o uso antigo - moodle usp: e-disciplinas · o uso antigo o variedade estrutural o atividade...

81

Upload: others

Post on 19-Apr-2020

6 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants
Page 2: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

o Uso Antigo

o Variedade Estrutural

o Atividade Biológica

(Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995)

Page 3: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

• They are found mostly in plants

• Naturally-occurring compounds that contain nitrogen

• Many have heterocyclic rings as a part of their structure

• Many are physiologically active (often spectacularly)

• Many are used by native peoples for religious or medicinal

purposes.

• Many are basic (“alkaline”, due to an unshared pair on N)

• Those nitrogen compounds that are found in all organisms

(i.e., amino acids, nucleic acids, etc.) are not considered

alkaloids.

• Alkaloids are “secondary metabolites”, they are not

involved in primary metabolism.

Page 4: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

HO

NMe

O

HO

morfina(sedativo)

US$ 340/g

Page 5: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

MORPHINE

O

N CH3

OHMeO

..

contains nitrogen basic due to the

unshared pair

heterocyclic ring

Found only in the Opium Poppy - papaver somniferum

Plant source.

Most alkaloids

are found in

plants.

….. not ubiquitous.

This was the first

alkaloid discovered

(1804, Serturner).

Page 6: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

A heroína é um

derivado Sintético

da morfina, portanto

não é considerada

como um

“Alcalóide”.

Page 7: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

HOW ARE ALKALOIDS CLASSIFIED ?

Common classification schemes use either:

• The heterocyclic ring systems found as a

part of the compound’s structure

• The plant or plant family where they originate*

* The majority of alkaloids (>90%) are found in plants -

therefore, we will speak mostly about plants and their

biochemistry.

Page 8: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

HETEROCYCLIC RING SYSTEMS LEARN THESE RINGS (plus the ones on the next page)

N

H

N

H

pyrrolidine pyrrole

N

H

N

piperidine pyridine

NN N

H

quinoline isoquinoline indole

N

H

dihydroindole

Page 9: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

HETEROCYCLIC RING SYSTEMS LEARN THESE ALSO (cont)

N N

NH

N

quinolizidine pyrrolizidine tropane

benzylisoquinoline

N

N N

N

H

purine

C C N

-phenylethylamine

Page 10: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

Some Examples of Classification

NH

N

OMe

OMeMeO

MeO

emetine

N

ON

CH3

CH3

CH3PO OH

O

H

psilocybin

-

+

N

N

CH3

H

nicotine

BY RING TYPE

N

N N

N

O

O

CH3

CH3

CH3

caffeine

Page 11: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

Some Examples of Classification BY PLANT FAMILY :

N

O

O

OH

OH

N

H

MeO

MeO

MeO

O

OH

N CH3

MeOO

O

N CH3

O

H

H

OH

MeO

These alkaloids are found in Amaryllidaceae

daffodils

narcissus

lillies

etc

belladine

lycorine

tazettine

galanthamine

The other three

are biochemically

derived from

belladine.

“Amaryllis” Alkaloids

Page 12: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

Some Examples of Classification BY PLANT OF ORIGIN

“Cinchona” Alkaloids

“Opium” Alkaloids

N

N

MeO

OH

O

N CH3

OHMeO

quinine

morphine

Page 13: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants
Page 14: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

putrescina

N

Me

HMeN

H

O

NH2H2N

L-ornitina

CO2H NH2H2N

cadaverina

N

Me

HMeN

H

O

NH2H2N

L-lisina

NH2CO2HH2N

Page 15: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

NICOTINE BIOSYNTHESIS >300 Feeding experiments in literature

Starts from L-ornithine

Symmetrical putrescine

Retention of

configuration

HNH

2NH

2

CO2H

HNH

2NH

2

HOrnithineDecarboxylase

HNH

2NH

H

CH3

NextSlide

N-methylation Putrescine N-Methyltransferase

Page 16: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

NICOTINE BIOSYNTHESIS:

FORMATION OF PYRROLINIUM ION

Transamination with pyridoxal 5-phosphate

Cyclisation to pyrrolinium ion

Both mediated by N-Methylputrescine oxidase

“Half” of nicotine molecule is accounted for

NH

CH3

HH

HONH

CH3

HH

HNH

2

(from previous slide)

N+

CH3

HH

H

Page 17: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

N

OH

O

H

H

HH+

N

R

HO

NH2

N

OH

O

NADPH

NICOTINE BIOSYNTHESIS:

REDUCTION OF NICOTINIC ACID

Nicotinic acid is reduced by NADPH

Dihydronicotinic acid: Zwitterion

Page 18: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

NICOTINE BIOSYNTHESIS:

NICOTINIC ACID DECARBOXYLATION

Zwitterion of dihydronicotinic acid

N+

O

O

H

H

H

H

N

OH

O

H

Frompreviousslide

Loss of CO2 1,2-Dihydropyridine

NH

H

H

H

-CO2

Page 19: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

N

N

CH3

H

H

H

NICOTINE BIOSYNTHESIS:

CARBON FRAMEWORK FORMATION

Combination of 1,2-dihydropyridine

And previously formed pyrrolinium ion

Addition occurs from rear face of ion

Basic carbon framework of nicotine

N

H

N+

CH3

HH

H

Page 20: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

NICOTINE BIOSYNTHESIS:

COMPLETION OF BIOSYNTHESIS

Oxidation of dihydropyridine (NADP+)

i.e. Regeneration of NADPH

Completes biosynthesis of (S)-Nicotine

N

N

CH3

H

H

HN

N

CH3

H

NADP+

Page 21: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

NICOTINE

Anti-herbivory

Causes addiction

Decreases appetite

Induced upon

wounding

Expensive to make

Page 22: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

NICOTINE AND HERBIVORY N

NCH

3

H

Page 23: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

NICOTINE AND HERBIVORY

N

NCH

3

H

N

NCH

3

H

N

NCH

3

H

N

NCH

3

H

N

NCH

3

H

N

NCH

3

H

N

NCH

3

H

N

NCH

3

H

N

NCH

3

H

Page 24: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

ALCALÓIDES

PIRROLIZIDÍNICOS

Senecio spp

Invasoras de pastagens

Evitada pelos

mamíferos

Toxinas Hepáticas

Page 25: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

PYRROLIZIDINE ALKALOIDS

NH2

NH2

NH2

NH2

NH2

NH

NH2 N

CH2OH

COOH

COOH

isoleucine

putrescine Homospermidine

trachelanthamidine

Senecionine N-oxide

(transport form)

N

O

OOH

OO

O

Page 26: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

SYNTHETIC COMPARTMENTALIZATION

Root = Core Structure

Shoot = Modification

N

O

OOH

OO

O

N

O

OOH

OO

O

N

O

OOH

OO

O

N

O

OOH

OO

O

Page 27: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

PYRROLIZIDINE ALKALOIDS OCCUR IN

MIXTURES.

N

O

OOH

OO

N

O

OOH

OO

OH

N

O

OOH

OO

O

N

O

OOH

OO

N

O

OOH

OO

O

Page 28: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

Ácido Cáprico (C8)

g-coniceina Alanina

Page 29: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

Brugmansia

ALCALÓIDES TROPÂNICOS

Page 30: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

EXEMPLOS DE ALCALÓIDES

TROPÂNICOS

Page 31: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

NH2

NH2

N Me

CH2

H

SCoA

O

N Me SCoA

O

*

*CO2H

NH2

NH2

*

ornitina [5-14C]

N Me

O

O

SCoA N Me

O

O

SCoA

OH

hidroxilase

N Me

O

O

SCoAH

NMe O

O

SCoA

NMe O

O

OMeN

Me O

OMe

OCOPh

Page 32: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

NH2

NH2

COOH

NH2

COOH

CHO

N

COOH

HNH

COOH

CH2 C

CH3

O

N

CH2 C

CH3

O

N O

N

H

OH

CH3

CH3

CCH

2

O

C O

SCoA

ornithine

malonyl CoA

CH3

C OS

CoA

+

acetyl CoA

x2

NADH SAM

H2O -CO2

-CoASH

amine

oxidase

Mannich-1 (from glycolysis)

tropine

BIOSYNTHETIC PATH TO TROPINE

Mannich-2

Page 33: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

BIOSYNTHETIC PATH TO (-)-TROPIC ACID

CH2

C

H

NH2

COOH

phenylalanine

CH2

C COOH

O

CH C COOH

COOH

O

CH C H

COOH

O

CH CH2

OH

COOH

(-)-tropic acid

NADH

TPP

-CO2

Biotin-COOH

PLP

B6

+

N

H

OH

CH3

(-)-hyoscyamine

tropine

Page 34: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

ALCALÓIDES DERIVADOS DE

AMINOÁCIDOS AROMÁTICOS

Page 35: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

Figure 1- Diversion of chorismic acid into the secondary metabolism by the enzymes anthranilate synthase (AS), chorismate mutase and isochorismate synthse (ICS)

