Fitoquímica

La fitoquímica es el estudio de la composición química de las plantas, siendo no solo su tema de

estudio los principios activos sino el contenido de metabolitos primarios y otras sustancias

relacionadas con su papel como alimento. Estudia los productos naturales farmaciológicamente

activos. Los metabolitos primarios los estudian los bioquímicos y los secundarios los químicos.

La química de alimentos estudia los componentes nutricionales de las plantas.

Los metabolitos primarios son producto del metabolismo general, ampliamente distribuidos en

plantas y aminoácidos como proteínas comunes, lípidos, etc. Los metabolitos secundarios no

son esenciales, son productos del metabolismo especial con distribución restringida a ciertas

plantas y microorganismos, como los alcaloides, terpenoides y flavonoides. Se ha reevaluado su

rol en las interacciones ecológicas.

Los metabolitos primarios y secundarios no difieren en estructura química, y en muchas

ocasiones tampoco en su origen biosintético. En los metabolitos secundarios existe una gran

diversidad y complejidad de estructuras moleculares, se desconoce en muchos casos la función

que desempeñan en el organismo, se distribuyen de manera limitada y son característicos de

especies y subespecies.

La farmacognosia estudia las materias primas naturales de uso medicinal (identidad y origen,

producción, composición, actividad, etc… drogas minerales, animales y vegetales). La

fitoquímica estudia las drogas y compuestos químicos obtenidos de los vegetales, analiza sus

reacciones y características, la elaboración de fármacos que benefician al ser humano y tiene

una aplicación a la medicina tradicional. Los metabolitos secundarios más importantes son los

alcaloides y provienen en su mayoría de terpenos.

La fitoquímica realiza experimentos en la planta viva haciendo seguimientos de sustancias

marcadas con isótopos radiactivos y aislamientos de sistemas enzimáticos capaces de catalizar

diversas etapas de una ruta biosintética empleando microscopía confocal. Para conocer la

estructura de los compuestos se emplean técnicas químicas y espectroscópicas. Hay

separaciones físicas y químicas, y a partir de las moléculas aisladas se hacen análisis

espectroscópicos.

Los grupos de compuestos naturales son: antocianinas, saponinas, acetogeninas, alcaloides,

glicósidos, cumarinas y taninos. Tienen aplicaciones en medicina y farmacia (anticancerígenos,

antibióticos, etc…), lucha contra plagas, industria alimentaria e industria cosmética.

Los alcaloides son componentes con actividad fisiológica y tóxica que contienen un átomo de

nitrógeno en un anillo heterocíclico. Son básicos y poseen una estructura compleja y se

distribuyen en vegetales, son los compuestos de mayor interés farmacológico. Existen tres

grupos de alcaloides, los verdaderos alcaloides (anillo con nitrógeno), los protoalcaloides

(derivan de aminoácidos, como aminas, betaínas y colinas) y pseudoalcaloides (derivan de

terpenoles y purinas).

La biogénesis de los verdaderos alcaloides son los aminoácidos. Son moléculas altamente

reactivas a bajas concentraciones, son amargas, cristalizan de color blanco, forman sales

solubles. Existen en estado libre, como sales o como óxidos.

Los alcaloides se pueden clasificar por su actividad biológica, por su estructura química o por su

ruta biosintética. Normalmente toman el nombre de la amina con que inicia su biosíntesis:

Grupos Ejemplos

Piridina Piperina, coniina, nicotina, peletrina, guayacina

Pirrolidina Nicotina, higrina

Tropano atropina, cocaína, escopolina

Quinolina Quinina, estricina, brucina

Isoquinoleina Morfina, codeína, tebaína

Indol Triptaminas (DMT, serotonina, psilocibina) y ergolinas (LSD)

Purina Xantinas: cafeína, teofilina

Terpenoides Aconitatos y esteroides

Vinca Vinblastina, vincristina

Feniletilamina Mezcalina, efedrina

La quinina proviene de la cinchona, empleada en tratamientos antipalúdicos. El tropano se

encuentra en las solanáceas, posee invaluables propiedades farmacéuticas, se usa como

veneno, pertenecen a este grupo la atropina, cocaína y cafeína. La morfina, derivada del opio, es

la droga más utilizada como analgésico, narcótico y tranquilizante para animales. El ergot se

encuentra en hongos (cornezuelo de centeno) como parásito del centeno y el trigo, se usa en

tratamientos de dolor de cabeza, migraña y desórdenes sexuales, causa ergotismo (un tipo de

gangrena), y es el principal integrante de LSA y LSD, la gloria matutina tiene una sustancia

similar al ergot. La vincristina es el antileucémico más potente, homólogo de la vinblastina, es

empleado en tratamiento de leucemias infantiles y en linfomas no-Hodking’s.

