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PRODUCTOS NATURALES I

UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL

FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMTICAS

ESCUELA PROFESIONAL DE QUMICA

INTERS DE LOS COMPUESTOS

NATURALES

Funcin biolgica propia para el ser que los produce.

Uso directo como agentes teraputicos.

Modelo para la preparacin de sustancias bioactivas.

Materia prima para la preparacin de sustancias de inters

farmacolgico o industrial de diversa ndole

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FUNCIN BIOLGICA PROPIA PARA EL SER

QUE LOS PRODUCE

MORFINA

Alcaloide fenantrnico,

analgsico

Papaver somniferum

VINCRISTINA

Alcaloide bis-indlico

antileucmico

Catharantus roseus

QUERCETINA

flavonoide, astringente

Rhododendrum cinnabar

QUININA

alcaloide quinolnico

Cinchona officinalis

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MATERIA PRIMA EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS

Qu plantas se usan en la industria de alimentos?

Saborizantes y aromatizantes, obtenidos como aceites esenciales, entre ellos aceite de palo de rosa, de ajo, de jengibre, hierba luisa, ans, lima, menta,

palillo.

Edulcorantes, los que son no calricos y no cariognicos como los estevisidos

de Stevia rebaundiana y la hernandulena de la Lippia dulcis Trev., usada por

los aztecas como hierba dulce

Colorantes naturales, como la curcumina del palillo, la bixina del achiote,

xantfila del marigold, antocianina del maz morado, betaninas de la beterraga

y del ayrampo.

Antioxidantes, como los alfa - tocoferoles y los steres del cido glico, galato

de propilo, de laurilo, de octilo, etc. los cuales son sintetizados a partir del

cido glico, obtenido por hidrlisis de los taninos de la tara.

Hojas de la Stevia rebaudiana.

Inflorescencia de la Stevia.

Qu plantas se usan en la industria cosmtica?

Como Fragancias, aquellas que contienen aceites esenciales.

Como Pigmentos, carotenoides, quinonas, antocianos.

Para el tratamiento de la piel, preparaciones para el cabello y otros cosmticos, la manzanilla,

sbila, melisa, romero.

Por sus propiedades emulsificantes y humectantes

Por sus propiedades estabilizantes y surfactantes, como absorbentes de la luz UV.

Otros usos de las plantas?

Como defensa del ataque de insectos : atrayentes de

insectos, repelentes, inhibidores del crecimiento,

txicos, esterilizantes y antifeeding. El (E)-5-ocimeno, en las hojas y flores del marigold,

que es repelente a la larva de mosquitos de Aedes

aegpyti L.

La rotenona, de la raz de barbasco, efectiva contra

un gran nmero de insectos masticadores

El limoneno, de los ctricos, es un efectivo

insecticida contra el Calloso bruchus, etc.

Rotenona Derris elliptica y Lonchocarpus utilis,

Fam. Leguminosae)

Piretrina

Chrysantemum cinaerifolium, Fam

Compositae

Nicotiana tabacum

Fam. Solanaceae

Rianodina

Riania speciosa (Fam.

Flacourtiaceae)

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ESTUDIOS FITOQUMICOS

IDENTIFICACIN DE DOS COMPONENTES

AISLADOS DE NOTHOLAENA NIVEA. NIVEA

CUTI CUTI

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A qu se denomina Producto Natural?

Se denomina como

PRODUCTO NATURAL, a

todo aquel producto farmacutico, cosmtico o

alimentario cuyo principio o principios activos

tengan un origen natural.

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Produccin mundial de drogas vegetales

Produccin para fines

farmacuticos

Industria alimentaria

(ej. caf o t)

Industria perfumero-cosmtica

Produccin clandestina

(adormidera, camo o coca)

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Metabolitos Secundarios Metabolitos Primarios

Rol en el

organismo: artculos de lujo indispensables

compuestos del qumico compuestos del bioqumico

Usos: farmaceticos, fragancias, sabores, alimentos, aditivos alimentarios,

colorantes , pesticidas aceites vegetales, cidos grasos,

azcares, pectinas, almidones,

celulosa

Concentracin

y costo: baja/alto alta/bajo

costo promedio: mayor que 500 dlares /kg costo promedio: 2 a 4 dlares / kg

Ejemplos:

