BRASINOESTEROIDES NATURALES Y ANLOGOS SINTTICOS.*Martn Andrs Iglesias Arteaga, Roxana Prez Gil, Francisco Coll Manchado.Laboratorio de Productos Naturales. Facultad de Qumica.Universidad de la Habana. C. Habana 10 400 CUBA.Resumen.Se presentan de forma resumida los principales aspectos relacionados con la estructura, sntesis y actividad biolgica de los brasinoesteroides naturales, adems de ofrecerse una compilacin de los anlogos sintticos de brasinoesteroides reportados hasta la fecha y la actividad biolgica que han mostrado.Abstract.The main aspects on the structure, synthesis and biological activity of naturally occurring brassinosteroids are briefly presented. A compilation of the structure and biological activity of synthetic brassinosteroids analogs reported to date is offered.SUMARIO.1. Introduccin.2. Brasinoesteroides naturales, distribucin en la naturaleza. Bioensayos y tcnicas microanaltcas para la determinacin de su presencia y actividad.3. Caractersticas estructurales de los brasinoesteroides. Relacin estructura-actividad.4. Sntesis de brasinoesteroides.5. Anlogos sintticos de brasinoesteroides. Estructura y actividad biolgica.5.1. Anlogos con modificaciones en el ncleo esteroidal.5.2. Anlogos con modificaciones en la cadena lateral.5.3. Anlogos con ncleo de androstano, pregnano, bisnorcolano y colestano.5.4. Anlogos portadores de agrupaciones de tipo ter en la posicin C22.5.4.1. Compuestos de tipo 22-alquil ter.5.4.2. Anlogos espirostnicos de brasinoesteroides.5.5. Solanidanos, 22,26-epiminocolestanos y espirosolanos anlogos de brasinoesteroides.6. Consideraciones generales.Bibliografa.1. Introduccin.En la actualidad la temtica de los brasinoesteroides concentra la atencin y esfuerzos de numerosos cientficos empeados en el aislamiento, identificacin, estudio de la actividad biolgica y obtencin por va sinttica de nuevos integrantes de esta familia. Los brasinoesteroides son compuestos de estructura esteroidal que se caracterizan por producir la estimulacin del crecimiento vegetal, el aumento de los rendimientos y la produccin de biomasa en diferentes cultivos y el aceleramiento de la maduracin de la cosecha, adems de aumentar la resistencia de las plantas a plagas y a diferentes factores de"stress"como alta salinidad, sequa, bajas y altas temperaturas y agentes qumicos agresivos como plaguicidas y herbicidas. Estos compuestos, que han sido encontrados en todos los rganos de un gran nmero de representantes de diferentes familias del reino vegetal marino y terrestre, ejercen sus efectos al ser aplicados en concentraciones que oscilan entre10-2y10-4g/ml.Estudios encaminados al esclarecimiento del mecanismo de accin de estos compuestos han llevado a la sntesis de anlogos estructurales no presentes en la naturaleza, que han producido efectos cualitativamente similares a los de los compuestos naturales. Estosanlogos de brasinoesteroideshan concentrado la atencin de varios grupos de investigacin que han abordado la obtencin y el estudio de las propiedades como estimuladores del crecimiento vegetal de una amplia gama de ellos, que en general se caracterizan por reproducir slo determinadas agrupaciones estructurales presentes en los brasinoesteroides naturales; agrupaciones que producto de los estudios realizados se conoce que tienen una marcada incidencia en la actividad biolgica.Varios resmenes, en lengua inglesa, han tratado los elementos relacionados con el aislamiento, la sntesis y la actividad biolgica de los brasinoesteroides naturales. A pesar de los numerosos reportes sobre la sntesis y estudio de la actividad de anlogos de brasinoesteroides, los resmenes publicados slo recogen parcialmente los resultados