Los terpenos son pseudoalcaloides con propiedades medicinales integrados por isoprenos. El

mentol es analgésico tópico y antiprurítico. El thujone es un monoterpeno encontrado en la

artemisa y es un agente tóxico. El alcanfor se encuentra en eucalipto y se usa como antiirritante,

anestésico, expectorante, etc. El borneol se encuentra en el aceite de pino y se usa como

desinfectante y aromatizante.

Los aceites esenciales son líquidos oleosos volátiles, constituidos de una mezcla de terpenos y

derivados oxigenados. Son insolubles en agua, parcialmente solubles en etanol y cloroformo. Se

desconoce su función biológica (se cree que ayudan como trampas sexuales para control de

plagas y favorecer la fecundación). Los que tienen nombres agradables se nombran de la planta

que provienen (mentol, limoneno, pineno, vanilina, aldehído cinámico). Muchos terpenos

forman el aroma floral (mirceno a mirto, geraniol, iononas a violeta).

Los carotenoides son compuestos poliénicos de cuarenta carbonos de cadena lineal o con anillo

homocíclico en sus extremos. La presencia del doble enlace proporcionan los colores que van

del rojo al amarillo (zanahoria, tomate, plátano, maíz y flores amarillas). Se clasifican en

carotenos (solubles en éter y algo en alcohol) y xantofilas (disuelven en metanol, éter y etanol).

El taxol es un diterpeno, droga anticancerígena presente en el Pacific yew. Las saponinas son

moléculas unidas a azúcares, esteroides y triterpenos, producen espuma y son purgativos, la

abruside es endulcorante, la bruceatina es antineoplásico de animales.

El principal rol de los esteroides es como hormonas. La cortisona es antiinflamatorio y

anticonceptivo y se sintetiza a partir de la diosgenina, encontrada en agave sisalana,

comercializada por syntex.

La digitoxina es un cardiotónico, glucósido encontrado en la digitalis purpurea. La nicotina es un

derivado de la ornitina y se encuentra en el tabaco. El ergot también se encuentra en un sapo

(cane, Bufo marinus), que tiene la estructura de dimetiltriptamina.

La solanina es un alcaloide encontrado en la papa, la tomatina, en el tomate. Existen alcaloides

amínicos como la piperina, encontrada en la pimienta negra, responsable de su sabor picante.

Otro es la capsaína, sabor picante del chile. Estos liberan endorfinas (neuropéptidos pequeños).

La clorofila y la hemoglobina tienen grupos pirrólicos, la primera se encuentra en cianobacterias

y organismos con plastos cuya función es absorber energía luminosa. La hemoglobina tiene, a

demás de una porfirina, el grupo hemo. En las bacterias se encuentra la bacterioclorofila

(pigmento de bacterias púrpuras y pardas). La vitamina B12 y los pigmentos biliares (desechos

de vertebrados) son pirrólicos y desempeñan funciones en animales que no poseen

hemoglobina.

Otros alcaloides se han encontrado también en anfibios, artrópodos, mariscos, musgos, hongos

y bacterias.

Las quinonas son dicetonas insaturadas, derivadas de la benzoquinona y se convierten en

polienoles al reducirse. Son solubles en etanol y soluciones acuosas de carbonato de sodio, son

purgantes y algunos son antiparasitarios. Se utilizan en industria y artesanía como colorantes. Se

clasifican en naftoquinonas, antraquinonas y fenantraquinonas.

La vitamina K es una quinona, la fitomenadiona o antihemorrágica. Tiene cuatro presentaciones,

se obtiene de vegetales de hoja verde (K1), pescado (K2), flora bacteriana (K3) y sintéticamente

(K4). Participa en el mecanismo de coagulación de sangre activando síntesis de protrombina, su

deficiencia causa hemorragias y su exceso no tiene efectos secundarios.

Las antraquinonas son glucósidos encontrados en el ruibarbo y los géneros aloe, rhamnus,

líquenes e insectos. Tienen efectos laxantes y purgantes. La antraquinona es polvo cristalino,

amarillento o de color gris verduzco, insoluble en agua y alcohol.

