Metaboliti secondari

METABOLITI SECONDARI

METABOLISMO PRIMARIO: insieme delle vie metaboliche necessarie alla crescita e allo sviluppo della pianta (sintesi

di acidi nucleici, proteine e lipidi, fotosintesi, respirazione, traslocazione di nutrienti, ecc.).

METABOLISMO SECONDARIO: insieme delle vie metaboliche che mettono la pianta in relazione con l’ambiente e gli

altri organismi viventi nell’ambito dell’ecosistema .

I metaboliti secondari non presentano pertanto un’apparente funzione nel metabolismo della pianta, il loro ruolo è

soprattutto ecologico:

a - sono attraenti di impollinatori e disseminatori (con produzione di segnali visivi e olfattivi)

I pigmenti colorati sono principalmente carotenoidi (giallo, arancio, rosso) e flavonoidi (antocianine: dal rosso al blu; i

flavonoli non visibili all’occhio umano formano immagini simmetriche, macchie, circoli concentrici: guide per il

nettare. Tre principali antocianidine contribuiscono al colore dei frutti: pelargonidina nella fragola, cianidina nella

mela e delfinidina nell’uva ).

Betalaine

Anche alcuni pigmenti vegetali azotati conferiscono la colorazione ad alcuni fiori: le betalaine (betacianine e

betaxantine). Molto a lungo confuse con le antocianine, tra questi particolarmente conosciuta è la betanina, pigmento

responsabile della colorazione delle radici di Beta vulgaris var. rubra. Betacianine e antocianine non compaiono mai

insieme nelle piante.

Le betaxantine spesso compaiono con le betacianine e sono per esempio responsabili del colore giallo dei fiori di

cactus, presentano aminoacidi al posto del residuo indolico.

Le caratteristiche del fiore sono legate al tipo di impollinazione che se mediata da animali, si ha nel fiore un particolare

sviluppo della corolla, gioco di forme colori e odori attraenti.

b - sono adattatori chimici in situazioni di stress ambientali;

Piante e rispettivi insetti predatori si sono evoluti simultaneamente e generalmente in modo antagonistico. Le piante

producono nuovi composti chimici ad azione deterrente (tossica) e contemporaneamente gli insetti evolvono nuove

capacità sensoriali che permettono la discriminazione tra specie vegetali o producono nuovi enzimi digestivi che

favoriscono la detossificazione ed eventualmente l’utilizzo di questi prodotti naturali -> coevoluzione. Grazie a questo

processo non c'è competizione tra gli insetti e quindi gli si garantisce la sopravvivenza.

Sistemi tritrofici (il nemico del tuo nemico è tuo amico)

Tritrofici: pianta, predatore della pianta e parassitoidi.

La pianta con la produzione di sostanze volatili richiama insetti che limiteranno la densità del fitofago del quale sta

subendo l’attacco (es. la pianta del fagiolo una volta attaccata dalla cimice emana una sostanza volatile che attira un

parassidoide oofago che mangia la cimice).

I parassitoidi sono pertanto orientati nella ricerca di potenziali ospiti da segnali chimici volatili, particolarmente

abbondanti e affidabili. Tra i parassitoidi si può citare l’esempio dei parassitoidi oofagi (es cimice verde che si nutre

della pianta di fagiolo), che garantiscono che il fitofago sia colpito prima che l’uovo schiuda.

Il gusto amaro è una sensazione che mammiferi e probabilmente uccelli e rettili possono apprezzare, così piante che

contengono cardenolidi, alcaloidi e tannini sono evitate da molti vertebrati erbivori.

Piante primitive contengono tannini, mentre specie più recenti (in termini di evoluzione), contengono alcaloidi etc.

I rettili sono pertanto sensibili ai tannini (ad effetto repellente) allo stesso livello di concentrazione dei mammiferi, ma

la sensibilità agli alcaloidi è molto meno efficace (1000 volte inferiore). La comparsa di piante in grado di sintetizzare

alcaloidi (mortali) potrebbe aver contribuito all’estinzione dei rettili preistorici.

