Descriocin anatmica delcaracol Purpura panza,empleadoPor los tejedores mixtecos

Source:

Natural & Synthetic

Organic & Inorganic

Vegetal, Animal, Microbial

1856. Discovery of mauve by Perkin (purpure of Tyre)

1906. review of 80 commercial products (30 never tested before, 26 with mixed results. Only 7 were approved.

Impact of Biotechnology on the current colorant IndustryMicrobial processes

Monascus purpureus (polyketide pigments)Phaffia rhodozyma (Astaxanthin)Spirulina maxima (Phycyanin)Dunallella salina (b-carotene)

Extraction from seeds and flowers

Marigold flowers (lutein)Crocus sativus (saffron; a crocin)Bixa orellana (achiote)

Extraction from waste products

crawfish, red crab, shrimp (Astaxanthin)

Enzymatic process

resolution of zeaxanthin

Tissue culture

Lithospermum eryhrorhizon (shikonin)

Genetic Engineering

Escherichia coli (indigo)

CAROTENOIDESUno de los grupos de pigmentos naturales mas distribuidos y diversos en la naturaleza. >600 estructuras conocidas.

Algunas especies los sintetizan de novo mientras que otras, particularmente animales, solo capaces de absorberlos y metabolizarlos.

Sntesis en la naturaleza de unos 100 millones de toneladas anuales Carotenos: C40 cadenas hidrocarbonadas (generalmente anaranjados a rojizos)Xantophylls: Sus derivados oxigenados (generalmente amarillos)

De los conocidos, un 10% tiene valor como vitamina A . Adems del beta-caroteno, los ms importantes entre ellos son el alfa-caroteno y la b eta-criptoxantina. La condicin fundamental para que tengan actividad vitamnica es que tengan cerrado y sin oxidar al menos uno de los anillos de los extremos de la estructura.

Licopeno, zeaxantina y lutena no tienen valor como vitamina A, aunque son muy importantes como pigmentos, y pueden tener tambin actividad como antioxidantes.

Annato (Bixa orellana L)

Bixin (Apocarotenoide) Achiote (Mexico), Urucum (Brasil). tambin: roucou, onato, bija, orlean,

Extraccin tradicional en proceso acuoso a alta temperatura

Bixin es soluble en grasa pero no en agua; tratada con alcali,Se hidroliza el ester metlico para producir: norbixin, (dicarboxilic) que es soluble en agua.

Method of removing pigment from annatto seed United States Patent 4204043

EXAMPLE Bixa seeds (36 seeds, approximately 2.5 g), harvested one day earlier near San Isidro, Costa Rica,

Placed in a 250 ml flask with 60 ml of water and 0.1 g of Spark-L (a pectinase produced by Miles Laboratories, Elkhart, Ind., containing polygalacturonase and pectinesterase).

The flask was stirred occasionally over a period of 18 hours at ambient temperature (22-25 C.).

The contents of the flask had a good odor with no indication of fermentation having occurred. The aqueous dispersion of the annatto was decanted from the seeds.

As a control, the procedure described above was repeated without addition of enzyme.

Removal of Pigment Treatment From Seed (%) :Water & pectinase 70% Water (control) 10%

astaxanthin capsanthin-carotene luteinb-Caroteno:sinttico: $750 US/Kgnatural:$1800 US/Kg

Astaxantina (4-5 veces ms eficiente) Astaxanthin is produced by microalgae, yeast, salmon, trout, krill, shrimp, crayfish, crustaceans, and the feathers of some birds. $2000-4000 US/KgSalmn: 35-75 mg/Kg alimento (10-15% costo dieta)

Cantaxantina: $1500 US/Kgzeaxanthin

canthaxanthinCenpazuchil MERCADO DE ALGUNOS CAROTENOIDES

Amounts of astaxanthin found in different organisms[7] Haematococcus pluvialis (0.5-2% dry weight)

Phaffia rhodozyma

Adonis aestivalis (200-350 mg/flower)

Brevibacterium lacticola

Natural Astaxanthin SourcesAstaxanthin Concentration(ppm)Salmonids Plankton Krill Arctic shrimp Phaffia Yeast Haematococcus pluvialis ~ 5 ~ 60 ~ 120 ~ 1200 ~ 8000 ~40,000

INDIGO

The world largest selling textile dye (by vol): 13, 000 ton/year with a value of $200 million dollars.

From Mollusks genus Murex

European woad plant: Isatis tinctoria

Asian: Indigofera tinctoria

1883 Adolf von Baeyer (chemical structure) Nobel prize.

1897 BASF--- chemical synthesis

Genencor recombinant E. coli with 9 genes cloned.