aceite de rosas 2 000 a 3 000 dlares /kg

codena y morfina 650 a 1 250 dlares/kg

alcaloides del Catharantus 5 000 dlares / gramo

steres del forbol 2 000 dlares / gramo

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CONCEPTO DE

NUEVA DROGA

Nueva molcula

Asociacin de drogas conocidas

Diferente posologa

Va de administracin no usada

Forma farmacutica nueva

Inesperada nueva indicacin

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INVESTIGACIN PRE CLNICA

FARMACOGNSTICA/QUMICA/

BIOLGICA

FARMACOLGICA

FARMACUTICA

INVESTIGACIN CLNICA

PROCESO DE DESARROLLO DE

NUEVOS MEDICAMENTOS

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Bsqueda de Nuevos

Fitofrmacos

Estudios Botnicos y

Farmacognsticos

Estudios agronmicos

Estudios Fitoqumicos

Estudios Farmacolgicos

Estudios Farmacotcnicos

Estudios Clnicos

ESTUDIOS BOTNICOS Y FARMACOGNSTICOS

Investigaciones botnicas preliminares (nombre

cientfico y determinacin de la droga vegetal

Herbarios de referencia en laboratorios de control

Sin falsificaciones o adulteraciones (proveedores

registrados)

Manejo de las BPA

Investigaciones etnofarmacolgicas

Coleccin, preparacin y distribucin del material

Estandarizacin del material utilizado

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ESTUDIOS AGRONMICOS Cultivo racional o manejo sustentable de las especies

Seleccin y mejoramiento

ESTUDIOS FITOQUMICOS

Anlisis qumico cuali y cuantitativo Extraccin y Fraccionamiento

Purificacin o aislamiento e identificacin de los principios activos

Quimiomodulacin de bioactividad: mejora de los lderes naturales

mediante manipulacin qumica

Quimioinduccin de bioactividad: generacin de nuevos tipos de

actividades

ESTUDIOS FARMACOLGICOS

Determinacin de toxicidad aguda, subaguda y crnica, mutagenicidad y teratogenicidad

Verificacin de la accin biolgica mediante bioensayos in vitro o in vivo, de la materia prima,

extracto o producto terminado, (actividad

antibacteriana, antifngica, inmunomoduladora,

etc.)

Perfil farmacolgico Farmacologa molecular

ESTUDIOS FARMACOTCNICOS

Desarrollo y estandarizacin de preparaciones

fitofarmacuticas

Establecimiento de especificaciones

Formulaciones farmacuticas

ESTUDIOS CLNICOS

Preparacin de protocolo experimental

Ensayos de doble riesgo

Seleccin de frmulas de fitofrmacos

Criterios de seleccin de la fuente de investigacin

Cultivo

Cosecha o Recoleccin

Lavado y Desinfectado

Secado

Almacenamiento

Empaque y transporte

Extraccin y/o Fraccionamiento

Separacin, aislamiento o Purificacin

Determinacin estructural

Anlisis Farmacolgicos

Estudios QSAR

INVESTIGACIN EN PRODUCTOS NATURALES

Criterio quimiotaxonmico

Criterio etnofarmacolgico

Criterio etnobotnico

Criterio etnomedicinal

Criterio segn el resultado de los Bioensayos

Criterio ecolgico

CRITERIOS DE SELECCIN DE LA FUENTE

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Criterio Etnobotnico y

etnofarmacolgico

Amanta muscaria, un hongo de

propiedades alucingenas

conocidas

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Criterio etnomedicinal

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FLORA ESPONTNEA FLORA CULTIVADA

CULTIVO DE PLANTAS MEDICINALES

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Flora espontnea:

Poblaciones naturales de alta densidad.

Cultivos son difciles y antieconmicos.

Mano de obra barata.

Demanda baja.

Se suelen recolectar los brotes tiernos, hojas y sumidades

floridas con objeto de evitar la extincin de la especie en la

zona recolectada

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Flora cultivada:

la produccin de especies vegetales con un alto rendimiento en p.a. y

un alto grado de homogeneidad (Vegetales en igual estadio de

desarrollo).

Materia prima abundante y de alta calidad.

Control de las variables que pueden afectar la produccin (seleccin de

climas apropiados, aporte de nutrientes al suelo, control de plagas)

mejorando el rendimiento en p.a.

Materia prima de fcil recoleccin, secado y en algunos casos, el

procedimiento de extraccin, ya que puede realizarse en las

proximidades del cultivo.

Actualmente es la principal fuente de obtencin de drogas, tanto de

plantas autctonas como de plantas aclimatadas o exticas.

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Inconvenientes de los cultivos

La fragilidad de las plantas cultivadas y su vulnerabilidad, en ocasiones,

al ataque por parsitos, as como de la necesidad de contar con

periodos de descanso del suelo.

Antes de cultivar, se debe:

Conocer los factores climticos y atmosfricos, edficos y topogrficos relacionados con la ecologa de la zona elegida que pueden afectar la produccin.

Proceder a la seleccin y mejora del material vegetal a cultivar.

Estudiar detenidamente los mtodos ptimos para su multiplicacin.