obtenidos en esta lnea. El presente trabajo pretende resumir aspectos generales acerca de los brasinoesteroides naturales y ofrecer una visin lo ms abarcadora posible del trabajo realizado en el estudio de la actividad biolgica de diferentes anlogos de brasinoesteroides.2. Brasinoesteroides naturales, distribucin en la naturaleza. Bioensayos y tcnicas microanaltcas para la determinacin de su presencia y actividad.En 1968 Marumo y colaboradores1reportaron el aislamiento a partir de un extracto metanlico de una planta conocida en Japn como"isunoki"(Distylium racemosum), de tres fracciones que presentaban una inusual actividad promotora del crecimiento vegetal en el bioensayo de laInclinacin de la Lmina de Arroz(ILA)y que denominaronFactores A1, A2 y B. Posteriormente en 1970, Mitchell y colaboradores2reportaron que un extracto lipoidal obtenido del polen del nabo (Brassica napus) mostraba una sorprendente actividad estimuladora del crecimiento vegetal en el bioensayo delSegundo Internodo del Frijol(SIF). Estudios espectroscpicos y de difraccin de rayos-X revelaron la estructura del compuesto responsable de este efecto como la (22R, 23R, 24S)-2,3,22,23-tetrahidroxi-24-metil-B-homo-7-oxa-5-colestan-6-ona3. Esta sustancia, a la que se denominbrasinlida (1)se distingue de otros compuestos esteroidales por poseer una estructura caracterizada por la presencia de una agrupacin diolen las posiciones dos y tres del anilloA, un anilloBde tipo7-oxa-lactonay una cadena lateral portadora de cuatro centros quirales contiguos(20S, 22R, 23R, 24S)con grupos metilos en las posicionesC-20yC-24y grupos hidroxilos en las posicionesC-22yC-23.Tras la identificacin de labrasinlida (1), han sido aislados y caracterizados decenas de compuestos con caractersticas estructurales semejantes(Figura 1)que han mostrado diferentes grados de actividad estimuladora de la elongacin y divisin celular. Estos compuestos, adems de labrasinlida (1),que es el representante ms activo, conforman la familia de los brasinoesteroides que en general son considerados por muchos especialistas como la sexta clase de hormona vegetal4,5. Se reporta que su aplicacin a diferentes cultivos produce aumentos de los rendimientos que son considerados econmicamente interesantes6.Estudios realizados en el campo de la entomologa indican que varios integrantes de esta familia presentan actividad antiecdisteroide y neurodepresora en diferentes insectos7,8,9.Existe una serie de bioensayos como los delEnraizamiento del Tomate(ET),Primer internodo del Frijol(PIF),Peso de los Cotiledones del Rbano(PCR)yLongitud del Hipocotilo del Rbano(LHR)que han sido aplicados en la evaluacin de la actividad biolgica de los brasinoesteroides naturales. Debido a la cantidad extremadamente pequea en que estos compuestos estn presentes en las plantas, han sido desarrollados procedimientos microanalticos basados en la combinacin de tcnicas de separacin [Cromatografa Gaseosa(CG)yCromatografa Lquida de Alta Resolucin(HPLC)],tcnicas de determinacin estructural [Espectrometra de Masas con monitoreo selectivo de iones(EM-MSI)] y bioensayos de alta sensibilidad. [Inclinacin de la Lmina de Arroz(ILA),Segundo Internodo del Frijol(SIF)y elDesenrrollamiento de la Hoja del Trigo(DHT)]10. En general cuando se obtiene una fraccin de alta pureza que responde positivamente a alguno de los bioensayos ya mencionados, la misma se somete a anlisis haciendo uso deCGen combinacin conEM-MSIque conduce a la identificacin del compuesto presente si se trata de una sustancia previamente conocida11. La identificacin de compuestos desconocidos requiere por lo general la combinacin de varias tcnicas de determinacin estructural12.

