Biologia Vegetale

CLASSIFICAZIONE DEI METABOLITI

SECONDARI

In riferimento alla biosintesi i metaboliti

secondari rientrano principalmente tra

le seguenti classi di composti:

TERPENI o isoprenoidi (formati da unità isopreniche)

FENILPROPANOIDI (formati da unità di fenilpropano)

ALCALOIDI (contenenti azoto)

Mentre, per quanto riguarda la struttura chimica, i metaboliti secondari hanno una natura chimica

molto diversa, ma inquadrabili in tre ampie classi:

1. isoprenoidi (es. terpeni) 2. alcaloidi 3. composti fenolici (es. flavonoidi)

all’interno delle quali sono presenti ulteriori sottogruppi.

4. glucosinolati (glucosidi isotiocianici) 5. glucosidi cianogenetici

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Questi due ultimi gruppi non possono essere inseriti nei primi tre, ma fanno parte del gruppo dei

glicosidi in cui possiamo altresì includere molti composti appartenenti alle classi degli alcaloidi,

isoprenoidi e composti fenolici.

GLICOSIDI ED ETEROSIDI

Si tratta di composti nella cui molecola è possibile distinguere una parte zuccherina (glicone) legata

ad un non zucchero (aglicone o genina). Ne esistono molti nel Regno Vegetale e a loro volta possono

essere classificati sulla base delle loro caratteristiche strutturali: 1. riferendosi allo zucchero; 2.

riferendosi al non zucchero; 3. riferendosi alle proprietà biologiche e chimico-fisiche; 4. riferendosi al

legame tra le due parti descritte.

1. RIFERENDOSI ALLO ZUCCHERO: i composti, in questo caso prenderanno il nome di glucoside,

fruttoside, ramnoside, ecc., per glicosidi il cui zucchero è rispettivamente glucosio, fruttosio,

ramnosio… Naturalmente gli zuccheri possono essere presenti sotto forma di monosaccaridi,

disaccaridi ecc.

2. RIFERENDOSI AL NON ZUCCHERO: i composti in questo caso prenderanno il nome di

flavonolglicoside, sterolglicoside, ecc., evidenziando la porzione agliconica, rispettivamente

rappresentata nell’esempio da flavonolo e sterolo.

3. RIFERENDOSI ALLE PROPRIETA’ BIOLOGICHE E CHIMICO – FISICHE: lo zucchero rende i composti

polari e quindi solubili in solventi polari; le proprietà chimico- fisiche e biologiche dei glicosidi sono

molto diverse (possono essere cristallini, amorfi, amari, dolci ecc.), il tutto giustificabile per la presenza

di una componente agliconica che può essere molto varia.

Un esempio per tutti è il gruppo dei glucosidi cardiotonici, stimolanti l’attività cardiaca.

4. RIFERENDOSI AL LEGAME TRA LE DUE PARTI DEL COMPOSTO: in questo caso si avranno O-

glicosidi, S-glicosidi (solfo glucosidi), N-glicosidi (azoto glucosidi o nucleosidi), C-glicosidi, in cui sono

presenti rispettivamente ponti ad ossigeno, zolfo, e azoto e legame diretto tra aglicone e zucchero.

ISOPRENOIDI

Sono isoprenoidi tutti i metaboliti secondari nella cui struttura vi è la presenza di una o più unità

isopreniche, intendendo per isoprene, il metilbutadiene, a 5 atomi di carbonio, 4 in catena e 1 come

sostituente. Vi sono, in ogni caso, composti isoprenici in cui non sono presenti unità isopreniche.

I composti costituiti da unità isopreniche sono detti terpeni o terpenoidi, i composti non costituiti da

unità isopreniche sono detti steroidi (non hanno un numero intero di unità isopreniche).

