martes, 25 de noviembre de 2008

Medicinal Natural Products, A biosynthetic Approach Autor: Paul M. Dewick

Descarga aquí.

Medicinal Natural Products, A biosynthetic Approach Autor: Paul M. Dewick
Traducción: Productos Narurales Medicinales, Un punto de vista biosintético

Sin lugar a duda la biblia de la biosintesis, explicaciones con lujo de detalle de los grupos de metabolitos secundarios mas importantes.

Contenido:
1 ABOUT THIS BOOK, AND HOW TO USE IT
2 SECONDARY METABOLISM: THE BUILDING BLOCKS AND CONSTRUCTION MECHANISMS
3 THE ACETATE PATHWAY: FATTY ACIDS AND POLYKETIDES
4 THE SHIKIMATE PATHWAY: AROMATIC AMINO ACIDS ANDPHENYLPROPANOIDS
5 THE MEVALONATE AND DEOXYXYLULOSE PHOSPHATE PATHWAYS: TERPENOIDS AND STEROIDS
6 ALKALOIDS
7 PEPTIDES, PROTEINS, AND OTHER AMINO ACID DERIVATIVES
8 CARBOHYDRATES

domingo, 23 de noviembre de 2008

Entre ambos mundos

Las características anteriormente expuestas para diferenciar las clases de metabolitos, al igual que todas las reglas tienen sus excepciones, que son las siguientes:
  • Por ejemplo algunos ácidos grasos y azucares (de bajo peso molecular), que son descritos como metabolitos primarios, pero algunos de ellos pueden ser extremadamente raros y solo hallarse en algunas especies.
  • Los esteroides son fundamentales para el ser vivo, pero poseen un peso molecular bajo, provienen de la síntesis de terpenos (un grupo de metabolitos secundarios), pueden tener actividades farmacológicas interesantes y sus diferentes variedades están restringidas a diferentes organismos.

sábado, 22 de noviembre de 2008

Metabolismo Secundario

Metabolismo secundario, este termino agrupa a todas las reacciones bioquímicas y productos (metabolitos secundarios) que no son indispensables para la supervivencia del ser vivo. A diferencia del primario, que se halla casi invariable en toda la naturaleza, el secundario presenta una gran variabilidad.

En el siguiente esquema simplificado se muestra la interconexión existente entre el metabolismo primario y secundario, en este caso los metabolitos secundarios se dividen a grandes rasgos y considerando únicamente los grupos de mayor importancia, en tres grupos: compuestos terpenicos, compuestos fenólicos y compuestos con nitrógeno.
En el también puede distinguirse que las siguientes rutas:
ruta del MEP (metileritritolfaosfato), ruta del MVA (ácido mevalónico), ruta del ácido malónico y la ruta del ácido siquimico (en ingles shikimico). Es igual de importarte la participación de aminoácidos tanto alifáticos como aromáticos, ya que son la fuente biosintetica principal de nitrógeno.

Cada una de estas vías esta relacionada de la siguiente manera con el metabolismo primario:
  • La ruta del ácido siquimico, es originada por el fosfoenolpiruvato y la eritrosa-4-fosfato, su vez este ácido es precursor de los aminoácidos aromáticos.
  • Los aminoácidos alifáticos son obtenidos a partir del ciclo de krebs (ciclo del ácido cítrico).
  • Las rutas malónica y mevalónica, a partir de la Acetil-CoA.
  • La ruta MEP se origina del piruvato y del gliceraldehido-3-fosfato.
Las relaciones existentes entre estas rutas y los grupos de metabolitos secundarios son las siguientes:
  • Los compuesto terpenoides se biosintetizan por las rutas MEP o MVA.
  • Los compuestos fenólicos por la ruta del ácido siquimico, a partir los aminoácidos aromáticos o por la ruta del ácido malonico. Estos vías pueden actuar solas o combinarse de las siguientes maneras: ruta ácido siquimico-aminoácidos aromáticos y aminoácidos aromáticos-ruta ácido malonico.
  • Los compuestos de nitrógeno fundamentalmente provienen de los aminoácidos aromáticos y/o alifáticos.
En el siguiente esquema se muestra de manera mas detallada los metabolitos secundarios y las rutas metabólicas que le dan origen. Sin embargo, en este caso ya se detallan algunos ejemplos de grupos de metabolitos, los cuales desarrollare detalladamente en futuras entradas.