FIGURA 1. Algunos brasinoesteroides naturales.Estudios realizados en diferentes plantas han demostrado que las semillas no maduras son una fuente rica en estas hormonas vegetales. Yokota y colaboradores analizaron semillas no maduras de frijol caballero(Dolichos lablab)y como resultado aislaronbrasinlida (1), doliclida (2), homodoliclida (3), castasterona (6), dolicosterona (9), homodolicosterona (10), 6-desoxocastasterona (15) y 6-desoxodolicosterona (16)13-16.Han sido exhaustivamente examinadas semillas no maduras defrijol comn(Phaseolus vulgaris)y se ha encontrado que contienenbrasinlida (1), doliclida (2), castasterona (6), 2-epicastasterona (7), 3-epicastasterona (8), dolicosterona (9), 3,24-diepicastasterona (12), 24-epicastasterona (13), 6-desoxocastasterona (15), 6-desoxodolicosterona (16), 6-desoxohomodolicosterona (17), 25-metildolicosterona (18), 2-epi-25-metildolicosterona (20), 2,3-diepi-25-metildolicosterona (21), 23-O--glucopiranosil-25-metildolicosterona (19), tifasterol (22) y teasterona (23)17.Recientemente ha sido reportada la presencia debrasinlida (1)ycastasterona (6)en el polen de la naranja(Citrus sinensis)18, girasol (Helianthus annus)19,pino(Pinus silvestris)20y en semillas de rbano (Raphanus sativus)21. El intenso trabajo realizado ha aportado hasta la fecha ms de sesenta brasinoesteroides, de los cuales veintinueve libres y dos conjugados han sido aislados en estado puro22. Se han detectado tambin brasinoesteroides en los tejidos vegetativos de las plantas (races, tallos)17,22, pero su contenido no es comparable al encontrado en los tejidos reproductivos como el polen y las semillas no maduras.3. Caractersticas estructurales de los brasinoesteroides. Relacin estructura-actividad.Todos los brasinoesteroides naturales hasta ahora conocidos son derivados polihidroxilados del5-colestanoy pueden presentar desde veintisiete hasta veintinueve tomos de carbono. Las agrupaciones funcionales que se suponen sean las responsables de la actividad biolgica de estos compuestos, estn concentradas en tres fragmentos fundamentales del esqueleto colestnico; estos son los anillosAyBy la cadena lateral.Los brasinoesteroides pueden ser clasificados6en compuestos deC27[sin sustituyentes en C-24] (4 y 11),C28[24-metil](1, 2, 5-9, 12, 13, 15, 16, 22 y 23)yC29[24-etil](3, 10, 14 y 17),atendiendo a la naturaleza del sustituyente alqulico presente en la posicinC-24de la cadena lateral que presenta salvo contadas excepciones(5, 12 y 13),configuracinS. Algunos compuestos naturales presentan agrupaciones24-exometiliden (2, 9 y 16) y 24-exoetiliden (3, 10 y 17).Tambin han sido aislados algunos compuestos deC29que presentan un grupo metilo adicional en la posicinC-25 (18-21).Por otra parte, el sistema diol presente en las posicionesC-22yC-23de la cadena lateral se presenta en todos los brasinoesteroides naturales con una configuracin22R,23Rsin excepcin. Segn muestran estudios realizados, para una buena actividad biolgica es esencial la presencia del sistema diol mencionado, adems de un grupo alqulico sobreC-24con configuracinS.Segn la naturaleza de las funciones oxigenadas presentes en el anilloB, los brasinoesteroides pueden ser clasificados en derivados7-oxalactnicos (1-5), cetnicos (6-14 y 18-23)y6-desoxigenados (15-17), presentando los compuestos lactnicos la mayor actividad, los cetnicos actividad algo ms reducida, mientras que los derivados 6-desoxigenados han mostrado dbiles propiedades como estimuladores del crecimiento vegetal.Han sido aislados brasinoesteroides que presentan las cuatro orientaciones posibles para los grupos hidroxilos en las posicionesC-2yC-3, adems de compuestos que presentan grupos hidroxilos en otras posiciones del anilloA. En general se observa en los compuestos portadores del sistema 2,3 diol el siguiente orden decreciente de actividad biolgica2,3> 2,3> 2,3> 2,3Por otra parte los portadores de una sola funcin hidroxlica en el anilloA, manifiestan propiedades ms dbiles que los portadores del sistema diol. Esto sugiere que la presencia de un grupo hidroxilo2es esencial para una potente actividad biolgica. LaTabla 1muestra la actividad biolgica que presentan algunos de los representantes de esta familia en los bioensayosILA, LHRyET17.TABLA 1. Actividad biolgica (%) mostrada por algunos de los brasinoesteroides naturales.EnsayoBrasinoesteroide natural