Las fenantraquinonas, son glucósidos con aglicona de antraquinonas. Se usan como colorantes

(como el que se extrae del añil). La alazarina, sintetizado por Perkin, se encuentra en plantas

como la malva o en la planta índigo, originaria de Asia occidental y Europa mediterránea, y es

color púrpura (magenta). Las hojas de sen tienen senósidos y purgan.

Los fenilpropanos son sustancias aromáticas con funciones oxigenadas en las posiciones orto y

para, ampliamente distribuidos en vegetales, provenientes del metabolismo de carbohidratos y

el ácido shiquímico. A este grupo pertenecen los alilbencenos, el aldehído cinámico, los

propenilbencenos, cumarinas, fenilpropanos, ácido benzoico y sus derivados (alpha tocoferol,

hidroquinonas y ácido salicílico).

El alpha tocoferol es un antioxidante (vitamina D). La hidroquinona es hipnótica, se usa como

revelador fotográfico, obtención de colorantes, etc. Forma parte de la fosforilación oxidativa en

la mitocondria (unión entre nucleótidos reducidos y citocromos), es antioxidante (tratamiento

contra amnésicos). El ácido salicílico (analgésico) se encuentra en la corteza del sauce, gaulteria,

chopo, ulmaria, abedul, etc. Se sustituye por la aspirina (acido acetil-salicílico) y se usa como

analgésico, antipirético, antiinflamatorio y antirreumático. Los propilbencenos incluyen al ácido

cinámico, benzofenonas, xantonas, antraquinonas, naftoquinonas y cannabinoides, tienen

esqueleto C6-C1.

La lignina y cumarina son compuestos ampliamente distribuidos en vegetales. Son antimitóticos

utilizados en terapia contra el cáncer. Son derivados de la podofilotoxina, presente en el rizoma

de Podophylum peltatum. La silvina y silcristina son hepatoprotectores, son antagonistas de

amanita muscaria. La cumarina es un tóxico con sabor a vainilla, utilizado como veneno en

puntas de flecha, se origina por lactonización del ácido cumarínico. Existen sencillas y complejas.

Se usan como reguladores del sistema vascular. La umberifelona (reactivo de identificación de

ésteres) pertenece a las cumarinas sencillas. Son poco importantes farmacológicamente

(tratamientos de psoriasis, formación de ronchas rojas con escamas grises).

Los taninos son compuestos polifenólicos con grupos hidroxilo que precipita alcaloides,

gelatinas y proteínas solubles. Son amarillos, rojos y cafés, de sabor astringente. La formación

de uniones con proteínas y otros polímeros es lo que marca la diferencia con otros compuestos

fenólicos. Son capaces de curtir la piel por su astringencia. Son repelentes contra predadores y

microorganismos, tóxicos contra parógenos potenciales. Se clasifican en condensados

(protocianidinas o catequéticos) o hidrolizables (gálicos o pirogálicos). Tienen capacidad

antidiarreica, astringente y hemostática.

Las proantacianidinas tienen propiedades de protección contra el sol, radiación, alcohol,

vascular, actividad anticaries, anticancerígenas, antihistamínicos, antivirales, etc. Se encuentran

en vino tinto.

Las acetogeninas (poliacetogeninas o poliacetatos) provienen de la condensación de acetatos,

forman compuestos de cadena abierta, se clasifican en flavonoides (color de hojas y flores,

disminuyen el riesgo de enfermedades cardiovasculares, poseen actividad antioxidante,

anticancerígenos, previenen enfermedades neurodegenerativsa y ayudan al tratamiento de

enfermedades crónicas, se clasifican en flavonas, isoflavonas, antocianinas, flavononas,

flavonoles y flavanoles) y. Las antocianinas son flavonas presentes en forma de glicósidos de las

antocianidinas, son responsables del color rojo, púrpura o azul de muchas flores (geranio,

fresas, etc.). Algunos ejemplos representativos de acetogeninas son la hesperidina, naringina,

quercitina y rutin, tienen efecto antioxidante y disminuyen la fragilidad capilar.

El resveratrol se encuentra en las uvas, es un excelente antioxidante y es antimicótico contra

Phythophora infestans (hongo que afecta las papas). La estirbenosintasa es una enzima que

regula la producción de resveratrol. Bayer y el instituto Max Planck hicieron papas transgénicas

con el gen que codifica para estirbenosintasa.