Fitoecdisoni: essi hanno la stessa struttura base degli ormoni della muta degli insetti. L’ingestione degli stessi

distrugge il ciclo della muta, interferendo con la perdita del vecchio esoscheletro e la produzione del nuovo causando

la morte dell’insetto stesso.

c - sono elementi di difesa contro microrganismi, insetti, animali in genere ma anche contro altre piante (=

allelochimici).

• Il termine di sostanza allelopatica fu coniato nel 1937 dal botanico H. Molisch per indicare le sostanze tossiche

emesse da piante superiori, ma anche funghi e microrganismi, nell'aria o nel terreno, a scopo protettivo e

offensivo, contro sollecitazioni o azioni dell'ambiente, invasione di altre piante e organismi.

• L’ allelopatia è definita da Rice (1979) come la “Somma degli effetti di una pianta su crescita e germinazione di

un’altra pianta attraverso il rilascio di composti chimici nell’ambiente”.

Gli effetti allelopatici tra una specie vegetale ed un’altra possono trasmettersi attraverso vie differenti, che

coinvolgono composti volatili, foglie cadute, prodotti radicali, decomposizione di residui, volatilizzazione e diffusione

passiva nel terreno (es. pianta del caffe, la cui caffeina è una sostanza allelopatica).

Molti composti fenolici (ci saranno all'esame) semplici sono allelochimici (acido pidrossibenzoico, acido vanillico,

acido ferulico, acido pcumarico…tutti prodotti sulla via dello scichimato). Tra questi composti lo juglone responsabile

della limitata crescita di specie vegetali sotto e intorno alla pianta del noce (la poa pratensis è una specie che

sopravvive allo juglone).

Molte piante rispondono ad un attacco microbico producendo composti che inibiscono la crescita dei patogeni, tali

sostanze sono generalmente definite fitoalessine. Altri tipi di stress ambientali: luce UV, esposizione a metalli pesanti

e composti tossici, induce la sintesi di fitoalessine. Tra le fitoalessine sono rappresentate molte classi di prodotti

naturali, ogni via biosintetica può essere attivata a produrre composti strutturalmente diversi col medesimo effetto

biologico.

La pisatin è la prima fitoalessina isolata e caratterizzata da Pisum sativum (pianta di pisello)

I metaboliti secondari sono di natura chimica molto diversa, ma inquadrabili in tre ampie classi:

1. isoprenoidi (es. terpeni)

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:

CH2=CH-C=CH2

|

CH3

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 (2 unità isopreniche)

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).

• 15 → sesquiterpeni

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.

Tra i tanti sesquiterpeni (repellenti per insetti e mammiferi) 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 l. s. hanno anche per gli uomini un gusto amaro.

• 20 → diterpeni

Rivelati tossici per erbivori e deterrenti per l’alimentazione. Le resine delle piante, es. pini, contengono 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.

• 30 → triterpeni (6 unità isopreniche)

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

Cardenolidi (attività stimolante cardiaca)

Glucosidi 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 principi attivi sono digitossina e digossina

Saponine (schiuma)

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 (rottura dei globuli

rossi).

• 40 → tetraterpeni

• (C5)n con n›20 → politerpenoidi (o politerpeni)

La gomma (usata per il preservativo) 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).

I TERPENI AGISCONO DA DETERRENTI (repellenti) PER UN GRAN NUMERO DI INSETTI E DI MAMMIFERI FITOFAGI,

GIOCANDO IMPORTANTI RUOLI DI DIFESA NEL REGNO VEGETALE.

2. alcaloidi (es. caffeina, nicotina e morfina)

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

1. Sono composti molto attivi, molte specialità medicinali ne contengono. (es. sciroppo della tosse)

2. Sono comuni e diffusi nel Regno Vegetale (es. Papaveraceae, Solanaceae, Leguminoseae)

La parte che contiene alcaloidi è quella verde (nei sepali) (es. nella melanzana, nei pomodori ecc).

Definizione di alcaloidi (Hegnauer):

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

tossiche);

• agiscono principalmente sul sistema nervoso centrale (non solamente, e comunque sia deprimendolo – es. eroina,

morfina – sia eccitandolo – cocaina);

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