L -phenylalanineL- tyrosine

L-tryptophan

anthranilic acid

isochorismic acid

prephenic acid

chorismic acid

o -succynylbenzoic acid

ASICSCM

indole acetic acidindole alkylaminescarbolinesindole alkaloids

phylloquinoneanthraquinones

lignin precursorsflavonoidscoumarinsanthocyanins

isoquinoline alkaloidsbetalaines

CO2H

OH

O CO2H

H2OC

OH

CO2H

OCO2H

NH2CO2H

OH

O CO2H

OH

NH

CCO2H

NH2

CNH2

CO2H

CNH2

CO2H

CO2H

CO2H

O

Page 36: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

tirosina

transaminase

fenolase

H

HO

O

NH2HO

HO

TYDC

NH2HO

OH

O

HOO

L-tirosinaOH

O

NH2HO

Page 38: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

O H

lofocerina

(Amaryllidaceae)

HO

HO

NH

NH2HO

HO

Mannichsintase

(S)-norcoclaurine

HO

HO

NH

HO

H

HO

O

NH2HO

HO

Mannich

Page 39: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

6-OMT

(S)-reticulina

HO

MeO

NMe

MeO

HO

HO

MeO

NMe

HO

HO

HO

MeO

NMe

HO

HO

MeO

NH

HO

(S)-norcoclaurine

HO

HO

NH

HO

(S)-coclaurine (S)-N-Methyl-coclaurine

Page 40: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

NMe

H

MeO

HO

HO

MeO

(S)-reticuline

NMe

MeO

HO

HO

MeO

NMe

H

MeO

HO

HO

MeO

1,2-dehydroreticulinium cation (R)-reticuline

NADP+

NADPH

morphinansaporphineprotoberberinesbenzophenantridines

Page 41: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

(R)-reticulina

HO

MeO

NMe

MeO

HO

HO

MeO

NMe

MeO

HO

HO

MeO

NMe

MeO

HO

(S)-reticulina

redutase

MeO

HO

HO

MeO

NMe

MeO

HO

MeO

NMe

OH

MeO

O

MeO

NMe

O

-2H.

MeO

MeO

NMe

HO

OH

MeO

MeO

NMe

O

HO

Page 42: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

MeO

NMe

O

MeO

MeO

NMe

O

HO

HO

NMe

O

HO

tebaína codeína morfina

Page 43: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

Curares

NMe

OHO

Me2N

O

OH

OMe

MeO

H

H

(+)-tubocurarina

NMe

OHO

MeN

O

OH

OMe

MeO

H

H

(-)-curina

NMe

OHO

MeN

O

OH

OMe

MeO

H

H

(+)-(R,R)-isocondrodendrina

Page 44: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

SÍNTESE DE BERBERINA EM

COPTIS JAPONICA E

BERBERIS WILSONIAE - OS

INTERMEDIÁRIOS (RETICULINA

E SCOULERINA) MOVIMENTAM-

SE ENTRE O CITOPLASMA E

VESÍCULAS ESPECÍFICAS

ALTERAÇÃO DO LOCAL DE

BIOSSÍNTESE

Endress, 1994

INTERIOR

EXTERIOR

Page 46: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

ALCALÓIDES INDÓLICOS - DERIVADOS DO

L-TRIPTOFANO (1/4 DO TOTAL)

Pscilocybe

(cogumelo alucinogênico) Banisteriopsis caapi,

Virola, Mimosa

e Piptadenia peregrina

5-metoxi-N,N-dimetiltriptamina R=OMe

bufotenina R=OH

N,N-dimetiltriptamina R=H

NNMe2

H

R

psilocina

NN Me

OH

H

Page 47: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

Resina de ucuúba como

fonte de rapé alucinogênico

e veneno para flechas

NN

R1

H

R3R2

NN

R1

H

R3

R2

Page 48: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

Figure 1- Diversion of chorismic acid into the secondary metabolism by the enzymes anthranilate synthase (AS), chorismate mutase and isochorismate synthse (ICS)