Ahora ya es posible distinguir como aminoácidos alifáticos precursores al triptofano, lisina y a la ornitina y como aminoácido aromáticos a la fenilamina y a la tirosina. A la par ya podemos reconocer nuevos intermediarios como el ácido gálico, ácido cinámco y los isoprenoides.

Ahora bien, los grupos de metabolitos secundarios que ahora se presentan de manera mas detallada pueden ser reordenados segun la clasificación anterior de la siguiente manera:
Este listado difiere mucho de ser completo. Pero no hay apuro, intentare publicar el mayor numero de grupos que me sea posible y sin mas preámbulo comencemos con la química!

viernes, 21 de noviembre de 2008

Metabolismo primario

Revisemos de manera muy ligera algunos conceptos útiles referentes al metabolismo primario.
En primera instancia hay que tener claro, que el metabolismo primario es el pilar central de la existencia del ser vivo y que no presenta gran variabilidad en la naturaleza, es prácticamente el mismo en todos los seres vivos.

En primer lugar, la molécula que sirve como transportador universal de energía para cualquier proceso es la ATP (adenosín trifosfato). Sin embargo, su producción no esta acoplada directamente con las reacciones metabólicas, ya que en realidad es producido por la oxidación de NADH (nicotiamida adenina dinucleótido), NADPH (nicotiamida-Adenina dinucleótido) y FADH2 (flavin adenina dinucleótido), coenzimas importantes en las reacciones ox-red que veremos en las futuras entradas; debido a que su principal función es el transporte de electrones.

El anabolismo y el catabolismo se hallan relacionadas por una compleja red de reacciones coordinadas. Como se muestra en el siguiente esquema:














Tanto el catabolismo como el anabolismo pueden ser divididos en tres etapas.

En el caso del catabolismo:
En la primera del catabolismo se da la degradación de macromoleculas proteínas, grasas y polisacáridos en sus respectivas unidades básicas, en el caso de proteínas a aminoácidos, las grasas en glicerol y ácidos grasos y finalmente los polisacaridos en monosacáridos. En la segunda etapa los aminoácidos, ácidos grasos y monosacáridos son oxidados a un metabolito común, acetil-CoA (Acetil Coenzima A). En esta etapa se genera algo de energía capturada en forma de ATP y NADH.
En la ultima etapa , la acetil-CoA es oxidada completamente a dióxido de carbono dentro del ciclo del ácido cítrico, dando como producto los cofactores reducidos reactivos NADH y FADH2, que eventualmente cederán electrones. Los electrones son transportados a la cadena de respiración (fosforilación oxidativa), proporcionando la energía necesaria para a síntesis de ATP a partir de ADP y Pi (fósforo inorgánico).

En el caso del anabolismo:
Las etapas son semejantes; pero a diferencia del catabolismo que es convergente (todas las rutas desembocan a un mismo fin), el anabolismo es divergente. La síntesis de monosacáridos y polisacáridos puede iniciar con dióxido de carbono, oxoloacetato, piruvato o lactato. Los aminoácidos que formaran las proteínas se formaran a partir de Acetil-CoA y por aminación de piruvato y alfa-ceto ácidos del ciclo del ácido cítrico. Así también, las grasas (trigliceroles) se forman a partir de los ácidos grasos, productos de policondensación de Acetil-CoA. Un proceso de especial interés, en caso de las plantas es la fotosíntesis (Ciclo de Calvin), en la cual se biosintetizan los monosacáridos básicos (pentosas y hexosas).
En general, la energía necesaria para estos procesos de síntesis, es empleada en forma de ATP y NAPDH.

Ambos procesos se muestran en el esquema; pero es importante recordar que el anabolismo no es idéntico pero inverso al catabolismo, sino semejante. En esquema, las direcciones de las flechas hacen notar estas diferencias.

