Cumarinas - Farmacognosia 1 - UFRJ

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Cumarinas
Farmacognosia 1
> Cumarinas: são metabólitos secundários formados pela via do ácido chiquímico. São lactonas do ácido-o-hidroxicinâmico (1,2-benzopirona).
> a cumarina está presente nas sementes secas da espécie Dipteryx odorato, a Fava-Tonka; a qual contém grande quantidade de cumarina, de 1-3%.
> também está presente na Cinnamomum cassia (Cassia falsa) e na Cinnamomum verum (Cassia verdadeira). 
– A Cassia verdadeira possui menores concentrações da cumarina do que a Cassia falsa. 
> fungos e bactérias também podem produzir cumarinas. 
> as cumarinas são substâncias aromáticas e geralmente coloridas, devido a presença de grupos substituintes cromóforos (hidroxilas).
– Dependendo da posição do grupo substituinte na cumarina, podem ser observadas diferentes colorações quando utilizada fluorescência sob luz UV.
> a cumarina apresenta um núcleo principal bicícilco; um anel aromático fundido a um anel pirona, com função lactona. Por isso, elas são instáveis em pH básico. Assim, sobre vapor amoniacal, a fluorescência é bastante intensificada, já que a isomerização da ligação dupla permite que ocorra a ressonância das ligações duplas nos anéis conjugados.
> Exemplos de cumarina:
As cumarinas podem estar ligadas a moléculas de açúcar, através de uma o-glicolisação. Também podem se apresentar como agliconas, ou seja, um núcleo bicíclico básico sem açúcar, podendo apresentar substituintes como hidroxila e metoxila (pela ação da SAM). 
Essas substituições são as responsáveis por provocar mudança na coloração da cumarina. 
> em espécies que estão em um ambiente deficiente de ferro, como a Arabidopsis thaliana, o seu fator de transcrição se encontra modificado e ocorre uma indução na biossíntese de cumarina nessa espécie. Essa indução e acúmulo desse metabolito secundário (que é toxico), provoca uma seleção da microbiota presente na rizosfera, além de atuarem como agentes de mobilização do ferro na forma quelada. Isso vai disponibilizar ferro para os microrganismos, e para produção de sideróforos pelos microrganismos, os quais vão mediar a mobilização do ferro e provocar a redução do Fe3+ à Fe2+, o que será importante na participação do sistema imune de regulação da planta. 
> o ácido chiquímico é um precursor importante de três metabolitos intermediários que são ácidos aminados: triptofano, fenilalanina/tirosina e ácido gálico. 
– A fenilalanina é um aminoácido precursor para a produção do ácido cinâmico (metabólito secundário constituído por uma unidade C6 C3), que dará origem aos fenilpropanoides – intermediários diretos das cumarinas. 
A enzima PAL (fenilalanina amônio liase) promove a remoção do grupo nitro da fenilalanina, formando uma ligação dupla, que é característica do ácido cinâmico. Esse acido dará origem ao ácido cumárico – que tem presença de uma hidroxila. O ácido cumárico é ciclizado dando origem as cumarinas.
O ácido cinâmico (cinamato) é ativado pela S-CoA, ativando o grupo carboxílico terminal, formando o 4-cumaroil-S-CoA (ácido-p-cumárico), que dará origem às cumarinas. 
> após a sua formação, as cumarinas podem sofrer ação de várias enzimas, em reações de glicosilação, metilação, acilação, oxidação, prenilação e redução. Isso levará a formação de diversos produtos e tipos de cumarinas. 
Tipos de Cumarinas
> Cumarinas C ou O-preniladas:
· C-preniladas: a inserção da unidade isoprênica ocorre diretamente ao átomo de carbono. 
· O-preniladas: a inserção da unidade isoprênica ocorre diretamente ao átomo de oxigênio. 
– Prenilação: adição de uma unidade isoprênica à uma estrutura fenólica, como a cumraina. 
> Furano-cumarinas:
· Lineares: quando há um anel furano fundido ao anel aromático, de forma que a estrutura seja linear.
