Biotecnologie vegetali

FITOTERAPIA:

La farmacologia moderna usa medicinali a base vegetale e c’è un ampio uso di sostanze come:

1) Caffeina: alcaloide xantinico presente nel caffè, cola, te; tossica a 600mg, letale in dosi di 10g

(in una tazzina di caffè ca. 50mg); è una sostanze anfotera (passa facilmente membrane

biologiche) ed è visibile nel sangue dopo 15-45 min dopo assunzione. Nelle piante è complessata

con sostanze fenoliche e compartimentata nel vacuolo; l’estrzione avviene a caldo per distruggere

i complessi e liberare la molecola.

Azione farmacologica: sistema nervoso centrale (eccitante),livello cardiovascolare.

2)Chinina: alcaloide estratto dalla corteccia di Chincona spp; 1° farmaco antimalarico, il chinino è

ancora utilizzato anche se spesso si utilizzano prodotti di sintesi (es. clorochina per la profilassi). Il

chinino è l’unico farmaco antimalarico per cui i ceppi di Plasmodium Falciparum non mostrano

resistenza, che invece hanno sviluppato contro la clorochina.

3) Curaro: usato come veleno da freccia dagli Indios; estratto da specie del genere Strycnos, i cui

alcaloidi indolici portano alla sintesi di alcuni dei veleni ad effetto più rapido ed efficace che si

conoscano (bloccano il passaggio dell’impulso nervoso ai muscoli, provocandone la paralisi; il

cuore continua a funzionare)

4) Digitale: d. purpurea è una pianta erbacea biennale, durante l’essiccamento per degradazione

enzimatica delle foglie si formano digitossina, gitossina e gitalossina; i Glicosidi Cardioattivi sono

divisi in 3 gruppi:

A) hanno digitossigenina B) hanno gitossigenina C) hanno gitalossigenina

Le foglie contengono anche derivati antrachinonici, saponine e flavonoidi; la digitale viene

impiegata per aumentare la forza sistolica del cuore e l’eccitabilità del muscolo cardiaco, anche se

è una pianta molto tossica (10 g di foglie secche, 40g di fresche -> dosi mortali)

5) Stricnina: alcaloide indolico contenuto nei semi del genere Strychnos; veleno potente, inodore,

molto amaro che colpisce il SNC con convulsioni muscolari fino a portare ad asfissia.

L’avvelenamento viene combattuto con la somministrazione di cloroformio, etere, bromuri

(barbiturici, di cui la stricnina è antagonista); a basse dosi è usata come tonico, stimolante

dell’appetito, afrodisiaco, cura per l’incontinenza di urina e taglio stupefacenti.

Concetto di droga:

Droga (farmaceutico): materiale vegetale/animale conservato allo stato secco per uso terapeutico

Droga (concetto ampio): parti di animali/piante usate in farmacia, industria di liquori e profumi

Drug: farmaco Crude drug: droga

Le droghe si dividono in:

- Organizzate: formate da elementi cellulari (es. organi vegetali e parti di essi)

-Non organizzate: miscele di composti chimici, privi di organizzazione cellulare

FUI (Farmacopea Ufficiale Italiana): comprende un volume monografico “Droghe vegetali e

preparazioni” contenente 101 monografie in linea con quelle europee

Farmacognosia: studia i farmaci naturali dal punto di vista botanico, chimico, farmacologico

es. miglioramento genetico di piante produttrici di droghe (genetica agraria), identificazione di

nuovi principi attivi (chimica organica ed analitica), valutazione dell’attività fitoterapeutica

(farmacologia clinica).

Farmacognosia: in alcuni paesi prevale l’aspetto fitochimico, in altre qullo farmacologico-

terapeutico ed in altre ancora l’accento rimane equilibrato.

La farmacologia è collegata ad altre discipline farmaceutiche come: chimica organica, chimica

prodotti naturali, biotecnologie, biologia vegetale, sistematica botanica, botanica farmaceutica,

fitocosmesi, erboristeria, fitoterapia, farmacologia, tossicologia, fitofarmacia, galenica ecc.