Determinar los procedimientos de mecanizacin de los cultivos que facilitarn el proceso de la recoleccin.

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Factores climticos y atmosfricos El clima afecta al crecimiento y desarrollo de las plantas, e incide

notablemente en la biosntesis de sus p.a.

Se ha observado cmo las mismas plantas, cuando son cultivadas en zonas

de diferente climatologa, presentan distinta composicin, tanto en

calidad como en cantidad.

Hoy da es posible estudiar la

influencia que tienen las

diversas variables climticas

sobre la composicin de las

plantas medicinales, ya que

pueden utilizarse cmaras

de cultivo altamente

especializadas (fitotrones).

Ejemplo: La semilla de Stevia rebaudiana requiere para su

germinacin 20C, su cultivo requiere ms de 10C, el corte

se realiza despus de la evaporacin del roco

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Variables climticas que afectan el

rendimiento en p.a. de las plantas

medicinales son:

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Humedad

El grado de hidratacin del suelo y de la atmsfera inciden directamente en el buen desarrollo de las plantas.

El exceso y el defecto de agua en el suelo pueden ser factores limitantes para el crecimiento y el metabolismo de determinadas plantas medicinales.

Esta variable se relaciona con el rgimen de lluvias de una

determinada zona.

Ejemplo: La Stevia requiere suelos de alta capacidad de retencin de humedad,

No resiste la sequa.

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Radiacin solar

Cantidad (n horas de exposicin a la luz) y calidad (intensidad y tipo de radiacin).

Influye notablemente en la biosntesis de p.a. de las plantas medicinales.

Se ha comprobado que la Mentha piperita en das con un mayor nmero de horas de insolacin, biosintetiza de preferencia mentona y mentol, en cambio en das cortos produce un mayor porcentaje de mentofurano.

La luz UV induce un incremento en la biosntesis de polifenoles como mecanismo de defensa.

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Rgimen de vientos Esta variable se debe contemplar desde su accin directa o efecto

mecnico que ejerce sobre la vegetacin (proteccin de los cultivos),

como desde su accin indirecta al modificar otros factores del clima

(temperatura).

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Caractersticas fsicas:

El suelo est formado por partculas de tamaos diferentes (textura) y por la asociacin de estas partculas elementales en agregados (estructura).

Textura + estructura + composicin qumica del suelo, > porosidad, grado de aireacin, capacidad de retencin de agua y T.

Caractersticas qumicas:

Afectan la composicin qumica de las plantas medicinales.

pH (plantas acidfilas y plantas que crecen en suelos alcalinos).

Tambin es importante la riqueza en materia orgnica y mineral.

Abonos ricos en N > aumento de la masa vegetal como de algunos metabolitos secundarios.

Ejemplo: La Uncaria tomentosa requiere de suelo arcilloso, fsforo, materia orgnica,

nitrgeno total, saturacin de aluminio, potasio, magnesio y pH ligeramente cido (5,2)

Factores Edficos

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Factores topogrficos

El relieve.

A > altitud < T (0,55 C por cada 100 m de altura.

Por lo tanto existen distintos pisos de vegetacin en las laderas de montaa.

Tambin se relaciona con la cantidad de radiacin solar incidente.

Ephedra sp produce cantidades de efedrina cuando est en alta montaa.

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Manual Mecanizada

COSECHA O RECOLECCIN

El tiempo de cosecha depende del perodo donde el vegetal tiene un

contenido de principios activos que coincide con lo que est codificado en

las Farmacopeas.

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Grado de insolacin

(hora del da)

Pluviosidad

Desarrollo estacional

Madurez de la planta

Personal cualificado

Caractersticas del

rgano

Recoleccin (% p.a. depende de:)

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Recoleccin

Sumidades, tallos y hojas:

cuando comienza la floracin y estn

completamente desarrolladas.

Flores: se cortan antes de abrirse por

completo; a veces se cortan los botones

florales y en otras slo parte de la flor.

Frutos: se recolectan al iniciarse la

madurez o completamente maduros.

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Semillas: cuando estn completamente

maduras; si se obtienen de frutos

mucilaginosos deben lavarse.

Cortezas: en primavera u otoo, con

tiempo hmedo.

rganos subterrneos (races, bulbos,

rizomas, tubrculos): en periodo vegetativo;

deben lavarse para retirar restos de tierra.

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Gomas, resinas y ltex: se

obtienen por incisin en los

vegetales, recolectar siempre

con tiempo seco.

Plantas con esencias:

recolectar en la maana,

cuando recin sale el sol.