Genencor indigo: more expensive than synthetic product

Cochineal: the best natural pigment (carminic acid)Insects of the families: CoccoidesAphidoides

Porphyropera hameli:(Armenian Re) grows in grasses of Azerbaijan

Kermococcus vermilis:(Kermes: grows in oaks)

Margarodes polonius:(roots of a grass in various trees in India & Malaysia)

Dactylopius coccus:(cacti: Opuntia)

80,000 100,000 insects/Kg of raw dried cochineal (22% of their dry weight)

Todays production only a small fraction of thet in XVI-XIX centuries (eg. Canary islands alone produced 3000 ton in 1875).

Extracted with hot water

Treatment with protease ----- carmines of cochineal.

Strawberry ---- blackcurrent.

According to the World Health Organization, dietary vitamin A deficiency (VAD) causes some 250,000 to 500,000 children to go blind each year. More than half those who lose their sight die within a year. VAD compromises the immune systems of approximately 40 percent of children under five in the developing world, greatly increasing the risk of severe illnesses from common childhood infections. VAD is most severe in Southeast Asia and Africa.

has become a staple food in many African countries. Globally, rice grain is the world's most important source of human food-feeding more than half of the world's population. Rice is a good provider of calories and protein, but rice scientists have long recognized its micronutrient deficiencies. Milled white rice contains essentially no beta-carotene and unmilled brown rice contains a very small amount. Public rice research institutions in the Philippines, Vietnam, India, Bangladesh, China and Indonesia are in various stages of leading efforts to develop locally adapted Golden Rice varieties.*

En el arroz no se expresa laFitoeno sintasa. La primera variedad tena el gene del narciso y la fitoenodesaturasa de la bacteria Erwinia pseudonarcissus.La nueva variedad tiene la sintasa del maz y contiene mas de 30mg de b-caroteno por g de arroz. LOS PARADIGMAS

More than 250 million sub-Saharan Africans rely on the cassava, a starchy tuber native to South and Central America, as their staple food. Cassava supplies 38.6% of the caloric requirements in some parts of Africa, where hunger and nutrient deficiencies grip the populace and more than 40% of global cassava production takes place. Launched in July 2005 with $7.5 million from the Bill and Melinda Gates Foundations Grand Challenges in Global Health Initiative, the programs overarching goal is to develop what essentially amounts to a super-charged cassava plant varietyone with increased levels of iron, zinc, protein, vitamins, and resistance to the cassava mosaic and brown streak viruses plaguing African farmers. lycopene

Cassava -Carotene is a dietary precursor of vitamin A that is synthesized by the methylerythritol phosphate (MEP) pathway in plastids of some plant cells. Conventional cassava roots lack some of the essential enzymes necessary to produce -carotene. The initial step in the pathway is controlled by deoxyxylulose-5-phosphate synthase (DXS), which is added to Cahoons cassava via the gene dxs , originally sourced from a different plant species. Additional steps generate the C5 isopentenyl diphosphate (IPP) that is used as the building block for the synthesis of the C20 geranylgeranyl diphosphate (GGDP). Phytoene synthase (PSY), the product of an introduced gene (psy) from a bacterial source, combines two molecules of GGDP to form phytoene, which is converted to -carotene via lycopene through a series of desaturation, isomerization, and cyclization reactions. The end result is a noticeably more orangey cassava root.

Arabidopsis gene, 1-deoxy-d-xylulose 5-phosphate synthase (dxs), which regulates the isoprenoid pathway, a set of biochemical reactions further upstream from the biosynthetic step in which psy is involved.

Inserting dxs, which increases the amount of chemical precursors to beta-carotene, was like turning up the whole isoprenoid pathway, Cahoon says. He found that inserting both the psy and dxs genes resulted in a cassava even more orange than the roots with only the psy modificationand with 30 times more beta-carotene than normal roots. The BioCassava Plus program has also recently seen significant progress in its goal to introduce biofortified foods into the developing world. Director Richard Sayre says that the programs pro-vitamin A cassava plants have been approved for field trials in Nigeria, the worlds number one consumer of the food. In July, the country planted between 4000 and 8000 m2 with Cahoons two-gene GM cassava, the first GM product Nigeria has field tested. We are quite proud of that, Sayre says. To advance the BioCassava Plus program to the next stage, Sayre says that more donor money will be needed. He says that the program is planning on approaching other donors, but declined to name them.

Capsaicinoids (15%) Carotenoids (0%)Aqueous enzymatic treatmentCapsaicinoids (44%) Carotenoids (2%)30% Ethanol extraction96% Ethanol extraction0

Capsaicinoides

Compuestos causantes de la pungencia en los chiles (Capsicum annuum).

Estimulantes en el tracto digestivo, bloqueadores de la transmisin del dolor y promueven el metabolismo energtico.

