Biologia vegetale e botanica farmaceutica

BIOLOGIA

VEGETALE E

BOTANICA

FARMACEUTICA

Prof.ssa Caniato

Anna Pasinelli

Sommario

1. LEZIONE INTRODUTTIVA ................................................................................................................................ 2

2. VEGETALI VS ANIMALI ................................................................................................................................. 11

3. L’EVOLUZIONE DELLE PIANTE ...................................................................................................................... 17

4. PARETE CELLULARE ...................................................................................................................................... 22

5. VACUOLO ..................................................................................................................................................... 37

6. TESSUTI VEGETALI........................................................................................................................................ 42

7. STRUTTURA PRIMARIA E SECONDARIA DEGLI ORGANI VEGETALI .............................................................. 55

8. FUSTO STRUTTURA PRIMARIA ..................................................................................................................... 57

9. RIZOMA ........................................................................................................................................................ 64

10. RADICE ....................................................................................................................................................... 68

11. FOGLIA ....................................................................................................................................................... 77

12. FUSTO E RADICE DI DICOTILEDONE STRUTTURA SECONDARIA ................................................................ 84

13. PLASTIDI ..................................................................................................................................................... 95

14. METABOLITI SECONDARI ......................................................................................................................... 107

15. VIA DELL’ACIDO SHIKIMICO ..................................................................................................................... 113

16. ALGHE E POLISACCARIDI .......................................................................................................................... 122

17. LICHENI .................................................................................................................................................... 128

18. VIA DELL’ACETATO ................................................................................................................................... 131

19. GIMNOSPERME ........................................................................................................................................ 136

21. POLISACCARIDI DI VEGETALI SUPERIORI ................................................................................................. 150

22. DROGHE A LIPIDI ...................................................................................................................................... 159

23. PIANTE A COMPONENTE FENOLICA ........................................................................................................ 172

24. ANTRANOIDI ............................................................................................................................................ 193

25. PIANTE A FLOROGLUCINOLI .................................................................................................................... 200

26. PIANTE A TERPENOIDI ............................................................................................................................. 204

27. SAPONINE ................................................................................................................................................ 220

28. PIANTE A GLICOSIDI CARDIOATTIVI E FITOESTROGENI ........................................................................... 229

29. PIANTE AD ALCALOIDI ............................................................................................................................. 236

1. LEZIONE INTRODUTTIVA

Esame di biologia vegetale 30 domande in 15 minuti; vero o falso o domanda multipla. È previsto anche il

riconoscimento di due preparati.

Esame botanica farmaceutica: un test di 30 domande scelta multipla o vero-falso in 10 minuti. Secondo test

dove è richiesta la conoscenza di 10 piante in 45 minuti.

L’utilizzo di queste piante medicinali si pensa riguardi la tradizione di certi popoli che hanno accesso limitato

ai farmaci. Quando parliamo di piante medicinali parliamo di un’attualità; ci sono farmaci come il tassolo che

è un importante anti tumorale il cui principio attivo è di origine vegetale. Il principio attivo si trova nella

corteccia di una pianta che appartiene al gruppo delle gimnosperme.

Youyou Tu ha vinto il Nobel nel 2015 per aver messo in evidenza nelle piante un principio attivo, l’artemisia

che ha sostituito l’uso della clorochina nella cura e prevenzione della malaria. Insieme a tre assistenti, Tu

passò in rassegna 2000 ricette di medicina tradizionale cinese, elaborando 380 preparati naturali da testare

su topi contagiati dalla malattia. Uno di questi, un estratto di artemisia annuale, consigliato in una ricetta di

1600 anni prima, mostrava una certa efficacia contro le febbri a intermittenza della malaria. Dicono che

l’impiego della clorochina potrebbe servire per curare il coronavirus.

Nel Galanthus Nivalis (bucaneve) è stato messo in evidenza un principio attivo, la galantamina, è un alcaloide

e ha indicazioni terapeutiche importanti per il trattamento della demenza di tipo Alzheimer.