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PREPARACIN DE MUESTRA:

LAVADO Y DESINFECTADO Seleccionar el material cosechado desechando las partes decoloradas, manchadas, enfermas o deterioradas por

insectos

Lavar y escurrir 2 a 4 veces hasta que el agua de deshecho se vea relativamente limpia (se elimina arena, tierra, partculas de

hierro o materia orgnica que acompaa a la droga vegetal

como impurezas).

Desinfectar con hipoclorito de sodio 10 20 ppm, por inmersin durante 10 minutos.

Escurrir y orear al sol durante 2 a 3 horas,

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SECADO

Secado en estufa y circulacin de aire

(lmite de temperatura y evala la composicin qumica)

Se realiza en estufa con aire circulante, tiene termmetro incorporado y

un extractor del aire hmedo.

La droga vegetal se coloca en anaqueles metlicos con espacios de al

menos 15 cm entre una y otra bandeja.

El tiempo de secado vara entre 1 a 2 horas.

La temperatura no debe pasar los 37C, depende de la naturaleza de la

especie vegetal.

REGLA GENERAL DE SECADO

Hojas, sumidades y flores entre 20 y 40C

Races y cortezas entre 30 y 65C

Flores y materiales con aceites esenciales

voltiles a temperatura no mayor a 30C.

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Liofilizacin

Es un proceso de secado mediante el que se congela la muestra y luego se somete a

una sublimacin al vaco, se ha desarrollado con el fin de reducir las prdidas de los

compuestos responsables del sabor y el aroma en los alimentos, los cuales se afectan

en gran medida durante los procesos convencionales de secado.

ETAPAS DE LA LIOFILIZACION

Congelacin inicial: es una operacin previa y obligatoria. El tiempo de duracin

depende de varios factores como la cantidad, concentracin y naturaleza propia del

producto .

Sublimacin o desecacin primaria: es la etapa en la que la mayor parte del agua libre

pasa a vapor. Los parmetros temperatura, presin y tiempo pueden ser

modificados independientemente pero estn ntimamente relacionados, no es

posible modificar, sin que se afecten los otros, por lo que en todo momento deben

ser considerados conjuntamente y analizados sus efectos.

Desorcin o desecacin secundaria: Su misin es eliminar las ultimas trazas de vapor

de agua, evaporando el agua no congelada ligada al producto. Se lleva a cabo a una

temperatura inferior a la de desnaturalizacin del producto y se logra una humedad

final hasta valores inferiores al 1 %.

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PLANT MATERIAL

(dry and grounded)

METHANOL EXTRACT

IN VITRO BIOLOGICAL

ACTIVITY

partition with

solvents

UNPOLAR - MEDIUM POLAR - POLAR

EXTRACTS

fractionation by

chromatographic

methods

FRACTIONS 1 TO 12 (approximately)

SUBFRACTIONS

fractionation of bioactive

fractions

further

purification

ACTIVE METABOLITES

structural elucidation

STRUCTURE

BIOASSAY GUIDED FRACTIONATION

VARIACIN EN EL PERFIL QUMICO DE UN

MISMO ORGANISMO

Las causas de variacin en la composicin qumica de extractos de

organismos vivos son variadas por lo que:

Debe recolectarse siempre la misma parte del organismo

Recolectar en la misma poca del ao y en el mismo lugar

En recolecciones peridicas de importancia industrial se debe controlar

analticamente la composicin qumica , mediante CG o HPLC para

establecer el perfil qumico de la muestra.

DERREPLICACIN

Consiste en evitar duplicidades en el estudio de extractos, en el

sentido de su composicin qumica.

En los tamizajes fitoqumicos sistemticos de una gran nmero de

especies, los mismos compuestos o compuestos conocidos pueden

aparecer en especies diferentes.

Si el objetivo es encontrar nuevas molculas (cabezas de serie en

productos con actividad farmacolgica), no deben estudiarse

molculas conocidas.

Se debe disponer de los datos bibliogrficos de especies

relacionadas que se han analizado previamente.

Se debe establecer el perfil qumico de sus metabolitos, mediante

CG EM, HPLC EM y HPLC UV, antes de continuar o no con el

estudio de un extracto

ARTEFACTOS

Los compuestos resultantes de la transformacin se denominan

ARTEFACTOS para evitar su formacin conviene trabajar a baja

temperatura, en ausencia de luz solar, atmsfera inerte, etc.

Los disolventes, sobre todo nuclefilos ( alcohol ) pueden originar

descomposicin .

El empleo de cidos acuosos o de lcalis pueden originar cambios

estructurales ( Hx ) .

El cambio de color sirve para detectar descomposicin sobre todo en

compuestos fenlicos .

Las fracciones susceptibles de descomposicin deben guardarse a - 40C

y debe usarse material de vidrio, no de plstico para evitar

contaminaciones

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