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ISOPRENOIDES (Resumen)

Los isoprenoides, terpenos o terpenoides son un grupo muy numeroso, y de gran

importancia, de compuestos que participan del metabolismo tanto primario como

secundario de plantas y de otros organismos eucariotas, como hongos y animales, y de

bacterias. Desde un punto de vista químico se clasifican como lípidos insaponificables que

derivan del isopreno (metilbutadieno). El nombre de terpenos surge de ser muy abundantes

en el árbol de la trementina ( Pistacia terebinthus) conocida como turpen oil por su riqueza

en aceites usados como disolventes (trementina chipriota).

Se conocen alrededor de 30.000 compuestos isoprenoides que cumplen variadas

funciones y que se encuentran ampliamente distribuidos en el Reino Plantae, siendo

abundantes especialmente en algunas familias como Coniferae, Rutaceae y Lamiaceae.

La nomenclatura de las principales clases refleja el número de unidades

isoprenoides:

• Hemiterpenos: 1 unidad de isopreno (5 C)

• Monoterpenos: 2 unidades (10 C)

• Sesquiterpenos: 3 unidades (15 C)

• Diterpenos: 4 unidades (20 C)

• Triterpenos: 6 unidades (30 C)

• Tetraterpenos: 8 unidades (40 C)

• Politerpenos: más de 10 unidades isoprenoides.

Los meroterpenos son metabolitos secundarios que se originan sólo parcialmente de

terpenos y todos los tipos se encuentran en forma de heterósidos, ésteres o libres. Cuando el

número de subunidades isoprenoides es bajo (hasta 15 carbonos), son compuestos volátiles

y pueden ser olorosos y servir de intermediarios para la comunicación entre organismos.

Otros compuestos son polímeros de diversos tamaños y pueden llegar a ser muy grandes

como el caucho (PM ca 5000 Da).

BI OSÍNTESIS

El número de metabolitos encontrados en una especie puede ser muy superior al de

los genes involucrados en su biosíntesis. La biosíntesis de terpenoides es un ejemplo de


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esto, ya que permite producir muchos compuestos distintos con un número de genes

relativamente pequeño. Contribuye a ello la estructura modular de los terpenoides, cuyo

esqueleto se fabrica con un cierto número de repeticiones de una molécula de cinco átomos

de carbono, el pirofosfato de isopentenilo (IPP), y la maleabilidad de los productos

primarios, que admiten multitud de modificaciones, algunas de ellas espontáneas y otras

catalizadas por enzimas de especificidad limitada, que les permite actuar sobre distintos

sustratos y no necesariamente en un orden fijo.

El IPP puede ser sintetizado por dos rutas diferentes. La ruta del mevalonato (MVA)

de la que derivan los isoprenoides mitocondriales y citosólicos (ubiquinona, esteroles,

citoquininas y brasinosteroides) que parte de Acetil-CoA y que tiene lugar en el citosol y/o

en el retículo endoplasmático, y la ruta alternativa que consiste en la condensación de

gliceraldehído-3-fosfato e hidroxietilamina, producto de la desacrboxilación del piruvato.

Esta última vía, independiente de MVA, que ha sido encontrada en eubacterias y en

cloroplastos de algas y de plantas superiores, pero no en hongos ni en animales, produce el

IPP plastídico y sus derivados isoprenoides: carotenoides, monoterpenos, la cadena lateral

de las clorofilas, plastoquinona y tocoferoles, y las hormonas giberelinas y ácido abscísico.

Ruta del Mevalonato (citosólica): El mevalonato procede de tres moléculas de Acetil-CoA.

Una de ellas y el acetoacetil-CoA formado por las otras dos se convierten en 3-hidroxi-3-metilglutaril CoA (HMG-CoA) que se reduce a mevalonato. La conversión de MVA en IPP

ocurre en tres pasos que requieren cada uno un mol de ATP por mol de sustrato. El

mevalonato sufre dos fosforilaciones sucesivas, con la participación de ATP, y una

descarboxilación para convertirse en IPP, la primera unidad de isopreno.

Ruta alternativa (plastídica): Se inicia con la producción de 1-desoxi-D-xilulosa-5 fosfato

(DXP) a partir de Gliceraldehído -3-fosfato e hidroximetil tiamina derivada del piruvato,

mediante una condensación catalizada por la DXP sintasa. Luego se produce 2-Metil-

Eritritol-4-fosfato mediante un reordenamiento intramolecular y reducción del DXP. Esta

molécula mediante numerosos cambios catalizados por diferentes enzimas origina una

mezcla de IPP y DMAPP (dimetil-alil-pirofosfato).


