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METABOLITI SECONDARI
I metaboliti secondari sono composti chimici non
essenziali per la semplice crescita, sviluppo o
riproduzione dell'organismo.
La funzione, o l'importanza, di questi prodotti per lo
sviluppo del organismo è normalmente di natura
ecologica in quanto sono usati o come meccanismi di
difesa contro predatori (erbivori, patogeni etc…), o
per la competizione interspecifica o per facilitare i
processi riproduttivi.
Diversamente dai Metaboliti primari queste molecole
non sono ubiquitarie nell'organismo vivente che li
produce, né sono espresse in continuo.
Spesso si accumulano nei vacuoli.
METABOLITI SECONDARI
METABOLITI PRIMARI
METABOLITI SECONDARI
METABOLITI SECONDARI
A. Kossel
(1891)
METABOLITI SECONDARI
Il metabolismo di base
(primario) comprende tutte le
vie necessarie per la
sopravvivenza delle cellule.
I prodotti del metabolismo
secondario sono sostanze spesso
presenti solo in alcuni tipi di
cellule specializzate e
differenziate e non sono
necessarie per le cellule stesse,
ma sono utili alla pianta nel suo
insieme
METABOLITI SECONDARI
I metaboliti secondari hanno origine da
precursori comuni del metabolismo
primario. La loro funzione riguarda tutti gli
aspetti delle interazioni chimiche delle
piante con l ambiente che le circonda. La
fotosintesi sta al centro del sistema e
fornisce materia prima per i tre metabolismi
principali.
METABOLITI SECONDARI
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METABOLITI SECONDARI
METABOLITI SECONDARI
SUDDIVISI IN TRE GRUPPI
• TERPENOIDI
• ALCALOIDI
• COMPOSTI FENOLICI
METABOLITI SECONDARI
Metaboliti secondari
Metaboliti secondari
L’OMS ha stimato nel 1985 che circa il 65% della
popolazione mondiale si affidava a farmaci di origine
vegetale come prima assistenza terapeutica.
Ammi visnaga
Broncodilatatore
Il primo alcaloide (morfina) fu isolato nel
1804 dall’oppio (Papaver somniferum)
P. M. Dewick. Medicinal Natural Products, A Biosynthetic Approach. Second Edition (2002). John
Wiley & Sons. England
Farmaco
antidiabetico
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Metaboliti secondari
M. Gordon, C. David, Newman. Natural products: A continuing source of novel drug leads,
Biochimica et Biophysica Acta 1830 (2013) 3670-3695.
Galega officinalis
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L’acido salicilico nelle piante
Paclitaxel (Taxol®), il più promettente farmaco di origine
vegetale anti-tumorale scoperto negli ultimi anni, estratto
dalle foglie di varie specie di Taxus da cui trae il nome.
Ippocrate, considerato il padre della medicina,
descrisse nel V secolo a.C. una polvere amara
estratta dalla corteccia del salice (Salix alba;
Salix purpurea; Salix fragilis) utile per alleviare il
dolore ed abbassare la febbre
L’acido salicilico ha un
ruolo chiave nelle piante HO
per lo sviluppo della
resistenza locale e
sistemica all’infezione da
patogeni.
Le piante alimentari
contengono quantità
misurabili di acido
salicilico e derivati
(pomodori: 0.40 mg /Kg);
fragole: 0.65 mg/Kg)
http://home.ccr.cancer.gov/connections/2008/Vol2_No1/
features3.asp
O
OH
http://home.ccr.cancer.gov/connections/2008/Vol2_No1/features3.asp
M. Gordon, C. David, Newman. Natural products: A continuing source of novel drug leads, Biochimica et
Biophysica Acta 1830 (2013) 3670-3695
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METABOLITI SECONDARI
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Interazione
Interazione
animaleanimale5
piantaanimale6
Metaboliti secondari3,4
Interazione
Interazione
piantamicroorganismo7
pianta-pianta8
3- Mann, J. (1987). Secondary Metabolism. pp. 1, 324-325.
6- Torssell, K.B.G. (1997) Natural Product Chemistry, p. 54.
4- Harborne, J. B. (1993). Natural Product Rep. (10) 327.
7- Dewick, P.M. (1984). Natural Products Reports 1, 459.
5- Kinnel R.B. et al. (1979). Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 76, 3576. 8- Galindo J.C.G., et al. (1999). Phytochemistry 52, pp. 805-813.
METABOLITI SECONDARI
METABOLITI SECONDARI
METABOLITI SECONDARI
METABOLITI SECONDARI
TERPENI
METABOLITI SECONDARI - TERPENI
Pine Resin
METABOLITI SECONDARI - TERPENI
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Taxol
Taxus brevifolia Nutt.
• Taxol is a terpenoid
• "the best anti-cancer agent by National Cancer
Institute
• Has remarkable activity against advanced ovarian
and breast cancer, and has been approved for
clinical use.
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METABOLITI SECONDARI - TERPENI
METABOLITI SECONDARI - TERPENI
Vescicole vacuolari contenenti
composti terpenici
METABOLITI SECONDARI - TERPENI
METABOLITI SECONDARI - FENOLI
Gruppi di Fenoli
Il Veregen stato il primo Botanical Drug
approvato dalla FDA (31/11/2006)
• Principio attivo:
sinecatechin (Polyphenon E)
• Composizione: 65% EGCG,
98% polifenoli
• Indicazione: trattamento di
verruche genitali e perianali
da papillomavirus (HPV)
• Scopritore: Mitsui Norin,
azienda giapponese di thé
Camellia sinensis L.
