Via do Acetato-Malonato - University of São Paulo

28/08/2016

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BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016

Via do Acetato-Malonato

Prof. Marcelo J. Pena Ferreira


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CO2 + H2O

GLICOSE

PIRUVATO

3-FOSFOGLICERATO (3-PGA)

VIA DO METILERITRITOL-FOSFATO (MEP)

ACETIL-CoA

VIA DO ACETATO-

MEVALONATO

TERPENÓIDES

MONOTERPENOS (C10) SESQUITERPENOS (C15) DITERPENOS (C20) TRITERPENOS (C30) ESTERÓIDES CAROTENÓIDES

CICLO DE KREBS

VIA DO ACETATO-MALONATO

DERIVADOS DE ÁCIDOS GRAXOS

CUTINA SUBERINA CERAS POLIACETILENOS

FOSFOENOLPIRUVATO

ERITROSE-4-FOSFATO

VIA DO CHIQUIMATO

SUBSTÂNCIAS FENÓLICAS

SUBSTÂNCIAS FENÓLICAS

AMINOÁCIDOS AROMÁTICOS

AMINOÁCIDOS ALIFÁTICOS

METABÓLITOS NITROGENADOS

ALCALOIDES GLICOS. CIANOGÊNICOS GLUCOSINOLATOS POLIAMINAS

FLAVONÓIDES FENILPROPANÓIDES

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• Precursora de policetídeos: cadeias poli--ceto

• Compreende as seguintes classes de metabólitos:

• Ácidos graxos;

• Poliacetilenos;

• Prostaglandinas;

• Antibióticos macrolídeos;

• Várias substâncias aromáticas:

xantonas, antraquinonas, tetraciclinas....

Via do acetato-malonato


Via do acetato-malonato Formação da cadeia poli--ceto: ocorre com a carboxilação da Ac-CoA à

malonil-CoA (na presença de ATP, HCO3- e coenzima biotina)

acetil-CoA-CO2

malonil-CoA

acetoacetil-CoA poli--ceto-éster

malonil-CoA -CO2

aromáticos macrolídeos

ácidos graxos

sem redução dos grupos ceto

todos grupos ceto reduzidos

redução/ desidratação

-cetoéster hidroxiéster

redução desidratação

éster conjugado

redução

éster reduzido

ACP: proteína carreadora de acila

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Via do acetato-malonato – Ácidos graxos e derivados

1. Ácidos graxos

Biossintetizados pela enzima ácido graxo sintase (do inglês: FAS)

Animais e fungos: FAS tipo I – proteína multifuncional com sete

domínios funcionais

Plantas e bactérias: FAS tipo II – conjunto de enzimas separadas

codificadas por sete genes diferentes

Malonil-CoA Malonil-CoA

acetil-CoA acetil-CoA

Unidade Iniciadora

Unidade Iniciadora

Unidades extensoras Unidades extensoras Ácido palmítico (16:0)

Ácido esteárico (18:0)



1. Ácidos graxos

Frequentemente possuem n° par de C e esterificados ao glicerol

Triglicerídeos: Lipídeos de reserva de plantas oleaginosas

Geralmente presentes em:

Sementes: legumes, cereais, palmeiras; Frutos: oliva, abacate

G

L

I

C

E

R

O

L

ÁCIDO

GRAXO

ÁCIDO

GRAXO

ÁCIDO

GRAXO

Importante reserva energética para o embrião

Saturados Aves e mamíferos Insaturados Graxas e gorduras Vegetais: óleos

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1. Ácidos graxos

Espécies vegetais e peixes contém predominantemente

triglicerídeos de ácidos graxos insaturados.

Ácido oleico - 18:1 (9c)

Espécies de clima frio produzem % de ácidos graxos poliinsaturados

manter a fluidez.

Óleo de Colza – Brassica napus [ ] C20, C22 (ácido erúcico) e de glicosinolatos

Variedades genetica//e modificadas: Canola “Canadian oil low acid”

% de -3 e -6



1. Ácidos graxos

Organismos eucariontes: 9-desaturase

Espécies vegetais

Ácido oleico - 18:1 (9c)

Espécies animais – dieta: ácido linoleico

prostaglandinas

tromboxanos

leucotrienos

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Oenothera biennis – Onagraceae

Sementes: óleo de prímula

Óleo: suplemento alimentar

glicerídeos de ácido -linolênico (7-14%)

glicerídeos do ácido linoleico (65-80%)

Usos adicionais:

tratamento tensão pré-menstrual

esclerose múltipla

mastalgia

Dilinoleil--linolenil-glicerol: tratamento da neuropatia e retinopatia relacionadas ao diabetes


Ricinus communis - Euphorbiaceae

ácido oleico

ácido ricinoleico

oleato 12-hidroxilase

PL: fosfolipídio

ácido undecenóico

Óleo de rícinio: purgante, base de emolientes e fabricação sabões Emprego do óleo para preparação de biodiesel

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1. Ácidos graxos

Fosfolipídeos: Componentes estruturais de membranas celulares;

Constituído por diacil-éster do glicerol 3P: ácido fosfatídico

O grupo fosfato pode estar ligado a colina, etanolamina, serina,

mioinositol formando fosfatidilcolina , ........

