Diapositiva 1

METABOLISMO SECONDARIO
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Oltre a carboidrati, amminoacidi, nucleotidi, lipidi che sono coinvolti
direttamente nella crescita e nello sviluppo, le piante producono
diverse altre sostanze conosciute come metaboliti secondari
La diffusione dei metaboliti secondari tra le specie è limitata
Hanno importanti funzioni:
Proteggono dall’erbivoria e dalle infezioni microbiche
Sono utili per l’impollinazione e per la dispersione dei frutti
Agiscono nella competizione pianta/pianta e nelle simbiosi
pianta/microbo
METABOLISMO SECONDARIO
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Possono essere distinti in tre categorie:
TERPENI o terpenoidi
FENOLI
COMPOSTI AZOTATI
METABOLISMO SECONDARIO
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TERPENI o terpenoidi
I terpeni sono insolubili in acqua e sintetizzati a partire da
acetil-CoA o da intermedi della glicolisi.
Derivano dall’unione di gruppi a 5 atomi di carbonio (unità
isopreniche). Così abbiamo:
Monoterpeni (5 C)
Sesquiterpeni (15 C)
Diterpeni (20 C)
Triterpeni (30 C)
Tetraterpeni (40 C)
Politerpenoidi [ C5]n
METABOLISMO SECONDARIO
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METABOLISMO SECONDARIO
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Via dell’ACIDO MEVALONICO
METABOLISMO SECONDARIO
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Via del METILERITRITOLO
FOSFATO (MEP)
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Alcuni terpenoidi hanno funzioni importanti nella crescita e quindi
non possono essere considerati metaboliti secondari:
Gibberelline
Brassinosteroidi
Steroli
Carotenoidi
Acido abscissico
Fitolo
Altri hanno funzione di difesa
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PIRETROIDI (esteri monoterpenici)
Estratti da foglie e fiori di Chrysanthenum sono potenti insetticidi
molto usati perché poco tossici per i mammiferi
Esempio di attacco da coleotteri su
tronco di pino. Nelle conifere i
terpenoidi si accumulano nei canali
resiniferi e negli aghi. Sembra che
la sintesi di monoterpenoidi sia
stimolata dall’attacco di coleotteri.
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OLI ESSENZIALI
Sono miscele di monoterpeni e sesquiterpeni volatili che danno
odori caratteristici.
Esempi:
METABOLISMO SECONDARIO
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OLI ESSENZIALI
Sono contenuti in particolari
strutture, i tricomi
ghiandolari, presenti sulle
epidermidi e
che sono incontrati per primi
dagli insetti invasori.
Possono essere estratti per
distillazione in corrente di
vapore e trovano diverse
applicazioni industriali.
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LIMONOIDI
Sono triterpeni conosciuti come sostanze amare presenti nei
frutti degli agrumi.
Il più noto è l’azadiractina. Se ne sta studiando l’impiego su
larga scala per limitare i danni da insetti sui raccolti.
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FITOECDISONI
Sono steroidi vegetali con struttura simile a quella degli ormoni
della muta degli insetti con cui interferiscono.
Di recente scoperta azione contro i nematodi.
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FENOLI
Gruppo eterogeneo di circa 10000 molecole diverse tutte
contenenti almeno un gruppo fenolico. La biosintesi può seguire
due vie: dell’acido scichimico (piante) e dell’acido malonico
(funghi e batteri).
Via dell’acido
malonico
METABOLISMO SECONDARIO
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FENOLI
Gruppo eterogeneo di circa 10000 molecole diverse tutte
contenenti almeno un gruppo fenolico. La biosintesi può seguire
due vie: dell’acido scichimico (piante) e dell’acido malonico
(funghi e batteri).
La via dell’acido scichimico converte carboidrati semplici o
intermedi della glicolisi in amminoacidi aromatici.
L’erbicida glifosato uccide le piante bloccando questa via.
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METABOLISMO SECONDARIO
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La sintesi dei composti fenolici
parte dalla fenilalanina con
eliminazione di ammoniaca e
formazione di acido cinnammico
La reazione è catalizzata dalla
PAL (fenilalanina ammoniaca
liasi).
L’aggiunta di gruppi ossidrilici
porta alla formazione di altri
importanti composti
(fenilpropanoidi).
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Composti fenolici semplici possono
avere funzioni diverse ma soprattutto
funzioni di difesa.
Acido caffeico e ferulico possono
essere rilasciati dalle radici e inibire la
crescita delle piante vicine (allelopatia)
Le furanocumarine sono fototossiche
per insetti erbivori se attivate da luce
solare nella zona dell’UVA (inibiscono
la trascrizione legandosi alle basi C e
T). Sono presenti in sedano, pastinaca,
prezzemolo. Alta concentrazione
indotta da stress o patologia provoca
disturbi alla pelle delle mani dei
raccoglitori.
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Le furanocumarine sono fototossiche
per insetti erbivori se attivate da luce
solare nella zona dell’UVA (inibiscono
la trascrizione legandosi alle basi C e
T). Sono presenti in sedano, pastinaca,
prezzemolo. Alta concentrazione
indotta da stress o patologia provoca
disturbi alla pelle delle mani dei
raccoglitori.
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Altri esempi di composti fenolici:
CASTALAGINA delle castagne
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Altri esempi di composti fenolici:
MESCALINA da Cactus peyote e
TETRAIDROCANNABINOLO da
Cannabis indica
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Altri esempi di composti fenolici:
Acido clorogenico da caffè – eugenolo da chiodi di garofano –
cinnamaldeide da cannella – miristicina da noce moscata
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Altri esempi di composti fenolici:
METABOLISMO SECONDARIO
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Altri esempi di composti fenolici:
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Un noto esempio di stilbene: il RESVERATROLO, antitumorale
presente nell’uva nera e nel vino rosso
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LIGNINA
Polimero molto complesso e ramificato formato dall’unione di
tre alcoli fenilpropanici: coniferilico, sinapilico, cumarilico.
