Resumo Biossíntese de metabólitos primários e secundários

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BIOSSÍNTESE DE METABÓLITOS PRIMÁRIOS E SECUNDÁRIOS
 
Metabólitos Primários 
(basal ou ubiquitário) 
- Aminoácidos; 
- Açúcares; 
- Nucleotídeos; 
- Vitaminas; 
- Ácidos graxos. 
Metabolitos Secundários (especiais): 
- Estruturas químicas complexas; 
- NÃO apresentam funções bem definidas; 
- NÃO cumprem um determinado papel no 
metabolismo, no crescimento e na divisão celular; 
- Podem apresentar relevância terapêutica; 
- Contrapostos aos produtos do metabolismo basal. 
 
- Obs.: Os caminhos biossintéticos dos metabolitos primários apresentam semelhanças entre diversos organismos, enquanto que os dos metabólitos especiais são restritos, na maioria das vezes, a taxa 
específicos. 
- O termo metabolismo refere-se a totalidade de processos químicos que ocorrem no organismo vivo e 
pode ser dividido em anabolismo 
(assimilação/síntese), catabolismo 
(quebra) e anfibolismo (interconversão entre a síntese e a degradação). 
- Todos os metabólitos especiais são derivados de componentes do metabolismo basal. A biossíntese de 
vários metabolitos especiais deriva de três princípios básicos: as regras do isopreno (C-5), as do acetato e as 
dos aminoácidos. 
→ METABOLISMO BASAL E ESPECIAL 
- O metabolismo basal inclui todos os compostos e processos que são essenciais para o crescimento e 
desenvolvimento de um indivíduo. Já o metabolismo especial inclui todas as substâncias e todos os processos que envolvem as interrelações do individuo 
com seu meio ambiente, sendo os compostos produzidos dispensáveis para seu crescimento e desenvolvimento individual isolado, porém são essenciais para a interação com outros organismos. 
- A diferenciação entre os metabolismos é um pré-requisito para a compreensão do assunto. Sendo 
assim, algumas características marcantes facilitam a classificação: 
 O metabolismo basal destina -se 
principalmente a manutenção da vida e da reprodução! Os metabolismos basais de plantas, animais e seres vivos apresentam semelhanças como o 
código genético, utilização de ATP, síntese e armazenamento de substâncias utilizadas nas vias 
metabólicas, enzimas para catalisar reações, etc. 
 O metabolismo especial se caracteriza por diferenças que podem ser constatadas pelas distintas 
vias metabólicas dos organismos, o que lhes confere alta variabilidade. 
- Para se classificar um metabólito especial, é preciso observar as seguintes características: 
 Os metabolitos especiais são, na maioria das vezes, de distribuição restrita e costumam ser encontrados em apenas alguns grupos de organismos. Possuem, muitas vezes, uma grande variabilidade química estrutural. São formados durante fases muito específicas do desenvolvimento das plantas, sendo assim, ocorrem 
alterações nos teores de metabolitos especiais específicos durante o desenvolvimento. 
 Ex 1: o óleo das folhas jovens de hortelã contém alto teor de mentona em relação ao de mentol. Já no período da floração, o mentol se torna mais elevado em relação a mentona. 
 Ex. 2: Tomate → os frutos jovens são ricos em alcaloides, mas à medida que amadurem os alcoloides se decompõem. 
OBS.: em alguns casos a ocorrência de metabolitos não é evidenciado sem que haja indução da via metabólica 
ou absorção de um composto exógeno. As fitoalexinas (metabolitos com propriedades antimicrobianas) são 
produzidos imediatamente pelas plantas após a infecção por microrganismos. Além disso, algumas 
plantas podem assimilar metabolitos fúngicos do solo e biotransforma-los , armazenando-os nas suas folhas.
Em plantas superiores, os metabolitos 
especiais costumam ser depositados e armazenados em estruturas específicas: 
 Produtos lipos solúveis →armazenados em pelos glandulares especiais, células de óleo, reservatórios de óleo ou cromoplastos. 
Substâncias hidrossolúveis → armazenadas nos vacúolos de células especializadas. 
Obs.: a capacidade de sintetizar metabolitos especiais específicos pode ser tanto adquirida como perdia 
durante o processo de mutação (variabilidade química) 
 
RELAÇÕES BIOSSINTÉTICAS ENTRE OS 
METABOLISMOS BASAL E ESPECIAL 
- A base p ara a formação dos blocos de construção tem origem em metabolitos simples do metabolismo anfibólico. 