Si inizia a parlare di farmaci di sintesi alla fine del 1800. L’uomo prima si curava con i principi che trovava in

natura come piante, carne di animali e minerali. Circa 5000 anni fa, con la nascita delle più antiche civiltà in

Cina, India e Egitto hanno inizio i processi di conoscenza e di classificazione dei vari prodotti vegetali. … La

medicina ayurvedica è appresa direttamente da….

• Cina: secondo la tradizione, la farmacologia cinese discende da Shen Nung (imperatore cinese del

2000 a.C.), l’imp… ginseng e rabarbaro.

• Egitto: hanno lasciato un importantissimo documento, il papiro di Ebers che risale al 1500 a.C.

A Padova nel 1533 Francesco Bonafede, professore di medicina, ha avuto la cattedra dell’insegnamento della

lettura… che consisteva nell’insegnare agli studenti di medicina l’impiego razionale delle piante medicinali

per la cura dei loro pazienti. Bonafede ha anche un importanza storica perché è il primo che ha sentito

l’esigenza di istituire un luogo dove portar far crescere le piante per poi mostrarle agli studenti in maniera

tale che potessero imparare a riconoscerle. Bonafede propone l’istituzione ufficiale degli orto botanici che

venne indicato come orto dei semplici. Bonafede aveva richiesto all’ateneo anche la possibilità di istituire

una spezieria, cioè una farmacia dove fosse possibile fare un controllo di qualità sulle piante che venivano

importate dall’oriente. Oltre al controllo di qualità si potevano anche fare delle formulazioni. La spezieria non

è però mai stata realizzata, ma verrà realizzata entro il 2021. L’orto botanico a Padova viene costituito nel

1545 e viene considerato il primo orto botanico in Italia e al mondo.

Nell’era moderna non possiamo non ricordare un autore botanico e medico, Linneo, che nel 1735 ha scritto

il Sistema Naturae che possiamo datare come l’inizio della botanica sistematica, cioè della catalogazione delle

specie vegetali che vengono utilizzate. Soprattutto segniamo il passaggio all’era moderna, scompare la

lectura simplicium che venne sostituita dalla Farmacognosia.

Definizioni:

• Pianta medicinale: qualsiasi vegetale che contiene in una o in più dei suoi organi sostanze che

possono essere usate a fini terapeutici e preventivi, o che sono utili come precursori nell’emisintesi

di prodotti farmaceutici. Iperico è una pianta officinale medicinale. Le piante medicinali sono quelle

che vengono riportate nella farmacopea ufficiale

• Pianta officinale: raccoglie un numero molto più ampio di piante. Sono definite officinali perché sono

piante che vengono usati per fare farmaci, cosmetici, ma anche piante che vengono usate in ambito

alimentare. Per esempio la corteccia di china veniva usata una volta per fare farmaci antimalarici; ma

la corteccia di china oltre agli alcaloidi contiene dei principi amari che vengono usati per fare il liquore

di china. All’interno delle piante officinali troviamo anche le piante medicinali.

• Per botanica generalmente si intende sia un ingrediente vegetale, ovvero la droga vegetale ovvero

la piante in toto o sue parti (intere, a pezzi o tagliate) in forma non trattata, generalmente essiccati;

sia un preparato vegetale ottenuto sottoponendo l’ingrediente vegetale a vari trattamenti (ad

esempio: estrazione, distillazione, spremitura, frazionamento, purificazione, concentrazione,

fermentazione, triturazione e polverizzazione)

• La fitoterapia è la disciplina medica che consente un corretto uso a scopo preventivo o curativo di

piante medicinali e loro derivati in relazione alle proprietà farmacologiche dei costituenti chimici

presenti nella pianta in particolare nel prodotto utilizzato. Essa non va confusa con la medicina

alternativa o complementare (CAM).

• Il National Center for Complementary and Alternative Medicine (NCCAM) del National Institute of

Health americano ha definito le terapie CAM come un gruppo di pratiche mediche e salutistiche e di

prodotti differenti, che non sono attualmente considerati parte integrante della medicina

convenzionale.

