biossintese

Prévia do material em texto

Biossintese de Cumarinas
➢ Formação do p-cumaroil CoA
1. Ácido chiquímico forma o ácido corísmico, que forma o ácido prefênico que forma a
Fenilalanina (Biossíntese Maria Isabel);
2. Após a saída de amônio pela ação da PAL tem-se a formação da ligação dupla na 
estrutura do Cinamato;
3. O ácido cinâmico (cinamato) sofre ativação por SCoA, ativando o grupo carboxilico 
terminal, podendo ocorrer uma p-Hidroxilação. Forma o ácido p-Cumárico.
4. A partir da estrutura anterior se tem a formação das cumarinas
➢ Tipos de Cumarinas
1. C-preniladas: quando a inserção da 
unidade isoprênica acontece 
diretamente a um átomo de 
carbono.
2. O-preniladas: quando a unidade 
isoprênica se liga diretamente a 
uma unidade de oxigênio.
 Prenilação: quando há a adição de uma unidade isoprênica a uma estrutura 
fenólica, como por exemplo a cumarina, gerando um fenol prenilado.
3. Furano cumarinas: anel furano 
fundido ao anel furano. Podem ser 
classificadas de duas formas:
- Lineares: quando o anel é fundido e 
a estrutura se dispõe linearmente;
- Angulares: a fusão do anel furano 
ocorre de forma que a angulação da 
estrutura faça uma “ondulação”;
4. Pirano cumarinas: anel de 6 membros – 
pirano, que também podem ser lineares e 
angulares.
LEMBRANDO: o que estabelece a linearidade
ou angularidade da estrutura é onde a 
unidade isoprênica vai se ligar: se é no 
carbono 6 ou no carbono 8.
5. Cumarinas diméricas: exemplificada pelo 
dicumarol. É uma estrutura que serviu como 
protótipo para os anticoagulantes. Ex: síntese 
da varfarina.
➢ Ciclização e formação do núcleo cumarínico
1. Ácido cinâmico pode sofrer duas ações: sofre ação da cinamato 2-hidroxilase, em 
que a hidroxilação ocorre em posição orto à cadeia lateral, formando o ácido O-
hidroxicinâmico, ou pode sofrer hidroxilação da cinamato 4-hidroxilase, em que a 
hidroxilação ocorre em posição para em referência a cadeia lateral, formando o 
ácido P- hidroxicinâmico.
OBS: Independente das duas possíveis rotas, é importante ressaltar, que para 
ocorrer ao final a ciclização do esqueleto cumarínico, a hidroxilação em orto 
(posição 2 a cadeia lateral) ela é fundamental, porque é a participação dessa 
hidroxila que vai fazer com que no final haja o anel lactônico.
* As hidroxilas estão destacadas para mostrar que ao final, as estruturas dos 
esqueletos cumarínicos conservarão os átomos de oxigênio do substituinte 
hidroxílico.
2. Na rota que sofre ação da cinamato 2-hidroxilase haverá a formação da Cumarina
simples; Na rota que sofre ação da cinamato 4-hidroxilase haverá uma hidroxila 
adicional, mesmo tendo os mesmos mecanismos envolvidos, tendo a formação da 
Umbeliferona.
Como ocorre a ciclização?
1. Ocorre uma isomerização trans-cis por fotocatálise UV ou por sistema enzimático, 
em que a carboxila, admitirá posição cis.
2. Formação do anel lactônico: Ocorre a lactonização, através de uma reação de 
esterificação intramolecular, formando uma cumarina simples.
3. Ácido cinâmico sofre ação da cinamato 4-hidroxilase, junto de O2 e NADPH, 
formando o ácido p-hidroxicinâmico.
➢ Glicosilação e ação da glicosidase
1. Antes da isomerização da dupla, ou seja, um pouco antes da ciclização, ocorre 
uma glicosilação na hidroxila. Esse processo é uma forma de defesa do vegetal. A 
Hidrólise enzimática sob stress biótico ou abiótico retira a glicose, através de uma 
glicosidase, que permite a formação da cumarina.