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En ambas rutas, el IPP es convertido en DMAPP por acción de la IPP isomerasa y la

unión de una molécula de IPP con su isómero (DMAPP) forma una molécula de diez

átomos de carbono, el pirofosfato de geranilo y posteriores adiciones de IPP dan lugar a

moléculas de quince (el pirofosfato de farnesilo) y de veinte (el pirofosfato de gernil-

geranilo) átomos de carbono, mediante reacciones catalizadas por prenil-transferasas. La

adición sucesiva de IPP produce terpenoides de varios tamaños, como el pirofosfato de

solanesilo, C45, que es el precursor de la cadena lateral de la ubiquinona Q9 de

Phycomyces.

Las reacciones de alargamiento de cadena y ciclación del metabolismo de los

terpenos son alquilaciones electrofílicas en las que se forma un nuevo enlace simple

carbono-carbono por reacción de un carbocatión altamente reactivo (electrófilo) con un

doble enlace carbono-carbono (nucleófilo). Desde el punto de vista químico, el paso

limitante es el de generación de carbocationes. Este proceso es catalizado mediante ruptura

del enlace carbono-oxígeno de un éster difosfato alílico y una protonación de un doble

enlace carbono-carbono. La elongación de las cadenas isoprenoides es catalizadas por

preniltransferasas (farnesil-PP tranferasa, geranil-PP transferasa, etc.) para producir todo-

trans prenil-pirofosfatos. Estas enzimas también pueden transferir grupos isoprenoides a

otro tipo de moléculas (proteínas, alcaloides, etc.) en reacciones llamadas de prenilación.

Las sesquiterpeno sintasas, también conocidas como terpeno ciclasas, catalizan la

conversión del sustrato farnesil difosfato en más de 300 productos de ciclación, los cuales

presentan gran diversidad estructural y estereoquímica. Estas enzimas se caracterizan por su

homología estructural, mostrando todas ellas la procedencia de un antecesor común a pesar

de la escasa similitud entre sus secuencias de aminoácidos. Entre ellas se encuentran

enzimas altamente específicas y otras que producen numerosos sesquiterpenos a partir de

un mismo sustrato.

FUNCION BIOLOGICA

Los terpenoides poseen diversas funciones tanto dentro del metabolismo primario

como secundario de las plantas. Entre las funciones primarias se encuentran aquellas

relacionadas con procesos reguladores del crecimiento y desarrollo del vegetal como por


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ejemplo el Acido Abscícico (ABA), las Giberelinas (Gas), las Citoquininas y los

Brasinoesteroides, las que que cumplen funciones estructurales por ser parte de las

membranas celulares (esteroles) o participar de la fotosíntesis (cadena lateral de clorofila,

carotenoides). Dentro del metabolismo secundario intervienen como moléculas de defensa.

Son compuestos tóxicos (aceites esenciales, piretrinas) o disuasores alimentarios (lactonas

sesquiterpénicas) para insectos o al actuar como fitoalexinas (sesquiterpenos de Solanáceas)

o como compuestos alelopáticos. Además, en algunos casos estos compuestos favorecen la

atracción de polinizadores o de dispersores de frutos.

HEMITERPENOS (C 5 )

El hemiterpeno o isopreno es un producto volátil liberado en tejidos

fotosintéticamente activos. La emisión de isopreno que aumenta con la temperatura y la

luz, favorece la formación de O3 en la troposfera y de otros compuestos que tienen efecto

invernadero.

MONOTERPENOS (C 10 )

Los monoterpenos derivan del pirofosfato de geranilo. Son metabolitos lipofílicos,

volátiles e incoloros, componentes de aceites esenciales (junto a sesquiterpenos), ubícuos

en plantas superiores y algas. Se acumulan especialmente en Apiaceas (Umbelíferas) y

Pináceas. Poseen um importante rol en las interacciones planta-insecto y planta-planta. Sus

olores (aromas florales) son efectivos atrayentes de polinizadores, mientras que otros

compuestos debido a su sabor amargo son disuasores alimentarios. Numerosos terpenoides

poseen actividad antimicrobiana o son citotóxicos para plantas. Así por ejemplo, α- y β-

pineno, limoneno y citronelol inhiben el crecimiento de Amaranthus retroflexus en la

proximidad de los naranjos (Citrus aurantifolia). Otros compuestos monoterpénicos con

actividad alelopática son alcanfor (del alcanforero), mirtenal (eucalipto) y mentofurano

(menta).