· Angulares: quando há um anel furano fundido ao anel aromático, de forma que a estrutura seja angular. 
A fusão linear ocorre no carbono 6. A fusão angular ocorre no carbono 8. Isso porque, este último provem de uma prenilação que ocorreu no carbono 8, dando origem a uma furanocumarina angular. 
> Pirano-cumarina:
· Lineares: quando há um anel pirano (6 membros) fundido ao anel aromático, de forma que a estrutura seja linear.
· Angulares: quando há um anel pirano fundido ao anel aromático, de forma que a estrutura seja angular. 
O que estabelece a linearidade ou angularidade da piranocumarina é em qual carbono o pirano vai se ligar. 
> Cumarinas diméricas: duas unidades de cumarina unidas.
Ciclização e Formação do Núcleo Cumarínico
A síntese inicia-se pelo ácido cinâmico. Este poderá sofrer ação de duas enzimas diferentes. A primeira é a cinamato-2-hidroxilase, que vai promover a adição de uma hidroxila ao anel na posição orto, formando o ácido o-hidroxicinâmico. 
A segunda é a cinamato-4-hidroxilase, que vai promover a adição de uma hidroxila ao anel na posição para, formando o ácido p-hidroxicinâmico. 
– Posições orto e para são referentes à cadeia lateral. 
A ciclização do anel para a formação da cumarina, exige que haja uma hidroxila na posição orto. Os átomos de oxigênio da hidroxila são conservados. 
Assim, quando a hidroxila estiver em posição para, é preciso que seja adicionada outra hidroxila na posição orto. Neste caso, a cumarina terá uma hidroxila no carbono 7, sendo chamada de umbeliferona. 
A partir da umbeliferona é possível ocorrer outras reações subsequentes que levarão a formação de outros tipos de cumarina. 
> Como ocorre de fato a ciclização? 
1. Isomerização trans-cis: por foto-catálise ocorre uma isomerização do ácido o-hidroxicinâmico trans à forma cis. Essa isomerização também pode ocorrer de forma enzimática. 
2. Lactonização: a hidroxila e a carboxila reagem e formam um éster.
> antes da etapa de isomerização da dupla, pode ocorrer uma glicosilação e ação da enzima glicosidase no ácido o-hidroxicinâmico, que vai adicionar um açúcar à hidroxila. Essa é uma forma de defesa do vegetal. Isso porque, quando há momentos de estresse biótico ou abiótico, a célula provoca uma hidrólise enzimática sobre o ácido glicosilado, removendo a glicose para formação da cumarina livre. 
– Glicosidase: promove a adição e hidrólise de glicose na molécula. 
Na esquerda, há um tecido celular na ausência de um elixitor, ou seja, um fator de estresse. Dentro da célula, há vacúolos preenchidos por escopolina, uma cumarina glicosilada, para que esta esteja separada da glicosidase, presente fora do citosol. A escopoletina, forma não glicosilada da cumarina, é armazenada fora do vacúolo, na parte externa ao citosol, junto a glicosidase. Por ação da glicosidase, a escopoletina é glicosilada à escopolina, a qual será transferida e armazenada ao vacúolo por uma glicosiltransferase. 
Na direita, há um tecido celular na presença de um elixitor, ou seja, um fator de estresse. Esse estresse provoca a ruptura do tecido, provocando a saída da escopolina do vacúolo. Esta ficará disposta no citosol, entrando em contato com a glicosidade, a qual vai hidrolisar a escopolina em escopoletina, fazendo com que uma maior concentração de escopoletina esteja livre. É a porção livre da cumarina que tem maior ação antimicrobiana, ação antioxidante na planta, e outras funções. Ou seja, produz escopoletina por defesa. 
> Como ocorre a lactonização (formação de lactona):
> a isomerização trans-cis também pode ocorrer por ação da enzima dioxigenase dependente de 2-oxoglutarato. 