2. Normalmente, é encontrado o ácido em sua forma glicosilada armazenado no 
vacúolo (escopolina – cumarina glicosilada). Em um tecido saudável a cumarina 
ativa está armazenada na parte externa do citosol e por ação de uma glicosidase 
ela é glicosilada a forma escopolina e por ação de uma glicosil-transferase ela é 
transferida do exterior e armazenada no vacúolo.
3. Quando há um estresse que causa a ruptura do tecido, há a liberação dessa forma 
glicosilada que irá se encontrar com uma glicosidase, fazendo com que hidrolise a 
escopolina formando escopoletina, fazendo com que uma maior quantidade de 
escopoletina seja acumulada e forme as cumarinas livres (ação antimicrobiana, 
antioxidante, sequestradora de EROs), ou seja, uma planta com estresse acumula 
escopoletina como mecanismo de defesa e de se defender do ambiente 
inadequado.
4. Então, geralmente essas estruturas se encontram nessa forma e quando precisa 
do vegetal trazer alguma resposta a algum elicitor, essa glicose entra em contato 
com a glicosidase e ela é liberada, tendo então a lactonização acontecendo.
Como ocorre a lactonização?
O mecanismo clássico quando se tem uma 
hidroxila e uma carboxila ocorre da seguinte 
forma: 
1. O par de elétrons da hidroxila promove um 
ataque nucleofílico ao centro eletrofílico do 
carbono da carbonila do grupo ácido, o par 
de elétrons da dupla vai em direção ao 
oxigênio, o qual fica com carga negativa, 
formando um intermediário.
2. Ocorre migração 1,2-dipróton. Neutralizando
o heteroátomo, formando outro intermediário.
3. Par de elétrons do O- forma a dupla com o carbono e expulsa o H2O, formando a 
lactona.
➢ Mecanismo enzimático de ciclização e isomerização 
1. Feruloil-CoA sofre ação de uma dioxigenase dependente de 2-oxoglutarato que, a 
partir de uma oxidação, adiciona uma hidroxila na posição orto no anel.
2. Ocorre uma nova etapa de oxidação, é feita uma abstração de próton dessa 
hidroxila, formando um O-.
3. Ocorre uma ressonância entre os elétrons do oxigênio e a dupla ligação do anel, o 
que resulta na formação de uma carbonila e a migração das ligações duplas, 
dentro e fora do anel. Isso gera um oxigênio fora do anel com carga negativa.
4. Quando ocorre esse sistema de ressonância, a ligação simples, que antes era 
dupla, consegue sofrer uma rotação, o que não era possível numa dupla, fazendo 
com que assuma uma posição cis.
5. Os elétrons da carbonila ligada ao anel vão para o oxigênio, que ataca a carbonila 
do grupamento ácido, o que resulta na expulsão do SCoA (bom grupo de saída), 
completando a lactonização.
➢ Biossíntese de furano e piranocumarinas
Resumo:
São sintetizadas a partir da via do Chiquimato, tendo como precursor o ácido Chiquímico 
que dá origem ao ácido aminado Fenilalanina que por ação da PAL, origina-se o ácido 
Cinâmico, que é convertido a ácido-p-hidroxi-cinâmico, que é pela ação da cinamato-4-
hidroxilase.
Posteriormente, a cumarato-2-hidroxilase catalisa a reação de formação do intermediário 
que possui a hidroxilação orto em relação a cadeia lateral.
Em seguida, ocorre a fotoisomerização da ligação dupla com geometria trans, passando a
geometria cis da forma E para a forma Z e posteriormente a lactonização, dando origem a
Umbeliferona.