Aplicaciones: Condimentos alimenticios, industria del tabaco, repelentes de proteccin personal y en compuestos para la agricultura, pinturas marinas, medicamentos contra el dolor.

CapsaicinaSantamara R., Reyes Duarte M.D., Barzana E., Fernando D., Gama F.M., Mota M. & Lopez- Mungua A., Journal of Agricultural and Food Chemistry, 48, 7, 3063-3067, 2000.

Estructura de los capsaicinoides y su pungencia Anlisis sensorial medido en unidades Scoville

Cuantificacin en ppm por HPLC

Modelo de Jancs-Gabor Generalidades

Conversin de capsaicina en agua utilizando diferentes enzimasResultados

Reaccin de hidrlisis de la capsaicinaReyes- Duarte D., Castillo E. Brzana E. & Lpez-Mungua A. Biotechnology Letters. 22 :1811-1814, 2000.

Sntesis de N-vainilll oleamida :

Efecto de la amina terciariaH3COHONH2 HClN+OH3COHONHN-Vainilll oleamida (olvanil)DIPEALipasa B de Candida antarcticaNHCl+H3COHONH2VainillinaminaAcido oleicoReyes D.D., Castillo E., Martinez R. & Lpez Mungua A. Biotechnology Letters 24, 2057-2061. 2002.

Sntesis enzimtica de capsiato en un solo sistemaLipasa B de Candida antarcticaCapsaicinaCapsiatoVainillinalcoholVainillinamina

Alcohlisis Hidrlisis y sntesis

Efecto de la capsaicina y sus derivados en el canal de calcio T de clulas espermatognicas y la relacin con su pungencia Sensorialmente, la capsaicina es pungente, su hidrolizado no, ni tampoco el capsiato.

Sntesis de Anlogos de la CapsaicinaSntesis de amidas con altos rendimientos (>80%) en 2M2B (solvente polar) independientemente de la estructura del anlogo.

2 anlogos con actividad pungente

Anlogos de capsaicina : inhibidores de canales Ca2+ T-typeSntesis de OlvanilSntesis de Capsiato

inhibidores de canales Ca2+ T-typeEvaluacin farmacolgica(Colaboracin con Alberto Darszon e Ignacio Lpez)

