Antioxidantes en la salud, en laenfermedad y en la alimentación

Antioxidantes Naturales.

Tipos y distribuciónModulo I. Estrés oxidativo y antioxidantes

FEM. Molina de Segura. Curso 2011-2012

Dr. Julián Castillo Sánchez (24/01/2012)

Historia RL paralela a la del descubrimiento del oxígeno y elmetabolismo energético de los seres vivos

Paradoja: vida y degeneración (oxígeno)

Rebeca Gerschman (1962): teoría general de los potencialesefectos tóxicos del oxígeno + teoría general delenvejecimiento: “oxidaciones incontroladas debidas a un “escape” suave

pero continuo en el sistema protector podrían ser unfactor importante en el proceso de envejecimiento ytambién un factor importante y contributivo en laesperanza de vida”.

Harman, Slater, Packer, etc.., han ampliado el conocimientode la importancia de los RL en el campo de la medicina ysalud

[ROS] y [RNS]EN ESTADO

ESTACIONARIO

LAS DEFENSAS

ANTIOXIDANTES

ESTRES OXIDATIVO

DESEQUILIBRIO ENTRE LOS AGENTES OXIDANTES Y LAS DEFENSAS ANTIOXIDANTES

Controlados por losmecanismos defensivos

de las células

Salud y envejecimientofisiológico

Patologías y envejecimientoacelerado

DesequilibrioPero…..

Muerte celular

Radicales libres

¿qué hacemos cuando se rompe el equilibrio fisiológico?

Antioxidantes

[ROS] y [RNS]EN ESTADO

ESTACIONARIOLAS DEFENSAS

ANTIOXIDANTES

“La salud de todo el cuerpo se fraguaen la oficina del estómago”

Miguel de Cervantes Saavedra, en

El ingenioso hidalgo don Quijote de la Mancha

¿Donde obtenemos los antioxidantes?

CarotenoidesTocoferolesCompuestos SÁcidos fenólicosDiterpenosFlavonoides

Principales fuentes

vegetales empleadas en

su producción.

Biosíntesis.

Distribución. Evolución y

posible modulación.

Rutas metabólicas en la planta

Antioxidantes en la naturaleza:familias más importantes

Los carotenoides son pigmentos liposolubles que estánampliamente distribuidos en la naturaleza. El organismo humanolos utiliza en diversas funciones fisiológicas, pero no los sintetiza,sino que los obtiene a través de la alimentación.

¿Qué es un carotenoide?

¿como es un carotenoide?

CAROTENOIDES

CAROTENOIDES

CAROTENO CAROTENOγ CAROTENO

LUTEÍNAZEAXANTINACANTAXANTINA

CAROTENOS

PROVITAMÍNICOS

NO PROVITAMÍNICOS LICOPENOFITOENOFITOFLUENO

XANTOFILAS

PROVITAMÍNICOS: CRIPTOXANTINA

NO PROVITAMÍNICOS

Pigmentos liposolubles ampliamente distribuidos en la naturaleza. Elorganismo humano los utiliza en diversas funciones fisiológicas, nolos sintetiza, los obtiene a través de la alimentación.

Entre los carotenoides comunes se encuentran el α-caroteno, ß-caroteno, γ-caroteno, y criptoxantina, a lasque se les denomina provitaminas A y sonresponsables del color amarillo-anaranjado de algunasfrutas y verduras.

El ß-caroteno es el más importante como provitaminaA. Su transformación a vitamina A se produce en lapared intestinal, se absorbe pasando a almacenarseen el hígado, desde donde se va eliminando porhidrólisis hacia el torrente circulatorio.

Existen otros carotenoides sin actividad provitamínicaA, pero de gran importancia, como son: luteína(espinaca), zeaxantina (maíz), licopeno (tomate).

Carotenoides más característicos

Fuentes de carotenoides

Ruta de biosíntesis de carotenoides

Tocoferoles-Vitamina E

• Es conocido que los aceites como el girasol, soja, colza y maíz constituyen valiosasfrentes naturales de tocoferoles y esteroles.

