07/04/17 METABOLITI SECONDARI

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Annabella Serafini
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I metaboliti secondari sono composti chimici non essenziali per la semplice crescita, sviluppo o riproduzione dell'organismo.

etc ), o per la competizione interspecifica o per facilitare i processi riproduttivi.

Kossel (1891) Il metabolismo di base (primario) comprende tutte le vie necessarie per la sopravvivenza delle cellule.

1 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 PRIMARI A. Kossel (1891) 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 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. 1

SUDDIVISI IN TRE GRUPPI TERPENOIDI ALCALOIDI

secondari L OMS ha stimato nel 1985 che circa il

farmaci di origine vegetale come prima assistenza

Ammi visnaga Broncodilatatore Il primo alcaloide

England 9 Farmaco antidiabetico M. Gordon, C.

Natural products: A continuing source of novel

Paclitaxel (Taxol ), il più promettente farmaco

ultimi anni, estratto dalle foglie di varie

L acido salicilico nelle piante Ippocrate,

una polvere amara estratta dalla corteccia del

fragilis) utile per alleviare il dolore ed

gov/connections/2008/vol2_no1/ features3.

piante HO per lo sviluppo della resistenza locale

2 SUDDIVISI IN TRE GRUPPI TERPENOIDI ALCALOIDI COMPOSTI FENOLICI 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 9 Farmaco antidiabetico M. Gordon, C. David, Newman. Natural products: A continuing source of novel drug leads, Biochimica et Biophysica Acta 1830 (2013) Galega officinalis 10 Metaboliti secondari 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. L acido salicilico nelle piante 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 features3.asp 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) O OH M. Gordon, C. David, Newman. Natural products: A continuing source of novel drug leads, Biochimica et Biophysica Acta 1830 (2013)

Interazione animaleanimale 5 pianta- Interazione animale 6 Metaboliti

pianta-pianta 8 3- Mann, J. (1987). Secondary Metabolism. pp.

54. 4- Harborne, J. B. (1993). Natural Product Rep. (10) 327.

B. et al. (1979). Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 76, 3576. 8- Galindo J.

3 Interazione animaleanimale 5 pianta- Interazione animale 6 Metaboliti secondari 3,4 Interazione piantamicroorganismo 7 Interazione pianta-pianta 8 3- Mann, J. (1987). Secondary Metabolism. pp. 1, Torssell, K.B.G. (1997) Natural Product Chemistry, p Harborne, J. B. (1993). Natural Product Rep. (10) Dewick, P.M. (1984). Natural Products Reports 1, Kinnel R.B. et al. (1979). Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 76, Galindo J.C.G., et al. (1999). Phytochemistry 52, pp TERPENI Pine Resin - TERPENI - TERPENI 3

and breast cancer, and has been approved for

19 - TERPENI - TERPENI Vescicole vacuolari

FENOLI Gruppi di Fenoli Il Veregen stato il

(31/11/2006) Principio attivo: sinecatechin

4 07/04/17 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 TERPENI - TERPENI Vescicole vacuolari contenenti composti terpenici - TERPENI - 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. - FENOLI 4

07/04/17 TOSTATURA O TRATTAMENTO CON VAPORE RULLATURA

ESSICCAMENTO TE OOLONG APPASSIMENTO RULLATURA

FENOLI - FENOLI - FENOLI RESVERATROLO TE VERDE Il

responsabili della colorazione dei petali dei fiori,

5 07/04/17 TOSTATURA O TRATTAMENTO CON VAPORE RULLATURA ESSICCAMENTO APPASSIMENTO RULLATURA FERMENTAZIONE BREVE ESSICCAMENTO TE OOLONG APPASSIMENTO RULLATURA FERMENTAZIONE LUNGA ESSICCAMENTO TE NERO - FENOLI - FENOLI - FENOLI - 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 - FENOLI - FENOLI 5

6 07/04/17 Vacuolo colorato di rosso per la presenza di antocianine - FENOLI - ALCALOIDI ALCALOIDI - ALCALOIDI - 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 6

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

Colture cellulari vegetali Principali parametri chimico-fisici dell ambiente colturale: VANTAGGI DELLE La totipotenza delle cellule vegetali: Cellule vegetali allevate in mezzo liquido Luce

(numero di cellule per unità di volume) le cellule di alcuni tessuti (parenchimatici e meristematici) possono rigenerare una pianta intera: In coltura in vitro variando il rapporto di ORMONI VEGETALI

7 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 Principali parametri chimico-fisici dell ambiente colturale: VANTAGGI DELLE La totipotenza delle cellule vegetali: Cellule vegetali allevate in mezzo liquido Luce (composizione spettrale, intensità e fotoperiodo) Temperatura Composizione chimica del mezzo (nutrienti minerali, carboidrati, vitamine, regolatori di crescita) Densità della popolazione cellulare (numero di cellule per unità di volume) le cellule di alcuni tessuti (parenchimatici e meristematici) possono rigenerare una pianta intera: 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 PREPARAZIONE DI COLTURE CELLULARI 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 7

8 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 Colture di cellule Vegetali 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 Quali metaboliti dalle colture di cellule vegetali? Sostanze Rare Difficile Estrazione Sintesi chimica non economica APPLICAZIONI DELLE COLTURE CELLULARI VEGETALI Delle 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. 8

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