L -phenylalanineL- tyrosine

L-tryptophan

anthranilic acid

isochorismic acid

prephenic acid

chorismic acid

o -succynylbenzoic acid

ASICSCM

indole acetic acidindole alkylaminescarbolinesindole alkaloids

phylloquinoneanthraquinones

lignin precursorsflavonoidscoumarinsanthocyanins

isoquinoline alkaloidsbetalaines

CO2H

OH

O CO2H

H2OC

OH

CO2H

OCO2H

NH2CO2H

OH

O CO2H

OH

NH

CCO2H

NH2

CNH2

CO2H

CNH2

CO2H

CO2H

CO2H

O

Page 49: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

Pathways to L-tryptophan

OH

O

CO2-

CO2-

chorismate

H2N

O

CO2-

NH3+

L-glutamine

O

CO2-

CO2-

NH3+

anthranilate

O

PPO

HOOH

OP

5-phosphoribosyl-pyrphosphate

O

HO

OH

OP

CO2-

N

H

N-phosphoribosyl-anthranilate

Page 50: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

N-phosphoribosyl-anthranilate

O

HO

OH

OP

-O2C

NH

-O2C

NH

O

OP

OH

HO

1-(o-carboxyphenylamino)-deoxyribulose phosphate

N

OP

OH

HO

H

Indole glycerolphosphate

N

-O2C NH3

+

H

OP

O H

OH

-O2C NH3+

OH L-tryptophan

D-glyceraldehyde3-phosphate

L-serine

Page 51: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

ß-CARBOLINAS SIMPLES

NH

NH2

COOH

O NH

N

COOH

H+

NH

NH

COOH

NH

N

DescarboxilaçãoOxidativa

Reação do tipoMannich

Formação da Base deSchiff

Redução

Oxidação

NH

NH

R/S

Eleagnina

NH

N

Harmana NH

N

H3CO

Harmina

Page 52: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

ácido lisérgico(fungo, Claviceps purpurea)

(Ipomeae sp)

N

H

NHO2C

(Catharanthus roseus)

vinblastina R=Mevincristina R= CHO

estricnina(Strychnos sp)

N

OO

N

N

OHN

HHO2C

N

R

N

CO2H

OCOMe

HO

Page 53: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

N

H

NHO2C

ácido lisérgico - LSD(fungo, Claviceps purpurea)

(Ipomeae sp)

