Metabolitos secundarios

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Metabolitos secundarios

  1. 1. UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELAFacultad de AgronomíaDepartamento de Producción AnimalMaracay METABOLITOS SECUNDARIOS Importancia en la producción con especies de interés zootécnico Dr. Álvaro Ojeda Julio, 2011
  2. 2. Agronomía-U.C.V. Metabolismo Secundario … Definiciones … ó Sustancias Ecológicamente EficacesMetabolismo Secundario Conjunto de procesos mediante los cuales se generan sustancias que no forman parte del metabolismo primario (fotosíntesis, respiración, transporte de solutos, translocación, asimilación de nutrientes y diferenciación celular; entre otros), poseen características muy variadas, así como una extrema complejidad química y en sus rutas biosintéticas de origen.  8000 polifenoles  1000 alcaloides  270 aminoácidos no-proteicos  32 cianógenos  Otros (saponinas, terpenos, etc)
  3. 3. Agronomía-U.C.V. Definiciones … Compuestos secundarios …Metabolismo Secundario ¿ Razón de ser ? Transporte y Defensa Química almacenamiento de Nitrógeno Metabolismo intermediario precursores de otros metabolitos
  4. 4. Agronomía-U.C.V. Particularidades … Particularidades …Metabolismo Secundario Protección de los depredadores Mayor en plantas con elevada concentración de nitrógeno Acción sobre: Digestión y absorción de proteínas, CHO’s y minerales Biodisponibilidad de vitaminas Su efecto depende de: Tipo y concentración del compuesto Composición de la dieta Especie y estado fisiológico del animal Adaptabilidad del animal Procesamiento y manejo de la ración Efecto positivo o deletéreo sobre parámetros productivos
  5. 5. Diversidad de usos …Agronomía-U.C.V. Metabolito Secundario Aplicación Particularidades …Metabolismo Secundario Aminas En variedad de compuestos orgánicos ( ej. quinolinas son cancerígenas). Muchas veces les confieren actividad fisiológica a la célula animal (ej. histaminas) Alcaloides Medicinal. En la fabricación de medicamentos Esteroles Medicinal. Forman parte de hormonas animales y vitaminas Triterpenos Medicinal e industrial. Son llamados aceites esenciales, útiles en perfumería, farmacia y agroindustria de alimentos Glicósidos Medicinal. Estimulan la función cardíaca Saponinas Medicinal e industrial. Precursores de hormonas esteroidales y corticosteroides. Por su actividad tensoactiva son útiles como emulgentes y hemolizantes Fenoles simples Medicinal e industrial. Poseen actividad antifúngica, desinfectante y aromatizante Flavonoides Medicinal e industrial. Reducen fragilidad capilar, protegen en estados tóxicos y anti-inflamatorios. Son colorantes Taninos Medicinal e industrial. Propiedades astringentes y antisépticas. Útiles en la fabricación de tintas y otros colorantes, y en el curtido de pieles Cumarinas Medicinal e industrial. Anticoagulante y aromatizante Fuente: Payo et al. (1996)
  6. 6. Agronomía-U.C.V. Sistemática … De acuerdo a … Químicamente …Metabolismo Secundario Naturaleza química Estructura Proteica Proteínas Inhibidores de proteasas, Lectinas, Aminoácidos de amilasa, Alérgenos y Antígenos Inhibidores no proteicos Glicósidos Otros metabolitos Aminoácidos No Proteicos Latirógenos y neurotoxinas, Antagonistas de arginina Modo de acción y efectos metabólicos Daño en la mucosa intestinaly misceláneos Metabolitos heterocíclicos Inhibición de la actividad enzimática Glicósidos en retroalimentación de síntesis enzimática Interferencia Reacción de alergia e intolerancia Oligosacáridos Analogía estructural con aminoácidos proteicos Polisacáridos no amiláceos Reducción de disponibilidad de nutrientes Otros glicósidos Otros Efecto sobre respuesta animal Fitatos, Taninos y Alcaloides