O feruloil-CoA sofre ação da enzima, que provocará uma hidratação orto. A partir disso, ocorre uma oxidação por deslocalização eletrônica, havendo ressonância em direção a cadeia lateral. Forma-se um intermediário que terá uma nova conformação com ligação simples no carbono 2, o que possibilitará que o substituinte sofra uma rotação. Essa rotação é importante para aproximar a carbonila ao carbono da carbonila terminal. Com a saída o ótimo grupo -SCoA; forma-se a escopoletina. 
Biossíntese de Furanocumarina e Piranocumarina
> a furano e piranocumarina tem como precursor o ácido chiquímico, sendo sintetizados pela da via do chiquimato.
O ácido chiquímico dá origem ao ácido aminado fenilalanina,que, por ação da PAL, origina o ácido cinâmico, que será convertido em ácido p-hidroxi-cinâmico pela ação da cinamato-4-hidroxilase. A cumarato-2-hidrooxiladse catalisa a formação do intermediário com oxidação orto à cadeira lateral. Em seguida ocorre a fotoisomerização da ligação dupla e posterior lactonização, formando a umbeliferona – que é hidroxilada no carbono 7. 
A umbeliferona poderá sofrer adição de uma unidade isoprênica, a DMAPP (dimetilalildiifoasfato), numa reação de prenilação – essa reação pode ocorrer no carbono 6 ou no 8. 
· No carbono 6, a prenilação formará pirano e furanocumarinas lineares. 
· No carbono 8, prenilação formará pirano e furanocumarinas angulares. 
A unidade isoprênica adicionada, que contém uma ligação dupla, sofrerá uma epoxidação, sendo mediada pela monoxigenase dependente do citocromo P450, e pelo NADH e O2.
> Mecanismo de inserção do grupo DMAPP à cumarina:
O OPP presente na DMAPP (unidade isoprênica) é um bom grupo de saída. Sua saída formará um carbocátion secundário que é estabilizado pelo sistema de ressonância da ligação dupla. 
A alquilação só será possível mediante a presença da hidroxila na posição orto, ou seja, posição 7, que ativará as posições 6 e 8. O par de elétrons do OH é deslocalizado para o anel, fazendo com que o par de elétrons da dupla 6,7 ataque o carbono eletrofílico do DMAPP.
> Mecanismo de Epoxidação e formação do anel furano ou pirano:
Após a inserção do DMAPP, ocorre uma reação de epoxidação na demetilsuberosina, que levará a formação do anel furano ou pirano.
O anel epóxido possui alta instabilidade devido à sua tensão. Assim, ele pode ser facilmente aberto, principalmente no meio ácido do tecido vegetal. 
O ataque do par de elétrons da hidroxila, presente na posição orto, pode ser em dois carbonos do epóxido, no azul ou no laranja. 
O oxigênio do epóxido tem alta eletronegatividade, o que permite com que ele capte os elétrons da ligação com o carbono. Isso torna o carbono eletrofílico para ser atacado pelos elétrons livres da hidroxila, e o oxigênio nucleofílico para captar um próton do meio (aquele que saiu da hidroxila). 
Em azul, o ataque da hidroxila é no carbono azul, provocando a formação do anel furano. Este sofrerá hidrólise e formação da ligação dupla no grupamento alquil.
Em laranja, o ataque da hidroxila é no carbono laranja, provocando a formação do anel pirano. Este sofrerá hidrólise, formando uma ligação dupla no anel.
> depois da formação do anel furano, a marmesina, por exemplo, poderá sofrer uma oxidação, pela ação de uma enzima mono-oxigenase dependente do citocromo P450, na presença de O2 e NADPH, levando a formação de um radical. Depois ocorre uma clivagem da cadeia lateral de carbonos, com saída do grupo alquil no anel furano, formando a psoraleno, uma furanocumarina linear.
Saída do radical. Ocorre por uma reação de oxidação, que forma um radical intermediário. E libera cetona no meio reacional pela saída de água da cadeia lateral.
É possível que o psoraleno sofra outras reações para aumentar o padrão de substituição desses furanos.
O psoraleno poderá sofrer uma reação de oxidação, incorporando uma hidroxila à sua estrutura, formando o bergaptol. Este, por sua vez, pela ação da SAM, pode formar o bergapteno.