Presentan una amplia distribución entre las plantas superiores. Se los encuentra en

las familias Myrtaceae (eucalipto, clavo de olor), Asteraceae (manzanilla) Zingiberaceae

(caradmomo), Lauraceae (alcanforero) Apiaceae (cilantro), Piperaceae (pimienta),


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Rutaceae (limonero), Cupressaceae (tuya), Lamiaceae (menta), Poaceae (citronela), etc.,

en diferentes partes de la planta como flores (bergamota, nardo), hojas (melisa, eucalipto,

laurel), cortezas (canela), leño (rosa, sándalo), raíces (vetiver), rizomas (cúrcuma, jengibre),

frutos (anís verde, anís estrellado) y semillas (nuez moscada), donde se sintetizan y

acumulan en diferentes estructuras histológicas tales como células o idioblastos, pelos

secretores, glándulas secretoras, canales resiníferos, etc.

Los monoterpenos tienen diversos usos en perfumería, en la industria alimenticia

como saborizantes y las relativas a sus propiedades farmacológicas. Existen variadas

formulaciones farmacéuticas en forma de linimentos en las cuales se utilizan compuestos

monoterpénicos como el mentol y el alcanfor mezclados con otros aceites esenciales como

la menta y el romero. Sus efectos principales están asociados a la irritación de la piel y

mucosas, como rubefacientes, digestivos, bactericidas, tranquilizantes, antiagregantes

plaquetarios, anticancerígenos, hipolipemiantes, descongestivos nasales y otros.

SESQUI TERPENOS (C 10 )

Derivan del pirofosfato de farnesilo y son el grupo más abundante de compuestos

terpénicos. Se presentan en plantas superiores y también en hepáticas, musgos, hongos y

algas. En las plantas superiores se encuentran en aceites esenciales junto a monoterpenos y

su acumulación está frecuentemente asociada a estructuras secretoras como glándulas

oleíferas. Una serie muy amplia de funciones han sido informadas para los sesquiterpenos,

la cual incluye a sustancias antialimentarias, fitoalexinas, micotoxinas, antibióticos y

reguladores del crecimiento vegetal.

El interés en estos compuestos surgió tempranamente debido a los principios

amargos de numerosas hierbas medicinales que se vio que contenían lactonas

sesquiterpénicas. Además, estas sustancias pueden ser usadas como marcadores

quimiotaxonómicos y algunas poseen aplicaciones farmacológicas debido a sus actividades

como citotóxicas y antitumorales, antiinflamatorios, antipalúdicos, antimigrañosos,

antimicrobianos y también son alergenos por contacto.

El ácido abscícico (ABA), encontrado sólo en plantas superiores, se acumula

principalmente en plastidios y es un regulador del crecimiento vegetal. El ABA es capaz de

iniciar el cierre de los estomas actuando como un antitranspirante endógeno.


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Los sesquiterpenos participan de los mecanismos de defensa de la planta: las

fitoalexinas de Solanáceas consisten en sesquiterpenos cíclicos que se biosintetizan ante el

estímulo de elicitores fúngicos que aumentan la actividad de sesquiterpeno ciclasa y

disminuyen la de escualeno sintasa favoreciendo la formación de los compuestos de

defensa. La artemisina es una lactona sesquiterpénica obtenida de Artemisia annua

empleada para combatir la malaria. El gosipol es un dímero de sesquiterpenos, con

funciones de defensa contra insectos y patógenos (hongos y bacterias); además es activo

como compuesto antifertilidad masculina, actualmente en ensayo, y tendría actividad para

tratar las endometriosis.

Otros ejemplos de sesquiterpenos son: farnesol (en citronela, rosa y acacias),

jubaviona (pino) que tiene actividad de feromona usada como insecticida, β.cadieno (cedro,

ciprés y abeto), eudesmol (eucaliptos), azuleno (manzanilla), etc.

DI TERPENOS (C 20 )

Los diterpenos se originan a partir del pirofosfato de geranil-geranilo que

frecuentemente sufren reordenamientos moleculares. Se encuentran principalmente en

plantas superiores y hongos e incluyen a las giberelinas (GAs) y a los ácidos resínicos de

las resinas de gimnospermas. La mayoría son compuestos cíclicos con pocas excepciones

(fitol).

Las GAs son diterpenoides tetracíclicos esenciales para el crecimiento y desarrollo

normales de las plantas. Pueden tener 19 (GA19-GAs) ó 20 (GA20-GAs) átomos de carbono.

Su concentración en embriones o endosperma es mayor que la encontrada en los brotes

vegetativos. Poseen actividad hormonal capaz de controlar la elongación de internodos

caulinares, desarrollo, germinación y dormancia de la semilla y desarrollo del fruto.