1245614

ILA100105105050

ER100100101

ET100101050

4. Sntesis de brasinoesteroides.Hasta la fecha todos los brasinoesteroides naturales conocidos han sido sintetizados utilizando como materias primas, esteroles naturales portadores de las agrupaciones adecuadas para realizar la introduccin de las funciones caractersticas de la familia. En varios trabajos23-27han sido discutidos los esquemas de sntesis seguidos en los que se reconocen dos tareas: la funcionalizacin los de anillosAyBy la construccin de la cadena lateral.En la funcionalizacin de los anillosAyBhan sido utilizados fundamentalmente5-3-hidroxiesteroidesaunque se reporta la utilizacin3-hidroxi-esteroidesportadores de insaturaciones en las posiciones 5 y 728.Generalmente el5-3-hidroxiesteroidees convertido en eli-esteroideo su ter metlico o benclico28,29que produce por oxidacin el3,5ciclo-6-oxoesteroidea partir del cual ha sido realizada la funcionalizacin utilizando diferentes metodologas31,32,33(Figura 2).Han sido utilizados adems compuestos pertenecientes a la serie5portadores de grupos hidroxilos en las posicionesC-3yC-6en la preparacin de3-hidroxi-6-oxoesteroidesy del2-6-oxoesteroide34-36.

1) MsCl o TsCl/pir. b) NaAc/acetona refl. 2) Jones, PCC o PDC. 3) TsOH/NaBr/DMF refl. 4) OsO4/ONMM/THF. 5) Ac2O/pir. b) AMCPB o CF3CO3H. 6) Na2CO3/MeOH. b) HCl 5% refl. 7) HBr/EtAcO refl. 8) LiBr/Li2CO3/DMF refl. 9) AMCPB o CF3CO3H 10) Li2CO3/DMf refl. 11) OsO4/ONMM/acetona 12) CF3SO2SiMe3/Et3N 0C. 13) O3/pir -70C. 14) TsOH/LiBr/DMF refl. 15) NaBH4/MeOH. b) HCl 6M/THF. 16) AgAcO/HAcO 60C. 17) MeOH/KOH. 18) HAcO/H2SO45N refl.19) MeOH/KOH.FIGURA 2. Algunas metodologas utilizadas en la funcionalizacin de los anillos A y B.Incuestionablemente, la tarea ms compleja consiste en la reproduccin de la cadena lateral generalmente portadora de cuatro centros quirales contiguos. Dada la complejidad estructural, han sido reportadas numerosas vas(Figura 3)que pueden clasificarse atendiendo a la forma en que se realiza la introduccin del sistema22,23 diol.a. Osmilacin o epoxidacin de dobles enlaces 22-2337-39.b. Epoxidacin de dobles enlaces 23-24 y apertura del epxido40,41.c. Reaccin de organometlicos con un aldehdo en C-23-oxigenado42.d. Reaccin de un organometlico-oxigenado con un aldehdo en C-2243-45.

FIGURA 3. Construccin de la cadena lateral de los brasinoesteroides.Ha sido reportada adems, la construccin de la cadena lateral a partir de22R-hidroxi-23-carboxilatos46,20-cetoesteroides47y cidos biliares48-51.Un denominador comn en los esquemas reportados es el gran nmero de pasos necesarios para la obtencin del objetivo final, as como el bajo rendimiento que en general se alcanza.5. Anlogos sintticos de brasinoesteroides. Estructura y actividad biolgica.5.1. Anlogos con modificaciones en el ncleo esteroidal.Son de particular inters los resultados obtenidos por un grupo de trabajo radicado en elDepartamento de Agroqumica de la Universidad de Tokoque reporta la obtencin de una serie de anlogos portadores de modificaciones en el anillo B52cuyas estructuras y actividad biolgica se muestran en laFigura 4.La introduccin de las agrupaciones funcionaleslactama (24, 25, 26, 30), tioster (27, 28), ter (29), tiolactama (31)y6-oxa-7-oxo (32)en el anillo B ocasiona una marcada disminucin de la actividad biolgica. Los resultados obtenidos corroboran los criterios existentes acerca de la necesidad de la presencia de funciones oxigenadas de determinada naturaleza en el anillo B del ncleo esteroidal.

EnsayoAnlogo

242526272829303132

ILA0.11