Page 54: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

Shikimate pathway

Mevalonate pathway

G10H

SSS

TDC

tryptamine

10-hydroxygeraniol

strictosidine

tryptophan

secologanin

geraniol

geranyl-diphosphate

NH

NH2

COOH

O

NH

NH

O

HOGlu

H

H

CHO

CH3OOC

HOGlu

H

O-P-P OH

OH

NH

NH2

CH3COO

OH

Page 55: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

BIOSYNTHESIS

of ALKOLOIDS

Page 56: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

strictosidine hemiacetal

dialdehyde

- Glucose

+ H2O

OH -H2O+

+

4,21-dehydrocorynantheine aldehydecarbinolamine

20,21-dehydrocorynantheine aldehyde

4,21-dehydrogeissoschizine cathenamine

NH

CH3OOC

NH

O

H OGlu

H

H NH

CH3OOC

NH

O

H

H

HOH

NH

CH3OOC

NHC

OH

HH

H

H

ONH

CH3OOC

N

OH

H

H

HNH

CH3OOC

N

OH

H

H

H

NH

CH3OOC

N

OH

H

H

NH

CH3OOC

N

OH

H

H

NH

CH3OOC

N

O

H CH3

H

Page 57: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

OH

strictosidine hemiacetal

carbinolaminedialdehydeenol

cathenamine

carbinolamine

+H2O

- H2O

OH

- Glucose

+ H2ONH

CH3OOC

NH

O

HOGlu

H

H NH

CH3OOC

NH

O

H

H

H

OH

NH

CH3OOC

NHC

OH

HH

H

H

ONH

CH3OOC

NH

C

OH

H

HOH

H

NH

CH3OOC

N

OH

H

H

NH

CH3OOC

N

O

HCH3

H

H

NH

CH3OOC

N

O

HCH3

H

Page 58: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

OH

carbinolaminestrictosidine

NH

NH2+

O

CH3OOC

H

HOGlu

H

NH

N

O

CH3OOC

H

H

Page 59: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

O

H3COOC

OGlc

Tipo Corinante

NH

N

O

H3COOC

Ajmalicina

NH

N

COOCH3

Aquamicina

Próximo slide

Diferentes Esqueletos dos Indóis

Page 60: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

Diferentes Esqueletos dos Indóis

Tipo Aspidosperma

NH

Tabersonina

N

COOCH3

Tipo Iboga

N

COOCH3

Catarantina

Page 61: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

FORMAÇÃO DOS ALCALÓIDES

CATHARANTINA E TABERSONINA

strictosidine

H

O

CH3OOC

H

HOGlu

N

H

NH N

H

N

CH3OOC

OH

H

H

4,21-dehydrogeissoschizine

N

N

CH2OHCH3OOC

H

(+)stemmadenine

N

H

N

COOCH3

H

catharanthine tabersonine

H

O

CH3OOC

H

CH3

N

H

N

H

ajmalicine

N

H

N

COOCH3

H

Page 62: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

BIOSSÍNTESE DO ALCALÓIDE VINDOLINA

N

H

N

COOCH3

H

N

H

N

COOCH3

H

HO N

H

N

COOCH3

H

CH3O

N

H

N

COOCH3

H

CH3OH OH

N

N

COOCH3

H

CH3OH OH

CH3

N

N

COOCH3

H

CH3OH OH

CH3

OH

N

N

COOCH3

H

CH3OH OH

CH3

OOCOCH3

DAT

D17H NMT

MTH

OMTT11OH

vindoline

desacetylvindolinedesacetoxyvindoline 11-methoxy-2,16-dehydro-

16-tabersonine

11-methoxytabersonine11-hydroxytabersoninetabersonine

Page 63: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

BIOSSÍNTESE DOS ALCALÓIDES BIS-

INDÓLICOS

+

catharanthine vindoline

iminium

vinblastine

anhydrovinblastine

N

N

CH3

OCOCH3

OH

COOCH3

N

H

N

R OH

CH3O

N

N

CH3

OCOCH3CH3O

OH

COOCH3

N

H

N

R

N

N

CH3

OCOCH3CH3O

OH

COOCH3

N

H

N

R

N

N

CH3

OCOCH3CH3O

OH

COOCH3

N

H

N

R

H

R=COOCH3

R=COOCH3

R=COOCH3

R=COOCH3

Page 64: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

vacúolo

Citoplasma

SG

H+

ADP + PiATP

PEROXIDASE

ajmalicina + H+ ajmalicina[H+]

ajmalicina[H+]

SSS

serpentina

ajmalicina + H+precursor geral

strictosidona

secologanina

TDC

triptamina

triptamina

triptofâno

Page 65: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

ESQUEMA DA REGULAÇÃO DA BIOSSÍNTESE

DE ALCALÓIDES

Page 66: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants
Page 67: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

NH

N

H

H

CHO

NH

N

CHO

H

NH2

CHO

N

O

H

N

N

O

H

N

N

HO

H

H3CO

Corinanteal

Cinchonaminal

Cinchonidinona

Quinina

Biossíntese da Quinina

Page 68: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

ALCALÓIDES IMIDAZÓLICOS

Pilocarpus sp.

Page 69: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

ALCALÓIDES IMIDAZÓLICOS

São mais raros, poucos

exemplos

Encontrados em Rutaceae

Pilocarpus spp. e Casimiroa

edulis (sementes)

Mammilaria, Dolichotele

sphaerica (Cactaceae)

Algumas Facáceaes

Reconhecidos como alcalóides do

Jaborandi

NH

N

Núcleo Imidazol

Page 70: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

DOLICOTELINE

Único com

biossíntese definida

HN

N NH2

COOH

- CO2

HN

N NH2

HOOC

NH2

Histidina Histamina

- NH3

L-Leucina

HOOC

Ácido Isovalérico

HN

N

N

O

Dolicotelina

Dolichotele sphaerica

Page 71: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

Biossíntese de alcalóides imidazólicos (pilocarpina)

• Poucos dados experimentais

• Relação estrutural com o aminoácido L-histidina

• Nenhuma referência a respeito das enzimas envolvidas

na formação dos alcalóides imidazólicos em espécies de

Pilocarpus

Page 72: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

Duas propostas biogenéticas

R. ROBINSON, The Structural Relationship of Natural Products (1955)

E. BROCHMANN-HANSSEN et al., Planta Medica (1975)

Raízes Folhas

Biossíntese de pilocarpina em Pilocarpus spp.