Além disso, a hidroxila adicionada pela oxidação estar em em outra posição diferente, onde a segunda forma o xantotoxol, que sofrerá ação da SAM, e formará a xantotoxina, que, por sua vez, pode sofrer uma hidroxilação e metilação formando a isopimpinelina. 
Exercício: Proponha um mecanismo para a formação da Angelicina? (Uma furanocumarina angular – deve ser sintetizada pela adição do grupo alquílico na posição 8). Propor o mecanismo a partir da fenilalanina. 
> Resumo geral das reações:
- O psoraleno possui sítios ativos que permitem que ele se ligue às bases timina e citosia, a partir de cilcoadições. 
Nomenclatura das Cumarinas
> a numeração será sempre:
> todas as cumarinas possuem um grupo hidroxila (oxigenação) na posição 7, com exceção da 1,2-benzopirona.
> encontram-se distribuídas predominantemente em angiospermas.
> o nome cumarina é derivado do nome da planta “cumaru” [Dipteryx odorata (Aubl.) Willd.], Fabaceae (Leguminosae). Essa substância foi isolada pela primeira vez em 1820 por Vogel.
– Podem ser encontradas, também, nas famílias: Apiaceae, Rutaceae, Asteraceae, Fabaceae, Oleaceae, Moraceae e Thymeleaceae.
- Podem ser encontradas em todas as partes de uma planta, frequentemente como misturas.
> as cumarinas constituem uma classe de metabólitos secundários, distribuídos nas plantas e também em fungos e bactérias.
> as cumarinas são caracterizadas como lactonas do ácido o-hidróxi-cinâmico sendo o representante mais simples a substância cumarina. 
> classificação da classe cumarinas:
As furanocumarinas e piranocumarinas podem ser lineares ou angulares, dependendo de onde a substância DMAPP vai entrar na cadeia. 
> Propriedades físico-químicas das cumarinas:
· A cumarina ou α-benzopirona é uma substância cristalina incolor, com um odor doce e agradável, muito característico (semelhante a baunilha).
· Tem um peso molecular de cerca 146.15 g/mol; ponto de fusão entre os 68-70°C e um ponto de ebulição de 303°C.
· Estes cristais, quando dissolvidos em clorofórmio e expostos à luz ultravioleta, absorvem num comprimento de onda de 272 nm – gerando um verde fluorescente. 
Perfis cromatográficos, obtidos por cromatografia de camada delgada, para as amostras de drogas vegetais (A, B, C e Dp) e tinturas (D, E, F e Tp). Pc: cumarina.
· É solúvel em solventes orgânicos como o etanol, clorofórmio, éter dietílico, e parcialmente solúvel em água quente e pouco ou nada solúvel em água à temperatura ambiente.
> Atividades biológicas da cumarina:
· Possuem importância econômica nas indústrias de fitoterápicos (expectorante), fitomedicamentos, cosméticos e desinfetantes.
· As aplicações distintas da cumarina, dependem do padrão de substituição no anel cumarínico.
· As cumarinas foram amplamente usadas como aromatizantes em alimentos industrializados. Porém, seu uso foi descontinuado devido a evidências de toxidez hepática.
· As furanocumarinas (psoraleno) são utilizadas para o tratamento de enfermidades cutâneas (psoríase, micoses, urticária, eczemas, etc.). O uso tópico ou oral é acompanhado por uma exposição controlada à radiação ultravioleta como forma de induzir a repigmentação da pele.
· Dicumarol (protótipo para a síntese da varfarina) e a varfarina (derivados da 4-hidroxicumarina) são potentes anticoagulantes e antitrombóticos – é importante que o anel cumarínico tenha substituição de hidroxilas nas posições 4.
> Drogas vegetais:
· Âmio (Ammi visnaga (L.) Lam., Apiaceae)
· Farmacógeno (droga usada): frutos 
· Uso: tradicionalmente para problemas renais.