El primer grupo se deriva del tocol y posee una cadena lateral isoprenoide saturadacon 16 átomos de carbono.

A este grupo pertenecen el alfa-beta- gamma-, y delta-tocoferoesl, diferenciándoselos compuestos en el grado de metilación sobre el anillo bencénico del tocol.

El alfa-tocoferol es la sustancia con el efecto biológico de vitamina E más potente ytiene el máximo significado industrial y económico.

Es el tocoferol dominante en los tejidos de los seres humanos y de los animales.

R1 R2 R3

-tocoferol CH3 CH3 CH3

-tocoferol H H CH3

-tocoferol CH3 CH3 H

-tocoferol CH3 H H

O

R1

HO

R3

R2

Tocoferoles

Tocotrienoles

“Otros” Tocoferoles TOCOENOLES

Los tocoenoles de origen natural presentan, también, un efectode vitamina E y se aíslan junto con los homólogos saturados detocoferol a partir de sus fuentes naturales cuando se efectúa laobtención de la vitamina E, abarcando la designación "tocoferol“en esta solicitud también estos homólogos del tocoferol, es decirlas substancias con efecto de vitamina E.

ESTEROLES Los esteroles son alcoholes esteroidales secundarios

monovalentes con una cantidad de átomos de carbono queoscilan entre 27 y 30, que presentan la estructura básica delgonano, y el átomo de carbono 3 del gonano porta el grupohidróxilo.

Alliina

El azufre “S”

alliina

alliinasa

Complejoenzima-sustrato

allicinaÁc. 2-propeno-sulfénico

dimerización

Formación de otrosCompuestos di-sulfuro

alliina

Sulforafanos e isotiocianatos

Ácidos orgánicosfenólicos y polifenólicos

“fenilpropanóicos” simples

“la estructura madre”

ácido caféico ácido ferúlico

OH

OH

COOH

CH=HC O

O

OH

HO C

O

HO

CHLOROGENIC ACID

CH=HCHO C

O

HOO

C CH=HCO

O

COOH

COOH

H

H

OH

OH

CICHORIC ACID

alcachofa

equinácea

Ácido clorogénico

Ácido chicórico

café

Romero Salvia Tomillo Orégano

HO

OH

OH

OHO

HOOC

O

Rosmarinic acidÁcido rosmarínico

Curiosa y significativa distribucióndurante el desarrollo de las plantas

Mes del año

concentración

DITERPENOS

A partir de muy diversas especies vegetales podemosobtener una enorme variedad de compuestos terpénicosde distinta naturaleza. Algunos ya los conocemos.Ejemplos de estos son:

• Monoterpenos• Sesquiterpenos

• Diterpenos• Triterpenos• Tetraterpenos (Carotenoides)• Politerpenos

TERPENOS

isoprenos

Monoterpenosirregulares

sesquiterpenos

sesquiterpenos

Diterpenos

Hemiterpenos

Monoterpenos

Triterpenos

Fitosteroles

Carotenoides

Esteroides

Poliprenoles

Romero

DITERPENOS

O

CH

CH3

CH3

HO

OH

H3C CH3

CO

Carnosolcarnosol

Carnosic acid

HOOC

CH3H3C

OH

HO

CH3

CH3

CH

Ácido carnósico

¿tal vez el mejorantioxidante lipidico?

¡¡La misma curiosadistribución que los

ácidospolifenólicos!!

concentración

Edad de la plantaen un ciclo anual

diterpenos

FLAVONOIDES Son difenilpropanos.

Tienen esqueleto de 15 C

Se forman a partir demalonils-CoA (3 unidadesde acetato) y 1 unidad defenilpropano C6-C3

ESTRUCTURA BASICADE LOS FLAVONOIDES

Fuentes de flavonoides en la naturaleza

No se ha descrito su presencia en microorganismos.

Tampoco en bacterias

Ni siquiera en hongos y líquenes, en los que si sedescriben fenoles más simples.