Page 73: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

R o b i n s o n , R . ( 1 9 5 5 ) T h e S t r u c t u r a l R e l a t i o n s o f N a t u r a l P r o d u c t s . O x f o r d P r e s s , L o n d o n .

O NH

N

O

O O NH

N

O

O

H

O NH

N

OH

O

O NH

N

OH

O

H

O NH

N

O

NH

N

HOCH2

O

O NH

NO

O

O

H

SCoA

O

O

CH3

S CO2H

NH2H

L-metionina (11)

FOLHAS

PENTOSE FOSFATO

N

NH

NH2 H

HO2C

L-histidina (8)

NH

N

CO2H

O

ácido imidazol-pirúvico (9)

O NH

N

O

pilocarpidina (10)

O NH

N

O

(10)

O N

N

O

CH3

(1)

RAÍZES

Robinson (1955)The Structural Relations of Natural Products. Oxford Press.

TRANSLOCAÇÃO

?

+

SAM

Page 74: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

NH2

CO2H

OH

NH2

CO2H

O

CO2H

NH

N

OO

NH

N

CO2HHO

2C

NH

N

HO2C

OHN

N

CO2HHO

2C

OHH

CH3

S CO2H

NH2H

N

NH

NH2 H

HO2C

L-histidina (8)

NH

N

OO

pilocarpidina (10)

O NH

N

O

(10)

O N

N

O

CH3

(1)

RAÍZES

NH

N

CO2H -

Brochmann-Hanssen et al. Planta Medica(1975) 28, 1-5.

L-treonina

?

TRANSLOCAÇÃO

PENTOSE FOSFATO

SAM

FOLHAS

L-metionina (11)

ácido trans-urocânico (12)

Page 75: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

Preparação do padrão ácido imidazol-pirúvico

NH

N

NH2

CO2H

H

NH

N

OH

CO2H

H

NH

N

CO2H

H N2+

(b)(a)

L-histidina ácido 2-hidróxi-imidazol-propanóico

(a) H2SO4 10%/ NaNO2; 2h (45-50oC) (b) Coluna de troca iônica eluente NH4OH/ H2O (3: 1)

Karanewsky et al, (1988) J Med Chem, 31, 204- 212

NH

NO

CO2H

NH

N

OH

CO2H

H

(c) KMnO4/ H2O/ 72h (TA)

Corson, et al. (1932) Org Synth Coll, 1, 241- 245

(c)

ácido imidazol-pirúvico

Rendimento: 56%

Rendimento: 47 %

Page 76: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

1) Não foi verificada a formação de nenhum produto com tempo de

retenção igual ao do ácido trans-urocânico nos ensaios feitos com

extrato protéico de folhas e raízes

2) No ensaio para transferases apenas o extrato protéico das raízes

levou a formação de um produto com o mesmo tempo de retenção do

ácido imidazol-pirúvico

Page 77: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

Cromatograma obtido para o ensaio enzimático de

aminotransferases com extrato enzimático de raízes

Atividade enzimática do homogenato: 0,530 nKat/ mL

Atividade enzimática específica: 46,09 nKat/ mg

Page 78: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

0,07

0,09

0,11

0,13

0,15

0,17

0,19

0,21

4 5 6 7 8 9 10

pH

Airv e

nz (

nK

ata

l/ m

L)

Caracterização da enzima

• Determinação do pH ótimo

1. Acetato (pH= 4,6)

2. HEPES (pH= 6,7)

3. MES (pH= 7,7)

4. TRIS (pH= 8,5)

5. TRIS (pH= 10)

1

2

3

4

5

Page 79: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

Caracterização da enzima

• Cinética de reação

0 5 10 15 20 25 300,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

ativ

enz

(nkat/

ml)

conc L-histidina (mM)

Page 80: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

• Saturação enzimática

Caracterização da enzima

0 2 4 6 8 10 12 14

0,0

0,1

0,2

0,3

ati

v e

nz (

nK

at/

mL

)

conc de L-histidina ( M)

Page 81: o Uso Antigo - Moodle USP: e-Disciplinas · o Uso Antigo o Variedade Estrutural o Atividade Biológica (Kutchan T. Plant Cell 7, p.1059, 1995) • They are found mostly in plants

• Dependência do cofator PLP

Caracterização da enzima

0,000

0,015

0,030

1 2

sequência (1) s/ PLP

sequência (2) c/ PLP

ativ

en

z (n

Kat/ m

L)