Sntesis quimoenzimaticadel Fenil-acetil-rinvanil

*******************************Los capsaicinoides son los causantes de la pungencia o picante en los chiles y presentan varias propiedades como que son estimulantes en el tracto digetivo, bloquean la transmision del dolor y promueven el metabolismo energetico. Debdio a estas caracterirticas, tienen aplicaciones tanto en la industria alimentaria com en la farmaceutica . Una de las aplicaciones modernas es en medicamentos contra el dolor en padecimientos como la artritis cancer de boca. Sin embargo un efecto secundario que presentan es ardor en la piel. El mas importante y pungente de estos compuestos es la capsaicina. Esta molecula ha sido escogida como modelo de nuestro estudio por el interesante potencial de aplicacion de ella y de sus derivados sintetizados asi como de su caracteristica estructural de ser una amida grasa. Esta molecula se constituye de 3 partes principales, al anillo comun a todos los vainilloides, el enlace amida y la cadena hidrofobica.*Precisamente la pungencia de los capsacinoides esta directametne relacionada con su estructura. El mtodo tradicional para medir la pungencia de los capsaicinoides, es a travs de un anlisis sensorial evaluado en una escala de unidades Scoville (Scoville, 1912) y se ha correlacionado con anlisis realizados por (en cromatografa de gases (Todd,1977), tal vez podria montarse una tecnica por este metodo porque los esteres tienen un punto de fusion muy diferente al de las amidas y la separacion en CG podria correlacionarse con la pungencia y ) cromatografa de lquidos de alta resolucin (Batchelor & Jones, 2000).Este ultimo mtodo se basa en la longitud de lcadena hidrofbica de los compuestos. Analizando el modelo de Szolcsanyi y Jancs-Gabor para el estmulo de los receptores en los nervios sensitivos se puede observar que las 3 partes de la molecula (anillo vainilloide, enlace amida y cadena hidrofobica) interaccionan con el receptor. Esto indica que las metodologias como la del HPLC es limitante para cuantificar en pungencia los nuevos anlogos modificados en otra parte de la molcula. El descubrimiento de que los capsaicinoides activan las fibras nerviosas sensoriales a travs de canales inicos como es el receptor vainilloide 1(VR1) (Caterina et al., 1997) o que tienen efecto en otro tipo de canales inicos (Kuenzi & Dale, 1996) permitira disear mtodos mucho ms sensibles y exactos para medir la pungencia as como el efecto de los capsaicinoides y sus derivados en el organismo. Al unirse la capsaicina al canal, ste se activa, abrindose y permitiendo un flujo de entrada de iones calcio y sodio que depolarizan las fibras neuronales y mandan impulsos nerviosos a travs de la columna vertebral hacia el cerebro. El resultado de este impulso es un aumento de temperatura y como consecuencia de esto, una desensibilizacin. Con estos antecedentes se podr[ia suponer que al modificar la molecula de capsaicina, podr[ia haber cambios en su pungencia.*Con ninguna de las enzimas probadas se observ reaccin en el medio A (cloroformo-agua). En el medio B, la lipasa B de Candida antarctica (Novozym 435), fue la nica que present hidrlisis, aunque slo 15%. En la tabla 3, se observa el porcentaje de conversin de la reaccin de hidrlisis catalizada por varias enzimas en el medio C (agua capsaicina) despus de 24 hrs.*Por otro lado les puedo decir que la idea inicial del proyecto surgi de estudiar si las lipasas, dentro de su amplio rango de sustratos podran reconocer el enlace amido de la capsaicina[1] e hidrolizarlo, y as modificar su pungencia. Una vez comprobado esto, surgi el inters de analizar y contribuir al conocimiento sobre especificidad de las lipasas en la sntesis e hidrlisis de amidas, utilizando como modelo de estudio a la capsaicina debido a su importancia alimentaria y farmacutica4.*Un aspecto que resulto muy importante en las reacciones de sintesis de vainillinoleamida fue la amna terciaria. Como mencione en un inicio, la vainillinamina comercialmente se encuentra en forma d clorhidrato para evitar su descomposicion ya que es muy reactiva y para liberar la sal hay que agregar una amina terciaria que secuestre al clorhidrato, libere la amina y se pueda llevar a cabo la reaccion con el acido oleico. Asi que descubrimos, mediante mediciones de velocidad inicial, que mientras mayor proporcion de DIPEA agregabamos, (1 a uno, 1 a 3, a 6 a 12 y a 18) mayor era la velocidad de reaccion, hasta llegar a un punto donde ya no hay tanta diferencia en el efecto. En ambos solventes, 2M2B y hexano, el comportamiento fue el mismo. Tambien es importante hacer notar que la vel. Inicial en 2M2B es de un orden de magnitud mayor que en hexano. Al llevar a cabo las reacciones de sntesis de vainillinoleamida con distintas concentraciones de amina terciaria, se observ un aumento en la velocidad inicial de reaccin al aumentar la concentracin de DIPEA (fig. 4). La amina terciaria no es reactiva pero su pare electronico libre secuestra el H del clorhidrato, desprotegiendo asi la amina de la vainillinamina.4.- El efecto de concentracion de DIPEA en la reaccion es muy importante en la velocidad de reaccion de la enzima y en la conversion. Si analizamos sus velocidades iniciales encontramos que el efecto de la DIPEA es muy claro, la liberacion de la amina es paso limitante en la reaccion. Mientras mayor es la amina disponible, mayor la velocidad de reaccion.*Los capsiatos son compuestos encontrados como los capsaicinoides, en los chiles. Estos compuestos son estructuralmente similares entre ellos, slo que los capsaicinoides son amidas y los capsiatos son steres. Esta diferencia les confiere propiedades organolpticas muy distintas: los capsaicinoides son picantes, mientras los capsiatos no lo son. Sin embargo, ambos elevan la temperatura corporal y lo poco estudiado indica que presenta propiedades fisiologicas similares pero con menor estimulacion dolorosa. Esto les confiere un gran potencial en la medicina debido a que una limitante de utilizar la capsaicina es su alta pungencia. Hasta ahora, los capsiatos, adems de ser obtenidos por extraccin de los chiles dulces, son sintetizados realizando una hidrlisis qumica de la capsaicina, purificando el cido graso y utilizndolo como sustrato para reacciones de sntesis enzimticas47. La reaccin propuesta en este proyecto para sintetizar capsiato es partiendo de la capsaicina en un solo proceso. Puede ser de sntesis directa como transesteramidacin (esquema) o bien en presencia de agua como sustrato, como una hidrlisis seguida de una sntesis. En ambos casos la enzima cataliza las reacciones y sera en un solo proceso (one-pot).

*Posiblemente se podria encontrar una correlacin entre pungencia y efecto de inhibicion en este canal de estas clulas, y podria dar paso a estudios posteriores con el receptor real de la capsaicina (el receptor vanilloide).En la figura A se observa la aplicacin de pulsos de voltajes que van desde -90 a 80mV, observando la respuesta normal del canal de calcio (panel de arriba) y la respuesta al agregar una solucin de capsaicina 50mM. Como se puede observar, la disminucin de la respuesta es casi completa.Se analiz la vainillinamina (producto de hidrlisis de la capsaicina) y el capsiato, encontrando que este compuesto no tiene ningn efecto en la respuesta del canal de calcio (figura E).***