Ciertas referencias en algunas algas

Abundantes referencias en helechos y especies afines

Plantas superiores (marcadores taxonómicos)

1960: productos finales metabólicamente inactivos yalmacenados como materias superfluas en diversostejidos de la planta.

1980: los flavonoides son fundamentales en elcrecimiento y desarrollo de la planta a nivel subcelular.

MetabolismoFenilpropanoico

fenilalanina

Ácido cinámico

Fenilalaninaamonio liasa (PAL)

Ácido p-cumárico

p-cumároil-CoA

3 moléculas de malonil CoA

Chalcona sintasa (CHS)

Ácidos benzóicos

Ácidos caféicos

Cumarinas

Precursores de ligninas

Construcción delEsqueleto Flavonoide

Chalcona sintasa (CHS)

Biosíntesis de Flavonoides

De la rutadel “malonato”

De la rutadel “sikímico” vía

fenilalanina

El puente de tresátomos de carbono

Esqueleto flavonoide básico

Ruta general debiosíntesis deflavonoides

¡¡un buen número de familias!!

Rutina y Quercetina: Saphora Japonica

Dimorphandra

“La cebolla”

Ginkgo Biloba: flavonoles y ginkgolides

Existen muchas y complejas discusiones y controversias sobresu eficacia y mecanismo de funcionamiento.

Algunos estudios “parecen” mostrar resultados similares alDonepezil (Aricept).

Combinaría efectos diversos: antioxidantes, antiapoptóticos yantiamiloidógenos.

Isoflavonas

Encontradas mayoritariamente enLegumbres(Fabaceae)

Alelopatía – Función de defensa frente aherbívoros y patógenos

isoflavonas

Polifenoles de la uva

extractos

OHO

OH O

OH

OH

OH

ProcianidinasFlavonoles

Flavan-3-olsAntocianinas

EstilbenosÁcidos fenólicos

Flavonoids

Flavan-3-ols

OHO

OH

OHOH

R1

R2

(-)-epicatechin R1 = OH; R2 = H(+)-catechin R1 = H; R2 = OH

Procyanidin B1= epicatechin- (4 8)-catechinProcyanidin B2= epicatechin- (4 8)-epicatechin

O

R1OH

HO

OH

OH

R2

O

R1OH

HO

OH

OH

R2

Procyanidin(4->8)-Dimers

Procyanidin(4 8)-Dimers

Catequinas del cacao

Catequinas del té

“mamá” epicatequina

uva

té

cacao

Antocianinas

Principales pigmentos: floresy frutos

Rango de color del Rojo aPurpura y azul.

Importantes en la atracción deinsectos polinizadores

Normalmente como glicosidosen las plantas

Flavan-3-ol

Silimarinas: cardo mariano

Polifenoles de la granada

Principales compuestos:

Punicalaginas Ácido elágico

Curcuminas Pretende reunir los conceptos de antioxidante y

antiinflamatorio. Se basa sobre todo en estudios epidemiológicos realizados

en India, donde la prevalencia del AD es 5 veces inferior queen USA.?????

Parece mostrar eficacia en la reducción de la acumulación deβ-Amiloide (IC50 en torno a 1 μM) (2004, 2005).

Tiene ciertos problemas de biodisponibilidad. Hay varios estudios epidemiológicos en curso.

ResveratrolEl nuevo y popular estilbeno

Los cítricos

Interviniendo en la fotosíntesisy como protectores UV

Protegen a las hormonas de laplanta durante el desarrollo

O

OOH

OH

RhGlO

Flavanona Flavona Flavonol

Biosíntesis: órganos

La fábrica

Transporte de flavonoides

Las vías de comunicación

Un injerto:una pequeña trampa

para averiguaralgo importante

Biosíntesis:brotes y flores Días de edad de los

Brotes florales

Cantidad de flavonoides

Biosíntesis:

frutos

Distribución deflavonoides

Variación de la concentración deflavonoides con la edad y el

diámetro del fruto

Variación de la cantidad totalde flavonoides con el

diámetro del fruto

Maquinaria biosintética:actividad enzimática

Evolución de la actividad enzimáticacon la edad de la planta

Propuesta de rutabiosintética

Olea Europaea

Nuestro olivo:Un caso muy especial

oleuropeina

hidroxitirosolflavonoides

Ácidos fenólicos

Otros iridoides

Extractos de hoja:Fenoles complejos

Extractos de Frutos curados:fenoles simples

Extracto de hoja vs extracto de fruto

Hoja: iridoidesy flavonoides

Fruto: hidroxitirosol

¡¡cuan diferentespueden llegar a ser!!

Metabolismo:modificación

estructural delesqueleto polifenólico:

“curado de laaceituna”

y/ó “modificación trasingesta”

oleuropeina

Estructura de-glicosilada

Rotura del esqueleto

hidroxitirosol

Los actuales reyes del mercado

Pretendientes y futuros

Metabolismo secundario

Las plantas son organismos autótrofos que utilizan luz solar paraproducir sus componentes indispensables.

Al igual que todos los demás organismos poseen metabolismo primario.

Sin embargo, las plantas poseen además un metabolismo secundario queles permite producir y acumular grandes cantidades de compuestos denaturaleza química variable

Algunas de estas sustancias juegan un papel importante en algunosaspectos relacionados con el desarrollo de la planta: protección frente alataque de patógenos, atrayentes de polinizadores, etc….

Sin embargo, todavía se conoce poco de las máximas potencialidades ybeneficios que su utilización parece proporcionar a las plantas y…………..a los humanos.

• Rutas metabólicas en la planta.

• Modulación de la Biosíntesis.

Metabolismosprimario ysecundario

Fotosíntesis

CarbohidratosAminoácidos

Ácidos grasosBio-polímerosProductos del

metabolismo primario

Sustratos respiratorios

CO2

Sustratos para laSíntesis de

productos secundarios

biosíntesis

Productos secundarios:Equilibrio entre compuestos

metabólicamente activosy no activos

Equilibrio regulado por factoresEndógenos y exógenos

Catabolitos deProductos secundarios catabolismo

Polímeros,Ligninas,…

RelacionesMetabólicasgenerales

Modulación-Regulaciónde la biosíntesis

Fotocontrol. Regulada por tres fotoreceptores

(sistema citocromo, receptor UV-A y UV-B)

Incremento de la velocidad de transcripción delos genes que codifican la síntesis de PAL y CHS.

Estrés. Organismos microbianos

Metales pesados

Variaciones de pH

Herbicidas y otros fitoquímicos.

Hídrico

¡¡Estamos enpleno debate!!

InvestigaciónResponsabilidad

¿La historia se mantiene?

En muchas civilizaciones, envejecimiento ymuerte se han asociado a lo sobrenatural, poreso los papeles de médico, mago y sacerdoteestaban muy próximos

La creencia en la inmortalidad o en la eternajuventud se repite a lo largo de los tiempos

Este hecho hace que en muchas sociedades seincremente la preocupación por la salud, elbienestar, la higiene y las medicinas(obviamente no suficiente)

El hombre ha buscado:

Retardar el envejecimiento El rejuvenecimiento La inmortalidad

Los esfuerzos para alcanzar estos objetivosson diferentes en las diversas civilizaciones: búsqueda de alguna sustancia milagrosa lograr el perfecto equilibrio entre cuerpo y

espíritu

¿El futuro “milagro” del Dr. Skulachev?

Vladimir P. Skulachev, Head of Department,Academician of Russian Academy of Sciences, Sc.D., Professor

plastoquinona

Plastoquinolildeciltrifenilfosfonio (skQ1)

ANTIOXIDANTES

¡¡ MUCHAS GRACIAS !!

¡¡pero, hagamos las cosas con responsabilidad!!sin “humos”, ni pócimas milagrosas, ni píldoras de la eterna juventud