Fosfatidilcolina: lecitina

Lipossomos: potencial interesse em sistemas “drug delivery”.

PAF (fator agregação plaquetária): ativa plaquetas sanguíneas; contribui para efeitos como trombose, alergias e inflamações.



2. Ceras cuticulares

Constituída por longas cadeias alifáticas tais como n-alcanos, alcoóis

graxos (1° e 2°), aldeídos e cetonas, ácidos graxos livres e ésteres.

Também encontrados: triterpenos e esteróides.

Lamela média (pectinas)

Parede celular 1ª

Cera epicuticular Matriz de cutina

Matriz de cutina “embebida” por ceras:

Cera intracuticular

Capa cuticular: cutina + celulose aderida a lamela média

Cutícula (cutina + ceras):

Um dos fatores para a

conquista do ambiente

terrestre

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Cutícula

Constituída por cutina (biopolímero de estéres de ácidos graxos C16

ou C18) e 2 tipos de ceras:

epicuticular: depositada sobre a superfície da cutina

intracuticular: incorporada a matrix de cutina

...O-(CH2)15-C-O-(CH2)9-CH-(CH2)7-C....

(CH2)7-CH-(CH2)9-O-C-(CH2)7-CH-(CH2)9-O-C....

O... O...

Estrutura parcial da molécula de cutina

Cutina: Principal constituinte da cutícula que recobre as paredes

celulares externas da epiderme dos órgãos aéreos


Produção (Biossíntese) das ceras

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Funções da Cutícula

A: Redução da perda de água não estomática e difusão de gases; B: Evita acumulação de água e pó; E: Camada fotoprotetora; C: Participa da interação planta-inseto; F: Promove suporte mecânico D: Participa da tradução de sinais para ativação de genes específicos;


Hidrofobicidade da cutícula depende da composição relativa das frações

de hidrocarbonetos, álcoois e aldeídos (mais relacionada com as ceras);

Fig. 3 – Evaporation rates (E) in Whatman paper discs

impregnated with constituents separated from foliar epicuticular

waxes of species from caatinga and cerrado. Empty symbols

correspond to triterpenoids. () ursolic acid, () hentriacontan-16-

one, () lupeol, () lupeol + β-amyrin, () epifriedelinol, ()n-

alkanes. Values correspond to means ± sd (n = 30), obtained at

25◦C and 65% relative humidity.

alcanos são mais eficientes que terpenóides como barreiras a perda de água

Oliveira et al. Epicuticular waxes from caatinga and cerrado species and their efficiency against water loss. Anais da Academia Brasileira de Ciências (2003) 75(4): 431-439

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3. Poliacetilenos

Obtidos pela desaturação de ácidos graxos insaturados

Atuam como componentes de defesa

nas espécies produtoras

Atividades:

Inseticida

Supressora alimentação de insetos

Fitoalexinas

Efeitos fototóxicos

ácido oleico - 18:1 (9c)

ácido linoleico - 18:2 (9c,12c)

ácido crepenínico - 18:2 (9c,12a)

ácido deidrocrepêninico - 18:3 (9c,12a,14c)

18:3 (9c,12a,14a)

18:4 (9c,12a,14a, 16a) ácido deidromatricaria - 10:4 (2t,4a,6a,8a)

-oxidação e isomerização



3. Poliacetilenos

Ocorrência: especialmente comuns em Asteraceae e Apiaceae;

Fungos basidiomicetos

Geralmente, substâncias altamente tóxicas

cicutoxina Bidens pilosa - Asteraceae

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+ de 10.000 ocorrências em Asteraceae

APG-III (2009) POLIACETILENOS


aromáticos macrolídeos

ácidos graxos

sem redução dos grupos ceto

todos grupos ceto reduzidos

redução/ desidratação

-cetoéster hidroxiéster

redução desidratação

éster conjugado

redução

éster reduzido

Via do acetato-malonato – Policetídeos

Biossintetizados pela enzima policetídeo sintase (do inglês: PKS)

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Via do acetato-malonato – Policetídeo sintases

Tipos de PKS’s

PKS – tipo I: proteínas multifuncionais muito grandes com domínios

funcionais individuais, podendo esses ser iterativos ou não.