• Le medicine tradizionali sono la medicina cinese, la medicina indiana (ayurvedica) e la medicina

giapponese (kampo)

La WHO intende stimolare i paesi a mettere a disposizione della popolazione, sia attraverso i servizi sanitari

pubblici che privati, medicine e pratiche terapeutiche tradizionali di cui sia provata l’efficacia e la sicurezza.

L’uomo ha sempre utilizzato le piante per curarsi e molti sono stati i passaggi prima di arrivare al farmaco di

sintesi. Per capire questo passaggio dall’uso delle piante al farmaco ci può aiutare l’esempio della morfina.

L’uso dell’oppio è documentato nei più antichi documenti scritti che ci siano pervenuti. Le antiche popolazioni

della Mesopotamia conoscevano bene le proprietà euforizzanti del succo d’oppio; i sumeri, già nel 4000 a.C.

definivano con un ideogramma ben preciso il papavero da oppio come pianta della gioia. L’oppio usato dagli

egizi come calmante per i bambini, era l’ingrediente principale del pharmakon nepenthes che Elena versa nel

vino durante il banchetto di Telemaco alla corte di Menelao (Odissea). La morfina contenuta nel papavero

da oppio è una delle piante che è stata maggiormente utilizzata; è stata isolata nel 1803 e venne isolata come

principio attivo. Dal 1803 siamo arrivati al 1923 per definirne la struttura e poi nel 1956 la molecola viene

prodotta per sintesi. È quindi un cammino molto lungo.

Aperta così la strada alla sintesi chimica arriviamo alla fine del 800 quando l’industria farmaceutica inizia a

produrre unicamente per sintesi i farmaci. Alla metà del ventesimo secolo la chimica farmaceutica dichiara

la superiorità della via sintesi per l’ottenimento dei farmaci. Inizialmente la sintesi di questi farmaci avveniva,

una volta stabilita la formula di struttura dei principi attivi presenti nelle piante, con la copia di questa

molecola. Successivamente la sintesi chimica ha introdotto delle modifiche sintesi su quella copia fino a

lanciarsi alla sintesi da nuovo di molecole che non fossero copiate da molecole del regno vegetale.

Vantaggi della sintesi chimica:

• Vengono prodotti più velocemente vecchi e nuovi principi attivi

• Si raggiunge un alto grado di purezza

• Non esistono limitazioni stagionali o geografiche per il reperimento di questi principi attivi. Le piante

possono essere raccolte solo in quello che viene definito tempo balsamico, cioè il periodo in cui è

concentrato maggiormente il principio attivo

• Si può ottenere una riduzione dei costi

• Si ricorre alla protezione brevettuale

Di fronte a questi vantaggi della sintesi chimica sorge spontanea una domanda. Alla metà del ventesimo

secolo possiamo dire che è stato segnato il tramonto definitivo dell’impiego delle piante medicinali? Abbiamo

già visto all’inizio della trattazione che questo non è assolutamente vero. Le piante comunque rimangono dei

contenitori infiniti di sostanze chimiche che ancora dobbiamo imparare a conoscere. Sono contenitori quasi

infiniti perché comunque le piante producono questi composti che noi utilizziamo per la produzione di

farmaci e prodotti per la salute perché queste sostanze servono alle piante come sostanze di difesa. Quindi

c’è una continua evoluzione anche chimica di queste sostanze in quanto il rapporto fondamentale avviene

tra le piante e chi cerca di attaccarle (patogeni o erbivori) è una lotta continua di adattamento. A volte vince

la pianta perché produce delle sostanze tossiche per i predatori; anche i predatori sono in grado di adattarsi

a queste sostanze quindi ci può essere un periodo in cui prevale l’animale rispetto alla pianta fino a quando

questa non si riadatta dal punto di vista chimico per sconfiggere l’animale. Per questo continuo evolversi

delle proprietà chimiche le piante vanno continuamente studiate.

Sono abbastanza limitati i successi ottenuti dalla chimica combinatoriale e computazionale nell’inventare

nuove molecole dotate di proprietà farmacologiche. Sono più di 400000 le piante superiori (ci sono molecole

ancora da scoprire anche nelle piante inferiori) di cui solo circa il 10% è stato caratterizzato dal punto di vista

chimico. Vale quindi la pena continuare ad andare avanti a studiare le piante.