  7. 7. Agronomía-U.C.V. Toxicología … Nociones de Toxicología …Metabolismo Secundario Dosis Letal (DL50 ) Es la cantidad de sustancia que se requiere para causar la muerte del 50% de un grupo de animales de experimentación, bajo condiciones controladas y administrada por una vía específica. Se expresa en miligramos (mg) de sustancia por kilogramo (kg) de peso corporal del animal. Curva de frecuencia dosis-respuesta Sensibilidad diferencial entre especies … En extremo … Grado de diferenciación o complejidad del SNC DL50 Nivel de evolución de los mecanismos reguladores de las Aflatoxina B1 15 µg/kg funciones corporales (temperatura, respiración, etc) Cafeína 4000 mg/kg Estructuración y diferenciación del sistema digestivo y respiratorio (75 tazas en 30 min.) Características y diferenciación de la piel Williams y Burson (1985)
  8. 8. Agronomía-U.C.V. Inhibidores de Proteasas … Inhibidores de Proteasas ...Metabolismo Secundario Sustancias presentes en tejidos de plantas (fund. leguminosas) y animales, que tienen la capacidad de inhibir la actividad de enzimas proteolíticas (ej. Tripsina y Quimiotripsina). En ... Mayoría de las leguminosas Caso clásico: Grano de soya (6% de su proteína) Efectos ... Hipertrofia y tumores pancreáticos Reducción en valor de PER (GDP / proteína ingerida) Incremento en excreción fecal de AA’s azufrados
  9. 9. Agronomía-U.C.V. Control ... tripsina y Inhibidor de Tostado (195 ºC pancreática ... Autoclave actividad / 15 min), Hervir en agua, (120 º C / 30 min), Radiación Inhibidores de Proteasas …Metabolismo Secundario de microondas e infrarrojo, Radiación gamma, Extrusión y Micro-ionización; entre otros. Tripsinógeno CCK (Páncreas) (Mucosa) 100 Actividad de Inhibidor 80 Proteína Tripsina PERInhibidor dietaria (Intestinal) (Kunitz / Bowman-Birk) 60 40 Inhibidor 20 Proteolísis Tripsina - Inhibidor 0 2 4 6 10 15 20 Minutos a 100 º C Fuente: Liener (1990)
  10. 10. Agronomía-U.C.V. Tratamiento térmico de Psophocarpus sp., metabolitos secundarios y valor biológico en ratas Inhibidores de Proteasas …Metabolismo Secundario IT Hemoaglut. Taninos Valor Tratamiento (mg/g) (U /mg) (mg/g) Biológico Ninguno 17,7 200 7,6 - 0,74 Microondas 17,9 196 7,4 - 0,70 Infrarrojo 0,7 10 6,7 0,70 Autoclave 0,7 nd 5,1 0,53 Hervir 0,4 nd 2,5 0,71 I T: Inhibidor de tripsina; nd: No Fuente: Kadam et al. (2002) detectado
  11. 11. Lectinas ...Agronomía-U.C.V. (Del latín legere, que significa preferir, escoger) Compuestos de distribución paralela a los inhibidores de proteasas, Lectinas … que causan aglutinación de los eritrocitos de varias especiesMetabolismo Secundario animales, capaces de unirse a las glicoproteínas de la superficie de membrana celular y generar reacciones de incremento de tasa de recambio celular. En ... Mayoría de las leguminosas, aunque de toxicidad variable. En soya (prácticamente inocua), ricino (muy tóxica), Canavalia, Phaseolus spp., Dolichos spp. (Jacinto) Ej. Concanavalina A y Aglutinina de germen de trigo. Efectos ... Hemoaglutinación y generación de anticuerpos Inhibición de enzimas que hidrolizan carbohidratos (ej. soya y Phaseolus spp) Destrucción del borde de cepillo y secreción de mucus intestinal Promueve colonización de intestino delgado por coliformes Fuente: Kik et al. (1990)