- Os compostos se originam da glicólise, do ciclo de Krebs e do ciclo das pentose-fosfato (ciclo de Calvin), 
que são fontes de ácidos carboxílicos (acetato, piruvado) e vários açúcares. 
- Figura 1: Relações biossintéticas entre o metabolismo basal e especial. As rotas biossintéticas para a síntese de metabólitos especiais ocorrem pelas seguintes vias: 1. via dos aminoácidos; 
2.. via do chiquimato; 
3. via dos policetídeos; 
4. via do ácido mevalônico; e 
5. via do me tileritritol fosfato (MEP). 
PRINCIPAIS ROTAS BIOSSINTÉTICAS E METABÓLITOS ESPECIAIS 
→ Blocos de construção C-1 
- Se destaca no metabolismo basal e no especial e é observado em todos os estados possíveis de oxidação. O ácido fólico é a co-enzima que auxilia as enzimas na transferência de C-1 de um átomo de carbono. 
Obs.: Os metabólitos especiais estão organizados com base na sua estrutura química. Os dois princípios mais 
antigos utilizados para a organização de metabolitos especiais são a regra do isopreno e a regra do acetato. 
Adicionalmente, a regra dos aminoácidos auxilia na organização dos alcaloides.
POLICETÍDEOS 
- Para todos os policetídeos, a regra do acetato é válida. Essa regra preconiza que os produtos naturais com 
funções oxigenadas alternadas (substituições meta) formam um grupo de metabolitos especiais que são construídos pela combinação formal de vários grupos acetato. 
TERPENÓIDES 
- Para todos os terpenoides se aplica a regra do isopreno. O bloco de cons trução de todos os terpenos utiliza como matéria-prima o difosfato de isopentenila (IPP), que é um isopreno na forma ativa que está em equilíbrio com o seu isômero, o difosfato de dimetilalila (DMAPP). As reações de condensação dos terpenos ocorrem com a participação do fosfato. 
- A biossíntese dos terpenoides pode ser dividida em duas rotas principais: a via do ácido m evalônico ( pela condensação de 3 moléculas de ac etil-CoA e descarboxilação subsequente; e pela via alternativa 
dos blocos de construção C-5, que a partir da glicose leva à formação de dois intermediários -chave, a D OX 
(desóxi- D-xilulose) e a MEP (2metileritritol fosfato), que originam em última instância IPP e DMAPP. 
ALCALOIDES 
- A regra dos aminoácidos serve para a maioria dos alcaloides. Todos os alcaloides verdadeiros derivam de 
aminoácidos. 
- O grupo amínico dos aminoácidos origina o átomo de nitrogênio do heterociclo de um alcaloide. Os aminoácidos que originam alcaloides são a ornitina, tirosina, arginina, lisina, fenilalanina e triptofano. 
- N em todos os alcaloides seguem a regra dos aminoácidos, como os alcaloides acridônicos, esteroidais, imidazólicos e púricos (metilxantinas). 
FENILPROPANOIDES E FENÓIS 
- Os fenilpropanoides e os fenóis são formados pela via do ácido chiquímico. Os compostos cujas estruturas químicas não permitem inferir diretamente sua biossíntese são os ácidos cinâmicos aromáticos e fenólicos, ácido gálico, ácidos fenólicos e fenóis simples. Todos eles surgem a partir da rota do ácido chiquímico e sua origem se baseia nos açucares. 
- Fenilalanina-amônia-lias e é uma enzima-chave que catalisa a desaminação oxidativa da L-fenilal anina na biossíntese do ácido cinâmico. A partir disso resulta o 
produto C-6-C-3, que é um bloco de construção característico do grupo de fenilpropanoides (inclui os derivados do ácido cinâmico, as cumari nas e as lignanas). 
- A partir da degradação oxidativa da cadeia lateral dos 
ácidos cinâmicos são formados os ácidos fenólicos e os fenóis simples. 
- O ácido prefênico, um ácido 4hidroxiaromático, é um precursor básico de todos os metabólitos especiais que apresentam um anel aromático, excetuando-se aqueles formados pela via dos policetídeos. Na origem do bloco de construçãoC-6-C-3, o ácido prefênico perde um carbono C-1 na forma de dióxido de carbono durante suas modificações para dar origem aos aminoácidos aromáticos. A partir dos aminoácidos aromáticos, é produzido o ácido cinâmico, que é o intermediário mais simples dos fenilpropanoides.
METABÓLITOS ESPECIAIS DE BIOSSÍNTESE MISTA 
- Os componentes das vias sintéticas distintas podem se combinar e formar novos metabolitos especiais. Um 
número relativamente pequeno de blocos de construção produz, por meio de diferentes possibilidades de ligação, uma ampla variedade de produtos naturais. 
