, un inhibidor de la vía del no-mevalonato

Fosmidomycin

Varias investigaciónes han llevado a la conclusión de que el isopreno, además de aumentar la tolerancia térmica general de la fotosíntesis, sugieren que ayuda el aparato fotosintético para recuperarse de episodios breves de temperaturas superiores a 40° C.

El Isopreno puede actuar físicamente por la estabilización de las membranas tilacoides a altas temperaturas o por temple especies reactivas de oxígeno, tales como ozono, que puede conducir a daño de la membrana.

La emisión de distintas sustancias volátiles del follaje se cree que ayuda a proteger a las plantas contra los herbívoros.

Por ejemplo, la existencia de dos especies de árboles de la familia de la nuez de Brasil (Lecythidaceae), los cuales se sabe que emiten altos niveles de S-metilmetionina.

Una gran cantidad de terpenos, ácidos grasos derivados y otras sustancias, tales como salicilato de metilo y de indol, son liberados de plantas después de los ataques de los herbívoros

Los aldehídos C6, alcoholes y ésteres (volátiles de hoja verde) se derivan a través de la escisión de la lipoxigenasa de los ácidos grasos en pocos segundos de lesión.

Tres circunstancias recientes (induciones de volátiles para herbívoros) como defensa directa:En primer lugar, el volátil de hojas verdes (Z)-3-hexenilo y otros ésteres alifáticos de (Z)-3-hexen-1-ol → Disuadir oviposición en plantas lesionadas

En segundo lugar, los volátiles de otra especie de tabaco, N. Attenuata del desierto de la Gran Cuenca en el suroeste de los Estados unidos → Disuadir oviposición lepidópteros y atraer enemigos herbívoros

En tercer lugar, los volátiles de hoja verde, y hexanal (Z)-3-hexenal → Resistencia de las patatas al áfido Myzus persicae

Otros avances importantes incluyen el descubrimiento de que Arabidopsis thaliana también libera una mezcla de sustancias cuando los herbívoros se alimentan de ella.

Arabidopsis thaliana Larva de Pieris rapae

VS.

Así como los volátiles inducidos por la herbivoría de larvas de insectos pueden atraer parasitoides de las larvas, los volátiles que son inducidos por la puesta de huevos, pueden atraer parasitoides de los huevos.

Xanthogaleruca luteola Oomyzus gallerucae

VS.

Manipular la cantidad de volátil y composición a través de la expresión alterada de pasos en la codificación de genes en su biosíntesis.

Muchos genes codifican pasos especificos en la biosíntesis de terpenoides, volátiles de hojas verdes y otros tipos de compuestos volátiles que son inducidos por herbivoría.

Aislados recientemente.

Otro método para modificar el daño inducido por emisión, es manipular la vía de transducción de señal que se inicia por la alimentación de los herbívoros.

Volicitin, N-(17-hydroxylinolenoyl)-L-glutamina

Volicitin

Larva de Spodoptera exigua

¡Vale, Vale!Ya nos vamos…

Aquí huele a…