METABOLITI SECONDARI - FENOLI
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TOSTATURA
O
TRATTAMENTO
CON
VAPORE
RULLATURA
ESSICCAMENTO
APPASSIMENTO
RULLATURA
FERMENTAZIONE
BREVE
ESSICCAMENTO
TE
OOLONG
APPASSIMENTO
RULLATURA
FERMENTAZIONE
LUNGA
ESSICCAMENTO
TE
NERO
METABOLITI SECONDARI - FENOLI
METABOLITI SECONDARI - FENOLI
METABOLITI SECONDARI - FENOLI
METABOLITI SECONDARI - FENOLI
RESVERATROLO
TE
VERDE
Il vacuolo contiene pigmenti (flavonoidi e
antocianidine) responsabili della colorazione dei
petali dei fiori, frutti e altre parti della pianta.
Gentiana sino-ornata
METABOLITI SECONDARI - FENOLI
METABOLITI SECONDARI - FENOLI
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Vacuolo colorato di rosso per la
presenza di antocianine
METABOLITI SECONDARI - FENOLI
METABOLITI SECONDARI - ALCALOIDI
ALCALOIDI
METABOLITI SECONDARI - ALCALOIDI
METABOLITI SECONDARI - ALCALOIDI
Colture cellulari vegetali
PIANTA
ESPIANTI
FOGLIARI
• Prelievo degli espianti
• Sterilizzazione
ESPIANTI
CAULINARI
• Inoculo in mezzo callogenico
CALLO
Callogenesi
Callogenesi
Inoculo in mezzo liquido
SOSPENSIONE
CELLULARE
BIOREATTORE
COLTURE CELLULARI VEGETALI
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Colture cellulari vegetali
Colture cellulari vegetali
Le cellule vegetali possono essere moltiplicate in vitro,
ossia in un ambiente asettico, in cui le condizioni chimicofisiche sono sotto controllo
Le colture cellulari possono
essere impiegate:
• per scopi applicativi
(produzione di metaboliti)
• nella ricerca di base
(studio della biologia
cellulare)
Cellule vegetali allevate in
mezzo liquido
COLTURE CELLULARI VEGETALI
COLTURE CELLULARI VEGETALI
Colture cellulari vegetali
Principali parametri chimico-fisici dell ambiente colturale:
• Luce (composizione spettrale,
intensità e fotoperiodo)
VANTAGGI DELLE COLTURE CELLULARI VEGETALI
La totipotenza delle cellule vegetali:
le cellule di alcuni tessuti (parenchimatici e meristematici)
possono rigenerare una pianta intera:
• Temperatura
• Composizione chimica del
mezzo (nutrienti minerali,
carboidrati, vitamine, regolatori di
crescita)
Cellule vegetali allevate in
mezzo liquido
• Densità della popolazione
cellulare (numero di cellule per
unità di volume)
COLTURE CELLULARI VEGETALI
PREPARAZIONE DI COLTURE CELLULARI
In coltura in vitro variando il rapporto di ORMONI
VEGETALI COME auxina e citochinina, due ormoni vegetali
che regolano la proliferazione cellulare ed il differenziamento,
si ottengono
•CALLI
•GERMOGLI
•RADICI
COLTURE CELLULARI VEGETALI
APPLICAZIONI DELLE COLTURE
CELLULARI VEGETALI
Le colture di cellule vegetali quale
fonte
alternativa per la produzione di
principi
attivi ad uso farmacologico,
cosmetico e
dietetico
COLTURE CELLULARI VEGETALI
COLTURE CELLULARI VEGETALI
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APPLICAZIONI DELLE COLTURE
CELLULARI VEGETALI
Vantaggi degli estratti vegetali da pianta:
Unica fonte disponibile
Elevata attività biologica
Fitocomplessi naturali
Svantaggi degli estratti vegetali da pianta:
Molte sostanze sono rare o prodotte solo in specifici siti
Difficile estrazione del principio
Presenza di inquinanti ambientali
Problemi di trasporto, conservazione ecc
Le stesse sostanze bioattive presenti nella pianta possono
essere ottenute da
APPLICAZIONI DELLE COLTURE
CELLULARI VEGETALI
Molecole altamente complesse
Altissima sicurezza biologica
Elevato titolo del principio
Rapida selezione di nuove varianti
Nessun impatto ambientale
Non OGM
Colture di cellule Vegetali
COLTURE CELLULARI VEGETALI
Quali metaboliti dalle colture di
cellule vegetali?
Sostanze Rare
Difficile Estrazione
Sintesi chimica non economica
COLTURE CELLULARI VEGETALI
COLTURE CELLULARI VEGETALI
APPLICAZIONI DELLE COLTURE
CELLULARI VEGETALI
Delle 650.000 specie vegetali classificate
solo il 5% è stato studiato per l attività
farmacologica dei principi attivi contenuti.
Le colture di cellule vegetali consentono di
studiare molecole di origine vegetale in modo
adeguato, ecocompatibile
e preservando la biodiversità.
Questa tecnologia rappresenta una valida
alternativa per la produzione industriale di
molecole rare e complesse.
COLTURE CELLULARI VEGETALI
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