Y como se relaciona esto con la biosíntesis de metabolitos secundarios? En primer lugar se genera la energía necesaria para toda reacción química anabólica (ATP), se generan coenzimas fundamentales en la reacciones de oxidación y reducción (NADH y NADPH, y sus pares oxidados). Y finalmente se generan los precursores de todos los metabolitos secundarios, como la acetil-CoA, Eritrosa-4-fosfato, Gliceraldehido-3-fosfato, fosfoenolpiruvato y piruvato (entre los mas importantes). Estos se muestran en el esquema en cuadros de color verde en el esquema y son los pilares del metabolismo secundario.

Metabolitos Secundarios

Ahora si entramos al tema!. Es fundamental haber revisado la entrada de Metabolitos Primarios previamente para contrastar sus diferencias.
Ahora pasemos a ver las características que presentan este tipo de compuestos:
  • Son productos del metabolismo secundario.
  • El área que las estudia es la Química de Productos Naturales, que bien puede ser subdividida en diferentes ramas dependiendo del tipo ser vivo que estudie. Por ejemplo si se trata de plantas puede denominarse fitoquímica, en caso de animales zooquímica, etc.
  • Los metabolitos secundarios NO participan directamente en crecimiento y desarrollo del organismo.
  • Sus funciones y beneficios para el ser vivo suelen ser desconocidas, sin embargo principalmente desempeñan funciones ecológicas. En plantas, contra herbívoros, contra agentes patógenos, atrayente de polinizadores o para competencia contra otras plantas.
  • Son de distribución limitada, se encuentran en grupos de organismos u organismos específicos.
  • Suelen ser moléculas pequeñas ( <1500uma)
  • También se suelen denominar como producto secundario o producto natural.
Ejemplo, la penicilina, para ver mas informacion has click aquí.

Metabolitos Primarios

Pese a que no son nuestro centro de estudio, es importante tener en claro la diferencia de estos con los metabolitos secundarios.
Sus principales características son:
  • Son productos del metabolismo primario.
  • El área que las estudia es la Bioquímica.
  • Los metabolitos primarios tienen una función directa en el crecimiento y desarrollo, de los seres vivos.
  • En las plantas participan directamente en los procesos de fotosíntesis, respiración, transporte de solutos, translocación, síntesis de proteínas, asimilación de nutrientes, diferenciación o formación de carbohidratos, proteínas y lípidos.
  • El metabolismo primario es fundamentalmente único en todos los seres vivos y sus metabolitos se hallan ampliamente difundidos.
  • Suelen tener (pero no es general) pesos moleculares elevados.
Ejemplo: Enzima RuBisCO, para mas informacion hacer click aquí.

Definiciones y conceptos

Inicialmente es conveniente revisar algunas definiciones y conceptos, los cuales son los siguientes:

Metabolismo: estudio de las reacciones bioquímicas que se llevan a cabo en un organismo, incluidas su coordinación, regulación y necesidades energética.

Metabolito: compuesto formado como intermediario durante las reacciones en las rutas metabólicas.

Anabolismo: Ruta de síntesis del metabolismo, la cual se distingue porque lleva a la construcción de grandes biomoleculas a partir de precursores mas simples, habitualmente requiere energía.

Catabolismo: Ruta de degradación del metabolismo, donde las moléculas complejas son oxidadas a moléculas mas simples. Habitualmente se libera energía.

Biosíntesis: En general cuando se habla de síntesis se refiere a la produciendo de compuestos químicos, sin embargo la biosíntesis a diferencia de la síntesis química no es un proceso artificial, sino que ocurre dentro de un organismo vivo.

Ahora bien para que resultan útiles estas definiciones? Simplemente para tener en cuanta que toda molécula obtenida en un proceso biosintetico, es producto del metabolismo de un ser vivo y por ello se denominan metabolitos. Estos a su vez pueden formarse por la degradación de compuestos mas grandes (catabolismo) o por la unión de otros mas pequeños (anabolismo)