Farmaco naturale: fitoterapia, omeopatia, omotossicologia, medicine etniche, cosmesi, farmaco-

dietologia

Il prodotto naturale può essere:

- usato direttamente come farmaco

- usato come composto di partenza per emisintesi (sintesi di un composto a partire da una

molecola complessa estratta da vegetale/animale)

- usato come modello mocolare naturale per produrre composti di sintesi

- sintetizzare totalmente una molecola naturale originando un composto natural-simile

La chimica di sintesi e l’individuazione di un principio attivo per la cura di una patologia hanno

portato all’abbandono dell’uso diretto di vegetali come farmaci; oggi si usano estratti vegetali come

Fitocomplessi , numerosi principi attivi sono continuamente individuati ed estratti dalle piante e si è

compreso che le piante possono essere bio-fabbriche per la produzione di composti di interesse

(es. metaboliti secondari)

Metaboliti secondari: non hanno un ruolo fondamentale nei processi vitali, ma nell’adattamento

(funzione difensiva, di risposta allo stress); sono molecole specifiche di una specie o di un genere

vegetale.

La pianta non ha un sistema immunitario e non è dotata di movimento, quindi deve adottare dei

meccanismi di difesa particolari (es. appetibilità/repellenza nei confronti di predatori,

difesa/resistenza contro patogeni, successo competitivo verso specie occupanti la stessa nicchia

ecologica); se il gruppo di metaboliti perde la sua efficacie, nuovi composti conferiranno un

vantaggio riproduttivo alle specie che li hanno prodotti.

METABOLITI SECONDARI:

La produzione di metaboliti secondari può essere incrementata in condizioni particolari (tessuti

giovani, riproduttivi, apici); la produzione (biosintesi) e l’accumulo vengono indotti da fattori

endogeni (ormoni, molcole segnale) o esogeni (stimolo ambientale: ferite, attacchi di patogeni,

variazioni di temperatura e illuminazione).

I metaboliti secondari possono essere rilasciati all’esterno o essere accumulati nel vacuolo (spesso

separati dai processi biologici perché citotossici); biosintesi, trasporto ed accumulo di metaboliti

citotossici prevede la formazione di strutture specializzate (organi, tessuti specifici):

-in cellule singole -> Idioblasti o Tricomi unicellulari (peli)

- in strutture plucellulari -> canali secretori, tasche, tricomi multicellulari (peli)

I metaboliti secondari possono essere segnali chimici per l’interazione pianta –ambiente (pianta-

piante, pianta-microrganismi, pianta-animali) e possono rappresentare rispote a vari fattori abiotici

(UV, temperatura, disponibilità acqua, sali minerali ecc); quindi spesso sono

indispensabili/vantaggiosi per la sopravvivenza.

es. attrarzione impollinatori/disseminatori, simbiosi mutualistiche (pianta-microrganismi), difesa da

fitofagi/erbivori, Allelopatia (competizione con altre piante)

Certi composti possono essere caratteristici di un gruppo sistematico o di una sola specie ed i

diversi composti, prodotti dalle piante, sono studiati con tecniche chimiche (es. cromatografia di

vario tipo, NMR, Spettrometria di massa, ecc). Le vie biosintetiche del metabolismo secondario

sono parallele a quelle del metabolismo primario ed i metaboliti secondari vengono classificati (in

base alla struttura chimica e alla biosintesi) in: Fenoli, Terpeni, Alcaloidi (interessanti per: sostanze

aromatiche, coloranti, farmaci)

1) FENOLI:

Formati da un anello benzenico (aromatico) che porta un gruppo OH; l’acido fenico (fenolo) è il

componente più semplice della famiglia. I fenoli hanno diverse funzioni: difesa da erbivori/patogeni,

supporto meccanico (lignina), attrazione impollinatori, assorbimento radiazioni UV dannose,

sostanze allelopatiche.