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LIGNINA
Polimero molto complesso e ramificato formato dall’unione di
tre alcoli fenilpropanici: coniferilico, sinapilico, cumarilico.
Le proporzioni delle tre unità variano da specie a specie quindi
le lignine possono essere anche molto diverse tra loro, tanto
che ogni lignina può essere unica.
La funzione della lignina è non solo quella di dare solidità
meccanica ma anche di difesa contro gli erbivori data la scarsa
digeribilità.
La lignificazione può essere anche una risposta alle ferite
provocate da patogeni.
METABOLISMO SECONDARIO
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METABOLISMO SECONDARIO
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FLAVONOIDI
Sono un importante gruppo di composti la cui struttura di base
è a 15 atomi di carbonio con due anelli a 6 C legati da un ponte
a 3 C.
Sono sintetizzati a partire da prodotti delle vie dell’acido
scichimico e malonico. Gruppi ossidrilici sono normalmente
presenti sui carboni 4,5 e 7.
METABOLISMO SECONDARIO
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FLAVONOIDI
Esempi:
ANTOCIANINE
FLAVONI
FLAVONOLI
ISOFLAVONOIDI
METABOLISMO SECONDARIO
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ANTOCIANINE
Tra i flavonoidi sono quelli con una
prevalente funzione “vessillifera”,
cioè costituiscono segnali visivi e
olfattivi che attraggono animali
(insetti) verso fiori e frutti.
Possono avere colori variabili dal
rosso al blu. Dipende dai sostituenti
sull’anello B. Aumentando i gruppi
OH aumenta assorbimento ad alta λ
e il colore tende al blu. La presenza
di gruppi metossilici (OCH3) sposta
il colore verso il rosso
METABOLISMO SECONDARIO
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ANTOCIANINE
Possono avere colori variabili dal rosso al blu. Dipende dai
sostituenti sull’anello B. Aumentando i gruppi OH aumenta
assorbimento ad alta λ e il colore tende al blu. La presenza di
gruppi metossilici (OCH3) sposta il colore verso il rosso
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ANTOCIANINE
METABOLISMO SECONDARIO
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ANTOCIANINE
METABOLISMO SECONDARIO
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ANTOCIANINE
Il colore è anche legato al pH del vacuolo in cui sono disciolti.
Possono esistere in complessi di più molecole che formano
chelati con ioni metallici di Fe o Al.
FLAVONI e FLAVONOLI
Assorbono radiazioni a bassa λ (UV-B) e possono essere “visti”
da insetti impollinatori (api).
METABOLISMO SECONDARIO
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FLAVONI e FLAVONOLI
Assorbono radiazioni a bassa λ (UV-B) e possono essere “visti”
da insetti impollinatori (api).
Possono anche servire da protezione contro radiazioni UV.
Mutanti di Arabidopsis privi di calcone sintasi non producono
flavonoidi e sono più sensibili agli UV dei wild type.
METABOLISMO SECONDARIO
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FLAVONI e FLAVONOLI
Possono essere rilasciati nel terreno da radici di leguminose e
attivano l’espressione genica di batteri azotofissatori
METABOLISMO SECONDARIO
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ISOFLAVONOIDI
Posizione dell’anello B spostata
rispetto ai flavoni.
Alcuni hanno attività insetticida
altri antiestrogena (es. pecore
che brucano trifoglio ricco di
isoflavonoidi manifestano
infertilità).
Molecole di isoflavonoidi si
comportano anche da fitoalessine,
composti che agiscono da
antagonisti nella risposta
all’attacco da parte di agenti
patogeni.
METABOLISMO SECONDARIO
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TANNINI
Sono polimeri fenolici noti da
tempo come prodotti usati nella
concia delle pelli. Hanno la
capacità di legarsi alle proteine
del collagene aumentando la
resistenza al calore, all’acqua e ai
microbi.
Sono tossine generiche la cui
presenza determina repellenza
per gli animali.
In ogni caso è coinvolto il legame
con le proteine.
METABOLISMO SECONDARIO
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TANNINI
I tannini (polifenoli) presenti nel
vino rosso bloccano la formazione
di endotelina-1, una molecola
segnale coinvolta nel
restringimento delle arterie.
Perciò si ritiene che il vino rosso
(in moderata quantità) diminuisca
il rischio di malattia cardiaca.
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COMPOSTI AZOTATI
ALCALOIDI
Oltre 15.000 metaboliti presenti nel 20% delle piante
vascolari.
L’atomo di azoto è in un eterociclo. Precursori sono
amminoacidi quali lisina, tirosina, triptofano. Ai valori di pH del
citosol (neutro) e del vacuolo (acido) l’azoto è protonato, quindi
gli alcaloidi sono carichi positivamente e idrosolubili
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ALCALOIDI
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ALCALOIDI
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ALCALOIDI
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ALCALOIDI
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ALCALOIDI
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ALCALOIDI
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ALCALOIDI
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ALCALOIDI
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ALCALOIDI
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ALCALOIDI
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GLUCOSIDI CIANOGENICI
Composti azotati che sono degradati quanto la pianta che li
contiene è triturata con liberazione di HCN. Si trovano spesso
in leguminose, graminacee e rosacee.
Nella pianta intera gli enzimi degradativi sono diversamente
compartimentalizzati rispetto ai glucosidi.