Presentazione

Chimica delle sostanze organiche naturali
(a.a. 2014-15)
Obiettivi formativi: Il corso mira a fornire un quadro
d’insieme delle sostanze naturali bioattive del
metabolismo secondario di piante e microrganismi
fondato sulla classificazione biogenetica. Stimola a
riconoscere alcune caratteristiche degli scheletri
molecolari e a stabilire relazioni tra la struttura e
l’attività biologica. Insegna ad applicare le
conoscenze acquisite per prevedere l’origine
biogenetica di composti naturali.
Contenuti o programma sintetico: Dopo una breve
introduzione sulle metodologie utilizzate per lo studio
delle sostanze naturali, verranno presentate le
principali vie del metabolismo secondario e le loro
relazioni con quello primario. In particolare verranno
presentate la via biogenetica dell’acetato (acidi grassi
e polichetidi), dello shikimato (amminoacidi aromatici
e fenilpropanoidi), del mevalonato (terpenoidi e
steroidi) e del metabolismo degli amminoacidi
(alcaloidi). Per molti dei composti presentati verrà
discusso il loro ruolo biologico quali antibiotici,
fungicidi, fitotossine, micotossine, fitoalessine ecc. e i
loro aspetti applicativi ad esempio in ambito
farmacologico, tossicologico e agrario.
Chimica delle sostanze organiche naturali (a.a. 2014-15)
Modalità di accertamento del profitto: Colloquio
Bibliografia:
Paul M. Dewick “Chimica, Biosintesi e Bioattività delle Sostanze Naturali,
Edizione italiana a cura del Prof. E. Fattorusso, PICCININ, 2001
Appunti delle lezioni
I sottili fili della natura
Concetto portante delle teorie
sulla natura cibernetica degli
ecosistemi
Metabolismo
primarie
Presenti in tutti gli
organismi
secondarie
Specifici di
determinate
specie e/o di fasi
del loro sviluppo
Vie
metaboliche
“E. P. Odum”
• Gli ecosistemi sono ricchi di reti di informazioni,
flussi di comunicazioni fisiche e chimiche che
mettono in connessione tutte le parti e pilotano
o regolano tutto il sistema come un tutt’uno.
• In un agrosistema, popolato da piante, insetti e
microrganismi, tali flussi di informazioni sono in
gran parte di carattere chimico: i semiochimici
Metaboliti secondari
feromoni
Semiochimici
allelochimici
“Semiochimici”
Sostanze chimiche portatrici di
informazioni, che mediano
interazioni tra organismi viventi
Ferormoni e allelochimici
Ferormoni:
sostanze
coinvolte
nella
comunicazione tra individui della stessa specie
Allelochimici:
sostanze
che
mediano
l’interazione tra individui di specie diverse
Metaboliti secondari, perché?
Ambiti di
applicazione
Farmacologia
Industria
Alimentare
Cosmesi
Agrario
Erbicidi
Anticrittogamici
Insetticidi
Miglioramento
genetico
LE PIU’ IMPORTANTI CLASSI DI
PRODOTTI NATURALI
ACIDI GRASSI E POLICHETIDI
Acidi grassi saturi, insaturi, ramificati e acetilenici
Sostanze di riserva energetica degli organismi; prodotti per
uso commerciale utilizzati negli alimenti, nei cosmetici
Prostaglandine,
Attività farmacologica
Polichetidi aromatici
Polifenoli e flavanoidi di diversa natura: Aflatossine
(micotossine da Aspergillus spp.), Antracicline (da
Spreptomyces spp. Farmaci antitumorali), Antibiotici macrolidi
TERPENOIDI E STEROLI
Emiterpeni
Olii essenziali delle piante; Principi attivi di erbe
medicinali; Monoterpeni; Aromi alimentari
Diterpeni, Sesquiterpeni, Triterpeni, Terpenoidi
superiori
Tossine: fitotossine
Steroidi, Fitosteroidi
Steroidi: ormoni animali e vegetali; farmaci steroidei
AMMINOACIDI AROMATICI E FENILPROPANOIDI
Aminoacidi aromatici
Fenialanina e tirosina
Acidi cinnamici
Acido caffeico, ferulico, sinapico e clorogenico
Lignani e lignina
Materiale di rinforzo delle cellule vegetali fungendo da
matrici per le microfibrille di cellulosa
Cumarine, Flavonoidi e Flavanollignani
Metaboliti essenziali nel mondo vegetale, sono polifenoli
con la spiccata caratteristica di catturare i radicali
Isoflavonoidi liberi; colori ed aromi delle piante
PEPTIDI, PROTEINE ED ALTRI DERIVATI
AMMINOACIDICI
Peptidi e proteine
Importanti proprietà fisiologiche: funzione strutturale nei
tessuti; enzimi; tossine delle piante e microrganismi;
CARBOIDRATI
Monosaccaridi, oligosaccaridi, Polisaccaridi
Riserva alimentare; sostegno strutturale delle pareti
cellulari di piante, animali e microrganismi
Aminozuccheri
Molti metaboliti bioattivi possiedono una porzione
saccaridica
Amminoglicosidi
Farmaci antibiotici (amminoglicosidi)
ALCALOIDI
Alcaloidi derivati dell’ornitina,
Farmaci: analgesici, narcotici, anastetici, antiamebici
Alcaloidi derivati della lisina
Veleni (curaro) ed antidoti
Alcaloidi derivati dell’acido nicotinico,
Vitamine, componenti del tabacco
Alcaloidi derivati della tirosina
Antitumorali; medicina antimalarica (chinina), antidolorifici
Alcaloidi derivati del triptofano, dell’acido antranilico,
dell’istidina, alcaloidi derivati da reazioni di amminazione,
alcaloidi purinici
TECNICHE DI ISOLAMENTO, CARATTERIZZAZIONE CHIMICA
E BIOLOGICA , DERIVATIZZAZIONE ED ANALISI DEI COMPOSTI
NATURALI
ISOLAMENTO
-Estrazione da matrici complesse: solventi organici a polarità crescente
Purificazione: tecniche cromatografiche di adsorbimento, gel-filtrazione,
scambio ionico, a bassa, media ed alta pressione (HPLC)
DETERMINAZIONE STRUTTURALE E STEREOSTRUTTURALE
Tecniche spettroscopiche:
NMR (mono e bidimensionale dell’1H e del 13C)
MS (EI, ES FAB, MALDI-TOF)
IR, UV, CD, Raggi X
SINTESI
Sviluppo di metodo semplice e conveniente, utilizzando sintoni già esistenti
in commercio, per ottenere in maniera enantioseletiva il composto naturale
bioattivo e/o suoi analoghi.
DERIVATIZZAZIONE
Utilizzare le reazioni note in letterature per la trasformazione dei gruppi
funzionali per ottenere derivati con una incrementata selettività ed attività
ANALISI
Metodi cromatografici: LC, CG, LC-MS, CG-MS
Spettrofotometrici
Immunochimici
I mattoni biosintetici
Alchilazioni
Addizioni
Condensazione aldolica e di Claisen
Carbossilazione
Reazione di Claisen del malonato acilato e
decarbossilazione- beta ossidazione
Formazione delle immine e
reazione di Mannich
Decarbossilazione di
amminoacidi
Decarbossilazione di beta
chetoacidi
Reazioni di ossidoriduzione
Deidrogenasi NAD-NADP
Deidrogenasi FAD-FMN
FAD-FADH
Monoossigenasi di Baeyer-Villiger
Accoppiamento ossidativo
Glicosilazione