TERPENI

Sono classificati in base al numero delle unità isopreniche che contengono:

• 5 atomi C → emiterpeni (1 unità isoprenica)

• 10 → monoterpeni

• 15 → sesquiterpeni 13

• 20 → diterpeni

• 30 → triterpeni (6 unità isopreniche)

• 40 → tetraterpeni

• (C5)n con n›20 → politerpenoidi

I terpeni agiscono da deterrenti per un gran numero di insetti e di mammiferi fitofagi, giocando

importanti ruoli di difesa nel regno vegetale.

1. MONOTERPENI

Numerosi monoterpeni sono importanti agenti di tossicità per gli insetti. Es. piretroidi presenti in

foglie e fiori del genere Chrysantemum (commercialmente popolari per la loro bassa persistenza

nell’ambiente e per la loro bassa tossicità per gli animali).

2. MISCELE DI MONOTERPENI E SESQUITERPENI VOLATILI (OLI ESSENZIALI)

• Si trovano frequentemente in tricomi ghiandolari che si protendono fuori dalle epidermidi;

• impartiscono un caratteristico odore alle foglie che li producono;

• presentano proprietà repellenti per gli insetti;

• agiscono da repellenti sugli erbivori potenziali, prima che questi possano dare un “morso di

assaggio”;

•Importanti da un punto di vista commerciale per l’aromatizzazione dei cibi e per l’industria dei

profumi (es. menta piperita, basilico, salvia).

3. SESQUITERPENI

Tra i tanti sesquiterpeni conosciuti per la loro capacità di essere forti repellenti per la nutrizione di

numerosi insetti e mammiferi erbivori, vi sono i lattoni sesquiterpenici, che si possono trovare in

diverse specie della famiglia delle Asteraceae (Compositae) come il girasole e l’artemisia.

Deterrenti alimentari per i mammiferi, i lattoni sesquiterpenici hanno anche per gli uomini un gusto

amaro.

4. DITERPENI

Molti di questi composti si sono rivelati tossici per erbivori e deterrenti per l’alimentazione. Le resine

delle piante, es. pini, contengno significanti quantitativi di diterpeni, come l’acido abietico.

Quando i canali resiniferi del tronco sono perforati dagli insetti, la fuoriuscita di resina che ne deriva,

può bloccare l’alimentazione e servire da deterrente chimico ad ulteriori predazioni; esposte all’aria le

resine induriscono e sigillano le ferite.

Es. piante della famiglia delle Euforbiaceae producono esteri diterpenici del forbolo e altri composti

che fungono da forti irritanti per la pelle e da endotossine per i mammiferi.

5. TRITERPENI e STEROLI

I triterpeni e steroli attivi contro gli erbivori vertebrati comprendono cardenolidi e saponine.

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Cardenolidi: glicosidi con gusto amaro ed estremamente tossici per gli animali superiori; a dosi

cautamente regolate sono in grado di rafforzare il battito cardiaco (es. Digitalis: i due p.a. sono

digitossina e digossina).

Saponine: così chiamate per il fatto che i materiali ottenuti da piante che contenevano saponine

venivano originariamente usati per il lavaggio del bucato (es. Saponaria officinalis). Sono glicosidi che

anche a concentrazioni basse, inducono la formazione di schiuma in soluzione acquosa.

La loro tossicità è legata alla capacità di distruggere le membrane cellulari e causare l’emolisi.

6. POLITERPENI

La gomma è il più conosciuto e contiene da 1500 a 15000 unità isopreniche. Si trova in numerose

piante, ma quella commercialmente più importante si ricava dall’albero della gomma (Hevea

brasiliensis).