Los ácidos resínicos, ac. pimárico y sus isómeros, y ácidos abiéticos se encuentran

en la resina de pino. La resina y sus derivados (trementina y colofonia) se utilizan

ampliamente en pinturas, barnices, mezclas impermeabilizantes, tintas para impresión y

para la generación de materiales poliméricos y películas con propiedades reológicas y

químicas específicas. Han sido utilizados como base en la obtención de gomas de mascar,


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pastas dentales y cosméticos. Los derivados de la resina y colofonia (residuo de la

destilación de las resinas) y sus sales han sido extensivamente evaluados por sus

propiedades y aplicaciones farmacéuticas, incluyendo bases para materiales de

microencapsulación.

En este grupo de compuestos también se encuentran moléculas con interesantes

propiedades como los ésteres del forbol (de algunas euforbiáceas) que son promotores

tumorales por activación de la proteín-quinasa (segundo mensajero), el taxol (de Taxus

baccata) empleado como antitumoral, las podofilotoxinas ( Podophyllum peltatum) con

propiedades citotóxicas, antimicóticas y antivirales, entre otras.

TRITERPENOS (C 30 )

La unión cabeza-cabeza de dos moléculas de Farnesil-PP produce escualeno que es

el precursor de todos los triterpenoides. En este grupo encontramos los fitosteroles que

tienen una importante función estructural al formar parte de las membranas, en un rol

análogo al colesterol en células animales. Los esteroles son importantes para el crecimiento

de la planta.

Estos compuestos terpénicos también forman parte de las saponinas (glicósidos

triterpénicos) ampliamente encontradas en el reino vegetal. Las saponinas son solubles en

agua produciendo espumas estables. Estas moléculas protegen a las plantas del ataque de

hongos. Son capaces de lisar eritrocitos y éste constituye el método estándar para su

detección. Algunas saponinas se emplean por sus propiedades expectorantes y diuréticas.

Los cardenólidos son derivados esteroides de C23 con actividad cardíaca,llamados

por lo tanto glicósidos cardíacos. La digitoxina, un componente de Digitalis purpurea o

dedalera es empleada clínicamente como estimulante cardíaco. Aparecen en diversas

familias vegetales y también en insectos tal como la mariposa Monarca que consume partes

aéreas de Asclepias spp, productoras de cardenólidos, y que se tornan desagradables para

sus depredadores. Son moléculas tóxicas como las encontradas en Nerium oleander (laurel ,

adelfa) cuya intoxicación digitálica produce alteraciones gastrointestinales acompañadas de

náuseas y vómitos, con deposiciones diarreicas sanguinolentas, vértigo, ataxia, midriasis,


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excitación nerviosa seguida de depresión, disnea y convulsiones tetaniformes entre 4 y 12

horas después de la ingesta.

TETRATERPENOS (C 40 ) y POLITERPENOS

Se forman a partir de dos moléculas de Geranil-geranil-PP. En este grupo se

encuentran sustancias tan importantes como los carotenoides. Los carotenoides son un

amplio grupo de pigmentos presentes en todos los tejidos verdes, donde forman parte de los

cloroplastos, y también responsables de la mayoría de de los colores amarillo a rojo de

flores y frutos. Los carotenoides formados por C e H son llamados carotenos, mientras que

aquellos que poseen además funciones oxigenadas se denominan xantofilas. Algunos

carotenoides mayoritarios asociados a la fotosíntesis, presentes en hojas, son β-caroteno,

luteína (carotenos), violaxantina y neoxantina (xantinas). Los carotenoides también se

encuentran en tejidos no-fotosintéticos como pétalos florales (auroxantina, flavoxantina) y

frutos, donde su distribución es extremadamente compleja y variable. Los carotenoides

también están presentes en anteras y polen de las flores, semillas (trazas, salvo el maíz) y

raíces (zanahoria).

En tejidos fotosintéticos es los carotenoides ejercen una fotoprotección mediante la

depuración de especies reactivas de oxígeno como el oxígeno singulete (estado excitado del

O). Esta función está asociada a la capacidad de los carotenoides de participar enreacciones fotoquímicas. Por otro lado, actúan como pigmentos fotosintéticos accesorios y

son precursores del ABA. En frutos y flores son responsables de la atracción de

polinizadores y dispersores.

Pueden ser clasificados de la siguiente manera:


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Los politerpenos (C5H8)n son moléculas de elevado peso molecular, ampliamente

distribuídas en la naturaleza. Son polímeros de multiples aplicaciones como el caucho

(polímero con uniones cis) derivado del látex de Hevea brasiliensis y la gutapercha

(polímero con uniones trans) de Palaquium guta.

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