Toxicidade hepática e reações pseudoalérgicas
· Constituintes químicos:
Furanocumarinas: quelina, visnagina, quelol e quelinol
Piranocumarinas angulares: visnadina, samidina e diidrosamidina
· Angélica (Angelica archangelica L., Apiaceae)
· Farmacógeno: raízes e rizomas
· Usada: estimulante do apetite, carminativo, sensação de plenitude (Digestão)
· Composição química:
- Óleos voláteis (0,3 a 0,6%) → monoterpenos
- Cumarinas simples
- Furanocumarinas lineares e angulares (apenas) 
· Propriedade farmacológica: vasodilatador coronariano
· Citros (Citrus aurantium L. e C. medica L., Rutaceae)
· Farmacógeno: frutos imaturos
· Uso: problemas estomacais
· Composição química:
- Flavonoides → rutina (insuficiência venosa e flavorizantes)
- Cumarinas → furanocumarinas
- Terpenoides
· Guaco (Mikania glomerata e M. laevigata, Asteraceae)
· Farmacógeno: folhas
· Uso: expectorante 
· Composição química:
- Cumarina (1,2-benzopirona)
- Ácidos fenólicos
· Interação medicamentosa: guaco X varfarina
· Trevo-de-cheiro (Meliotos officinalis Lam., Fabaceae)
· Farmacógeno: folhas e flores (Farm. Francesa X)
· Uso: tradicionalmente no tratamento de desordens provocadas por insuficiência venosa crônica.
· Composição química:
Glicosídeos do ácido 2-hidroxicinâmicoque se hidrolisam facilmente e, por lactonização, levam a formação da cumarina. Sob certas condições, como o acúmulo de mofo nas folhagens contendo o trevo, a cumarina será convertida no dicumarol. Este interfere no mecanismo de coagulação sanguínea, levando a processos hemorrágicos.
O dicumarol é um potente anticoagulante de uso oral, que foi descoberto durante a investigação de uma doença hemorrágica em gados alimentados com trevo-de-cheiro amarelo fermentado.
· Chambá ou Anador (Justicia pectoralis Jacq., Acanthaceae)
· Farmacógeno: folhas e flores
· Uso: tradicionalmente utilizada no tratamento de doenças do trato respiratório, como a asma, tosse e bronquite.
· Composição química:
- Flavonoides
- Cumarinas simples e umbeliferona de 16,2 e 0,81 mg/g da droga vegetal, respectivamente.
· Interações medicamentosas: não deve ser usada conjuntamente com anticoagulantes ou em pacientes com transtornos circulatórios.
· Cumaru (Dypterix odorata (Aubl.) Willd., Fabaceae)
· Farmacógeno: sementes e fruto
· Os frutos são ricos em cumarina simples.
· Comum no Nordeste brasileiro
· Uso: da sua madeira são produzidos móveis de luxo; produção de colares e braceletes – artesanato; aromatização de alimentos e bebidas; perfumes e cosméticos; produtos de higiene pessoal e limpeza
· Pesquisadores da UFPA vem sugerindo um tratamento com extrato de cumaru para diminuir as perdas cognitivas das pessoas afetadas pelo Mal de Alzheimer.
· Propriedades neurogênicas → induz as células-tronco a formar novos neurônios. 
· Mama-Cadela (Brosimum gaudichaudii Trécul, Moraceae)
· Farmacógeno: o extrato das raízes e da casca do caule é indicado no tratamento do vitiligo e de outras doenças dermatológicas.
· Composição química: furanocumarinas (bergapteno e psoraleno) extraídas de suas raízes. 
· Até o momento, sua exploração vem sendo feita de modo extrativista e predatória. Não existe sistema de produção estabelecido para o seu cultivo. A coleta das raízes é trabalhosa, devido a sua distribuição desuniforme, além de apresentarem elevado teor de impurezas.
· Frutos carnosos comestíveis e apreciados pelas crianças, que mascam sua polpa amarela, semelhante à goma de mascar. 
· Essa espécie é endêmica do Cerrado brasileiro e está incluída na relação de plantas para o futuro da região Centro-Oeste.