COMPOSTI FENOLICI

Vasto gruppo di sostanze, caratterizzate strutturalmente da almeno un anello aromatico legato ad

uno o più gruppi ossidrile. I vari gruppi sono distinti sulla base del numero di atomi di C del loro

scheletro e ci limitiamo ad elencarli:

•Fenoli semplici : dispersi nell’ambiente possono influire sulla crescita di altre piante (allelopatia =

effetti dannosi che una pianta provoca a quelle vicine: inibizione di germinazione e crescita). Es. ac.

caffeico e ac. ferulico

•Acidi fenolici

•Acidi fenilacetici

•Acidi idrossicinnamici

•Cumarine

•Naftochinoni

•Stilbeni

•Flavonoidi : gruppo dei fenoli più rappresentato e a distribuzione più generale. Si tratta di pigmenti

accumulati nei vacuoli, la cui struttura di base è costituita da 2 anelli aromatici tenuti insieme da una

unità a 3 atomi di C. Sono composti molto frequenti negli organi colorati delle piante e le principali

classi di f. che contribuiscono alla pigmentazione sono ANTOCIANINE, FLAVONI e FLAVONOLI

ANTOCIANIDINE: importanti per l’interazione pianta-animale: forniscono segnali visivi che aiutano ad

attrarre gli animali verso fiori e frutti, questi ultimi garantiscono i processi di impollinazione e

disseminazione. La presenza di gruppi funzionali ne determina il colore. FLAVONI E FLAVONOLI: altri

gruppi di f. presenti nei fiori, non sono visibili all’occhio umano (assorbono la luce nell’ultravioletto),

ma insetti come le api, che vedono nella regione dell’ultravioletto possono rispondere ai segnali

attraenti dei flavoni e dei flavonoli, che servono ad indicare la posizione del nettare e del polline. La

loro presenza è estesa anche alle foglie e a tutte le parti verdi, dove proteggono le cellule da un

eccesso di radiazioni UV, per la loro capacità di assorbire nell’ultravioletto. ISOFLAVONOIDI: noti per il

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ruolo di fitoalessine: composti antimicrobici che si accumulano in concentrazioni elevate a seguito di

infezione batterica o fungina, aiutando a limitare la diffusione dei patogeni invasori.

•Lignine

•Tannini : agiscono come repellenti per l’alimentazione in una grande quantità di animali. Nell’uomo

causano una sensazione spiacevole e astringente quando vengono masticati, a causa del loro legame

con le proteine salivari. I mammiferi come i bovini, i suini e le scimmie evitano piante o parti di esse

con un alto contenuto in tannini. Servono anche come difesa contro i microrganismi, per es. la parte

interna morta di molti alberi contiene alte concentrazioni di tannini che aiutano ad impedire il

deperimento dovuto all’azione di funghi e batteri. Si trovano in particolare nelle cortecce, nelle foglie

e nei frutti

ALCALOIDI

Classe molto grande di composti, particolarmente studiati, per i motivi di seguito descritti. 1. Sono

composti molto attivi, molte specialità medicinali ne contengono. 2. Sono comuni e diffusi nel Regno

Vegetale (Amarillidaceae, Asteraceae, Lauraceae, Leguminoseae, Papaveraceae, Rutaceae,

Solanaceae)

Definizione di Robert Hegnauer

• Sostanze più o meno tossiche (= particolarmente attive, se usate fuori dalla dose terapeutica,

possono essere tossiche);

• agiscono principalmente sul sistema nervoso centrale (non solamente, e comunque sia

deprimendolo – eroina, morfina – sia eccitandolo – cocaina);

• contengono azoto di natura eterociclica (un anello contenente cioè sia atomi di carbonio che di

azoto);

•sono sintetizzati da aminoacidi e loro derivati.

Nella parte centrale della definizione Hegnauer si sofferma sulle caratteristiche chimiche: gli alcaloidi

contengono uno o più atomi di azoto di natura eterociclica. Quest’ultima affermazione rappresenta

un limite della definizione: alcaloidi molto conosciuti, quali efedrina, mescalina ed altri ancora, non

presentano l’N all’interno di un anello aromatico

• Veri alcaloidi: basi azotate eterocicliche elaborate da aminoacidi

• Pseudoalcaloidi: non derivanti da aminoacidi (alcaloidi steroidei e terpenici)

• Protoalcaloidi: aventi l’atomo di azoto in una struttura a