Responsáveis: biossíntese de macrolídeos

Unidade iniciadora: Ac-CoA ou Pro-CoA

Unidade extensora: Mal-CoA ou Me-Mal-CoA

Ocorrem: fungos e bactérias

PKS – tipo II: complexo proteínas monofuncionais iterativas.

Responsáveis: biossíntese de aromáticos

Unidade iniciadora: pode variar

Unidade extensora: Mal-CoA

Ocorrem: restritas a bactérias

Ambos tipos utilizam proteínas carreadoras de grupos acila (ACP) para

ativar substratos e realizar crescimento intermediário policetídico.



Propionil-CoA

9x malonil-CoA

15 etapas Doxorubicina

Tetraciclinas

Acetil-CoA Malonil-CoA Metil-Malonil-CoA Anfotericina B

Macrolídeos

4 etapas

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Tipos de PKS’s

PKS – tipo III: proteínas homodiméricas que empregam os dois sítios

ativos funcionalmente independentes para realizar as reações.

Responsáveis: biossíntese de vários PN aromáticos

Ocorrem: fungos, bactérias e espécies vegetais

Unidade iniciadora: variável

Unidade extensora: Mal-CoA

Subtipos de acordo com o iniciador:

Benzoil-CoA: bifenil-sintase (BIS) e benzofenona-sintase (BPS)

Coumaroil-CoA: chalcona sintase (CHS) e estilbeno sintase (STS)

Antraniloil-CoA: acridona sintase (ACS); .......

Somente utilizam ésteres de CoA ao

invés de ACP para realizar crescimento

intermediário policetídico.



Evolução das PKS-III

Diversidade: relacionada modificações fora da tríade catalítica

Reação inicial Descarboxilação do malonil Extensão policetídica

influência no tamanho da cavidade do sítio ativo

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BIB 0315 – Metabólitos Vegetais: Origem, Diversidade e Aplicações 2016 Árvore filogenética de PKS-III

duplicação e posterior refuncionalização gene chave para explicar a diversidade metabólica

Phytochemistry 2009, 70, 1719-1727


PKS-III funcionalmente diferentes de CHS

Em vermelho os diversos iniciadores empregados pelas PKS-III

Phytochemistry 2007, 68, 2831-2846

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Via do acetato-malonato – Policetídeos aromáticos

acetil-CoA malonil-CoA poli--cetoéster Caminho B Caminho A

ácido orselínico

acetofenonas

Iniciador: Acetil-CoA



1. Antraquinonas

Crisofanol-antrona Crisofanol

Aloe-emodina Reína

Produzidas por espécies vegetais e fungos Famílias: Fabaceae, Rhamnaceae, Polygonaceae, Xanthorrhoeaceae

acetil-CoA malonil-CoA

7x

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1. Antraquinonas

Senosídeos: Cassia angustifolia e C. senna

Estimulam movimento peristáltico do intestino

Cascarosídeos: Rhamnus purshianus

Reína antrona

tautomerismo ressonância

Reína diantrona

Senosídeo A/B

Acoplamento radicalar

O-glicosilação



1. Antraquinonas

Xanthoria parietina

Parietina

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1. Antraquinonas

Hypericum perforatum – Hypericaceae : Erva de São João: Antidepressivo

Emodina Emodina antrona

Hipericina

Hiperforina

Floroglucinol

MEP ou MEV


Via do acetato-malonato – Policetídeos aromáticos 2. Floroglucinóis : precursor aas.

Hiperforina

3x malonil-CoA

Isobutiroil-CoA Floroisobutirofenona

DMAPP

DMAPP

GPP

Isovaleroil-CoA Floroisovalerofenona

Deoxiumulona Humulona

3x malonil-CoA

Humulus lupulus – Cannabaceae

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3. Benzofenonas e Xantonas : precursor benzoil-CoA.

benzofenona

-mangostin

benzoil-CoA

malonil-CoA

Fenilalanina: chiquimato

Distribuídas principalmente em Clusiaceae e Gentianaceae

preniladas polioxigenadas

MEP ou MEV

BPS



4. Flavonóides e Estilbenos: precursor coumaroil-CoA.

Chiquimato

p-coumaroil-CoA

3x malonil-CoA

Estilbeno Flavonóide

Chiquimato

Chiquimato

Acetato-Malonato

Acetato-Malonato

BIOSSÍNTESE MISTA !!!

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Referências Bibliográficas

• P.M. Dewick, Medicinal Natural Products – A Biosynthetic

Approach. 3th Ed., 2009.

• L. Beerhues & B. Liu, Phytochemistry 2009, 70: 1719-1727

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