A etapa seguinte é caracterizada pela adição de uma unidade isoprênica, denominada 
dimetilalildifosfato - DMAPP. A prenilação, que é a incorporação dessa unidade isoprênica 
no sistema bicíclico da cumarina, ela pode ocorrer em duas posições principais: ou no C6 
ou no C8. Caso essa isoprenilação ocorra no C6 – haverá a formação de uma pirano 
ou furano cumarinas lineares, mas se a adição for no C8 – haverá a formação de pirano 
ou furano cumarinas angulares.
OBS: independente da biossíntese ocorrer na forma linear ou angular, elas passam por 
uma etapa chave que é a etapa de epoxidação da dupla ligação dessa unidade 
isoprênica. Essa epoxidação da ligação dupla acontece mediada por uma enzima 
denominada mono-oxigenase dependente do CYP450; também é mediada pelo fator 
NADH e por um oxigênio molecular.
1. DMAPP tem a saída do OPP (bom grupo de saída) formando um carbocátion que é
estabilizado por ressonância com a ligação dupla da unidade isoprênica.
2. A alquilação só é possível acontecer devido a presença de um grupo hidroxila no 
carbono 7 (fator determinante), que serve para ativar as posições 6 e 8. O par de 
elétrons do OH entra em ressonância com o anel, sendo deslocalizado, isso faz 
com que o par de elétrons da ligação dupla do anel faça um ataque nucleofílico 
sobre o carbocátion, assim ocorre uma alquilação, formandoa demetilsuberosina 
(processo de prenilação).
3. Mono-oxigenase realiza uma reação de epoxidação junto de O2 e NADPH. Isso irá 
formar um anel epóxido, que possui alta instabilidade, podendo se abrir facilmente. 
Além disso, o meio vegetal sendo levemente ácido a abertura desse anel também 
é facilitada.
4. O ataque pode ocorrer no carbono marcado em azul como no marcado em laranja.
Primeiro o marcado em azul: quando ocorre o ataque desse par de elétrons, 
considerando a diferença de eletronegatividade entre o carbono e o oxigênio, o 
heteroátomo ser mais eletronegativo, a instabilidade do anel e o meio ácido, ocorre a 
abertura desse anel e consequentemente se tem a formação do anel furano. Como 
consequência, uma vez que ocorre a captura, abstração desse próton do meio reacional, 
o oxigênio vai ser visualizado na forma de um álcool na estrutura que a partir da saída de 
uma molécula de água ocorre a formação de uma ligação dupla no grupamento alquil 
ligado diretamente ao anel furano.
Marcado em laranja: caso isso ocorra, haverá a abertura do anel do epóxido a partir da 
ligação com o oxigênio, que também fará com que o par de elétrons sobre o oxigênio 
facilmente consiga abstrair o próton do meio reacional e esse anel após a abertura haja 
uma nova ligação entre o oxigênio que se ligou e o carbono, levando a formação de um 
pirano. O oxigênio em laranja fica negativo, já a hidroxila forma uma nova ligação, em que
o oxigênio fica na forma positiva, ficando na forma positiva facilitando o oxigênio em 
laranja em capturar prótons do meio reacional. Formação da ligação dupla a partir da 
saída de água marcado em azul.
5. Uma segunda mono-oxigenase, também dependente da CYP450 e que a partir da 
presença de O2 molecular e NADPH, vai agir sobre a marmegina. Através de uma 
oxidação e formação de radical, realiza a saída do grupo alquil com a hidroxila 
ligado ao anel furano. A enzima abstrai um hidrogênio na forma de radical, 
formando um radical no carbono do anel. 
6. Ocorre a saída da cadeia lateral através da clivagem da sua ligação com o anel e 
formação de um novo radical e, a partir dos dois elétrons radicalares, ocorre a 
formação de uma ligação dupla no anel, formando o psoraleno. Caso o carbono 
que tivesse sofrido prenilação fosse o 8, formaria a angelicina.
Clivagem da cadeia lateral para formação do psoraleno.