Tra i fenoli troviamo i FLAVONOIDI: hanno uno scheletro carbonioso di base a 15 atomi in cui

troviamo 2 gruppi aromatici uniti da 3 atomi di C; i flavonoidi possono essere: Glucosidi (legati a

zuccheri), Agliconi (liberi) e portare diversi tipi di sostituenti sull’anello benzenico.

Le forme coniugate si trovano nei vacuoli, ma alcuni derivati possono essere sintetizzati e

modificati a nel plastidio o nucleo; in base al grado di ossidazione troviamo: Calconi, Auroni,

Flavoni, Flavonoli, Flavanoni, Flavanoli (catechine), Isoflavoni, Antocianine e Tannini Condensati

(protoantocianidine) Aumentando al coniugazione aumenta la

colorazione:

-flavani: incolori

- flavoni: gialli

- antociani. rosso/violacei

I flavonoidi hanno diverse funzioni (protezione UV, regolazione trasporto auxina) e per questo si

trovano in tutti i compartimenti cellulare e in diversi organi vegetali (fiori, frutti, radice es. radice

delle leguminose: attrazione azotofissatori).

I colori di fiori e frutti dipendono spesso da flavonoidi legati a zuccheri o acidi grassi

es. Antociani: rosso di fragole, papaveri e blu dei fiordalisi

es. Flavoni, Flavonoidi: sfumature giallo-arancio

es. Terpeni: contribuiscono a colorazione e gli anelli aromatici proteggono da UV

Flavonoidi incolori (nei fiori) fungono da copigmenti degli antociani e agiscono come guide per gli

insetti impollinatori (ultravioletti)

Principali attività biologiche relative alla salute attribuite ai flavonoidi: antiossidanti, antiallergiche,

antivirali, antiepatotossiche, antiulcera, antiaggregante

2) TERPENI:

Spesso secreti dai tricomi ghiandolari presenti sulle foglie e sono importanti nella composizione

degli odori prodotti dalle piante; in questo modo attraggono impollinatori ed allonanano

fitofagi/erbivori.

I terpeni sono detti Isoprenoidi perché vengono classificati chimicamente in base al numero di

molecole di Isoprene che li costituiscono; ma l’isoprene non viene sintetizzato nella cellula

vegetale, le due vie biosintetiche dei terpenti (citosolica e plastidiale) non prevedono la sintesi

intermedia di isoprene.

Isoprene (2-metil-1,3-butadiene): molecola a 5C

I terpeni vengono quindi classificati in base al numero di unità di isoprene

presenti e possono essere presenti diversi sostituenti che conferiscono caratteristiche particolari.

Tipo Unità Atomi di Esempio

isopreniche C

Monoterpeni 2 10 Mentolo, canfora,

limonene

Sesquiterpeni 3 15 Farenesolo, cariofillene

Diterpeni 4 20 Fitolo, vitamina A

Triterpeni 6 30 Squalene, Ianosterolo

Tetraterpeni 8 40 β-cartene (pro-vitamina A)

Politerpeni n Gomma

>40

Plastidio: monoterpeni (C10), Diterpeni (C20), Tetraterpeni (C40)

Citosol: Sesquiterpeni (C15), Triterpeni (C30)

Alcuni terpeni sono importanti per crescita e sviluppo (intesi in questo caso come metaboliti

primari)

es. Giberelline (diterpeni), Brassinosteroidi (derivano da composti tritrpenici)

Oli essenziali: terpeni importanti per repellenza di fitofagi/erbivori e per la tolleranza ad alte

temperature

I terpeni sono presenti anche in oli non volatili, resine, succhi, gomme e latici.

Mentolo: estratto dalla menta piperita, proprietà espettoranti e decongestionali; usato come

sedativo gastrico, per allievare prurito (talco mentolato), infiammazioni (orticaria, dermatite), dolori

muscolari,

usato insieme alla canfora per calmare l’ansia;

Limonene: componenti di oli essanziali, seda