- Os principais blocos de construção utilizados são C-1, C-2, C-5 e C-6-C-3 e os aminoácidos. 
- É possível dividir a estrutura de metabolitos especiais complexos em diferentes blocos de construção. A capacidade de interpretação de diferentes blocos de construção em estruturas complexas, em conjunto com as diferenças estruturais dos compostos, tem como resultado a organização dos metabólitos especiais em diferentes grupos, bem como a formulação de suas rotas biossintéticas. 
- Figura 3: Análise comparativa das estruturas químicas de metabólitos especiais. A partir de três blocos de construção, podem ser obtidas diferentes estruturas químicas. O elemento C -2 da bergamotina não é proveniente da via do acetato, mas ocorre por eliminação oxidativa do bloco de construção C -5, que 
só pode ser confimada por estudos biossintéticos.
- Uma grande variedade de metabolitos especiais é encontrada nas células na forma de glicosídeos. A maioria das saponinas apresenta em suas estruturas químicas açucares de ampla distribuição da natureza. 
A maioria dos açúcares encontrados é de obtida no metabolismo basal a partir de hexoses e pentoses. 
- O processo de transferência dos açúcares para os metabolitos especiais ocorre, na maioria das vezes, pela ativação dos açúcares por nucleotídeos fosfatados, que se ligam às glicosiltransferases, as quais promovem a transferência para o produto natural alvo. 
→ COMPOSTOS POLIMÉRICOS 
- Esses polímeros geralmente são derivados do metabolismo de açúcares (polissacarídeos) ou dos fenilpropanoides (ligninas). 
MÉTODOS BÁSICOS PARA ELUCIDAÇÃO DE ROTAS BIOSSINTÉTICAS.
- O metabolismo basal e o especial apresentam diversas rotas biossintéticas interligadas e controladas por informações genéticas. 
- Quais os intermediários do metabolismo basal envolvidos na biossíntese? Qual é a sequência 
biosintética? Quais são as enzimas envolvidas na biossíntese e como funcionam? 
>>>>>>> informações principais<<<<<
O metabolismo basal inclui todos os 
compostos e processos que são essenciais para o crescimento e desenvolvimento de um indivíduo e é caracterizado por ser universalmente semelhante. Já o metabolismo especial inclui todas as substâncias e todos os processos relacionados às inter-relações do indivíduo com o seu meio ambiente, sendo os compostos produzidos dispensáveis para o 
crescimento e o desenvolvimento de um indivíduo isolado. Os produtos formados a partir desse metabolismo são indispensáveis para a existência e sobrevivência da espécie em s eu ambiente, onde ela interage com diversos outros organismos. Muitas 
dessas substâncias também apresentam efeitos biológicos e farmacológicos. O metabolismo especial origina uma série de 
produtos, os metabólitos especiais (i.e., metabólitos secundários). A estrutura química da maioria dos 
metabólitos especiais segue regras biossintéticas básicas, a saber: as regras do acetato, do isopreno e 
dos aminoácidos. Os metabólitos especiais podem ser biossintetizados por diferentes rotas biossintéticas, 
que podem formar as seguintes classes principais: policetídeos, terpenoides, alcaloides, fenilpropanoides 
e metabólitos de biossíntese mista. 
As vias biossintéticas representam partes de uma rede metabólica interligada de alta complexidade, que podem ser elucidadas empregando-se métodos químicos e espectroscópicos por meio do uso de isótopos radioativos ou pesados ( 2 H, 13 C, 1 8 O, 15 N, etc.). Nos estudos biossintéticos, as enzimas que catalisam diferentes interconversões entre os compostos intermediários são de grande importância e são, muitas vezes, purificadas e caracterizadas 
molecular e bioquimicamente. Após o processo de purificação, a enzima pode ser submetida à determinação das sequências parciais de polipeptídeos, que podem ser utilizadas, em última 
instância, para a clonagem do cDNA correspondente. A obtenção de produtos naturais bioativos de forma alternativa ao isolamento direto das fontes naturais está em grande expansão. Uma vez que a síntese total d esses compostos de estruturas químicas de alta complexidade é praticamente inviável, o uso de processos de manipulação genética em E. coli e leveduras ( S. cerevisiae) propiciou, até o momento, a obtenção de vários fármacos, como cortisona, morfina e artemisinina, em quantidades preparativas, apresentando como vantagem o fato de serem processos efetivos e eficientes.