Noi oggi sostanzialmente facciamo impiego di farmaci di sintesi. Per l’aspirina non si usa più la corteccia di

salice ma si usa l’aspirina prodotta dalla Bayer. I farmaci di sintesi fortunatamente hanno modificato

profondamente il decorso di numerose malattie (molto importante per esempio la scoperta degli antibiotici)

ma hanno mostrato anche l’altra loro faccia dando origine ad un numero crescente di problemi legati alle

reazioni sfavorevoli o a vere e proprie malattie (iatrogene). Quando compriamo un farmaco nel bugiardino

sono spiegati gli effetti collaterali e le controindicazioni; gli effetti collaterali a volte portano a vere e proprie

malattie iatrogene. È rinato quindi, alla fine degli anni 80-90, l’interesse popolare per una terapia del

benessere a base di prodotti vegetali per:

• Desiderio istintivo di cercare rimedi nelle cose semplici

• Convinzione che tutto ciò che è naturale può essere solo buono (convinzione errata)

• Convinzione che le piante siano completamente innocue a differenza dei farmaci convenzionali

quando invece noi oggi sappiamo che possono creare problemi anche i principi attivi contenuti nelle

piante in quanto sono anche loro dei principi attivi e quindi hanno dei meccanismi di azione che

vanno a interferire con l’organismo provocando reazioni positive o negative

• Convinzione che le piante curano qualsiasi malanno

• Evidenza che alcune patologie, soprattutto croniche, non sono state debellate dai farmaci

convenzionali

Questo ha comportato che il mercato si sia riempito di prodotti anche meno validi e non particolarmente

controllati nella fase di immissione nel mercato. C’è stata quindi un’allerta della comunità europea che ha

emesso una direttiva nel 2002 in cui sono indicate linee guida da applicarsi a tutti i paesi al fine di tutelare la

salute del consumatore e soprattutto nell’ottica della libera circolazione delle merci. Questa direttiva

europea viene recepita dall’Italia nel 2004. In base alla direttiva del 2004 noi, le piante e i derivati di origine

vegetale li possiamo trovare in diverse categorie di prodotti:

• Nei farmaci che, se contengono come principio attivo derivati di origine vegetale, vengono

denominati come fitoterapici. I farmaci vengono immessi in commercio seguendo le linee guida che

vengono applicate anche ai farmaci di sintesi.

• I farmaci vegetali tradizionali sono una nuova categoria di farmaci individuati dalla comunità

europea. Questi sono dei prodotti che vengono utilizzati in campo terapeutico.

• Dispositivi medici che vengono usati in campo terapeutico

• Cosmetici

• Biocidi che sono i composti che vengono utilizzati in campo agricolo per combattere i patogeni delle

piante.

I fitoterapici sono farmaci che contengono esclusivamente come sostanze attive una o più sostanze vegetali

oppure una o più sostanze vegetali in associazione ad una o più preparazioni vegetali. Daflon è un farmaco

che viene usato per le emorroidi, il Legalon viene utilizzato per problemi di fegato, il Tegens viene utilizzato

per problemi di capillari e per aumentare l’acuità visiva. Questi sono dei fitoterapici e contengono principi

attivi di origine vegetale. I fitoterapici non devono essere confusi con i fitofarmaci che invece indicano quelle

sostanze impiegate per curare le piante. Fitofarmaci sono sinonimo di biocidi, quindi prodotti di origine

sintetica, solitamente tossici per l’uomo, che vengono usati per i parassiti delle piante in ambito agricolo.

I farmaci vegetali tradizionali sono una sottocategoria di farmaci introdotti con la direttiva della comunità

europea nel 2004, per i quali vige una procedura semplificata di registrazione rispetto ad altri farmaci

(fitoterapici) preparati ad uso esterno, orale, inalatorio. I principi attivi devono fare riferimento a piante che

vengono impiegate da almeno 15 anni all’interno dei paesi europei