  12. 12. Agronomía-U.C.V. Su acción ... Lectinas …Metabolismo Secundario Tripsina Dieta Lectina Hipertrofia e Hiperplasia 30 - 90 % HECES Hipertrofia e Hiperplasia Vellosidad intestinal Menor Consumo Menor Consumo Pepsina Normal Quimiotripsina Fuerte R Epitelio Intestinal Fuente: Pizzani et al (1999)
  13. 13. Agronomía-U.C.V. Alérgenos ... Son compuestos usualmente nitrogenados, que generan reacciones Alérgenos … clínicamente definidas como alérgicas, las cuales se caracterizan por elMetabolismo Secundario desarrollo de mecanismos inmunológicos, que a través de IgE inducen la liberación de mediadores responsables de las reacciones tisulares comunes en este desorden. En ... Mayoría de las leguminosas. Reportada en Pisium spp. y Glicine spp. Efectos ... Digestión insuficiente y diarrea Respuesta inmune Pobre comportamiento productivo
  14. 14. Sustancias fotosensibilizantes ...Agronomía-U.C.V. Fotosensibilizantes … Animal hipersensible a la presencia de la luz solar, particularmente a los rayosMetabolismo Secundario Lesiones reconocen Fototoxia (sólo quedan la piel y eventualmente necrosis ... U.V., provocando inflamaciones acuosas bajo dérmica. Se afectadas las zonas expuestas al sol) y la Fotoalergia, donde la sustancia suele ser inmunológicamente inactiva, pero al ser irradiada produce una molécula con carácter antigénico que desencadena una reacción alérgica que afecta a zonas expuestas y no expuestas al sol. Signos ... Mecanismo de acción ... Diarrea Irritación en piel despigmentada Clorofila Enrojecimiento Edema e Ictericia Excreción Filoeritrina Hígado Bilis En ... Microorganismos ruminales Hierba de San Juan (Hypericum perforatum) Cariaquito naranja (Lantana camara)de membranas se Los AGI´s Fotosensibilidad alteran y los lisosomas liberan las en piel no diversos (Panicum spp.) Pastos enzimas hidrolíticas y/o pigmentada de chivo (Tribulusmediadores químicos de la Cuernos terrestris) Hongos (Pithomyces chartarum) inflamación
  15. 15. Agronomía-U.C.V. Aminoácidos No Proteicos ... Ubicados en una amplia variedad de leguminosas tropicales, y a AA´s No Proteicos …Metabolismo Secundario menudo varios por especie (600 identificados), existen compuestos tóxicos que mantienen analogía estructural con aminoácidos esenciales o sus neurotransmisores derivados del sistema nervioso central del animal. En ... Mayoría de las leguminosas, particularmente sus semillas. Comunes en: Canavalia ensiformis, Leucaena leucocephala, Indigofera spicata, Gliricidia sepium, Mimosa spp., Acacia spp. y algunas especies de Astragalus. Efectos ... Síntesis de proteínas anómalas Neurotóxicos y Latirismo (AA´s análogo del glutamato) Inhibición de enzimas, disfunción renal y depilación; entre otros.
  16. 16. AA´s No Proteicos … Distribución y toxicidad de aminoácidos no proteicosMetabolismo Secundario Aminoácidos Especie g/kg MS semilla Efectos Tóxicos Neurolatirógenos β-cianoalanina Vicia spp. 1,5 Convulsiones, espasmos tetánicos y muerte β-(N) oxalyl- Lathyrus spp. 25 Convulsiones, muerte aminoalanina Análogos de Arginina Canavanina Canavalia spp. 51 Reducción del crecimiento Gliricidia spp. 40 Disfunción sistema inmune Indigofera spp. 9 Daño en utilización de N Aromáticos Mimosina Leucaena spp. 145 Caída de la lana Daños orgánicos y muerte Fuente: Mello (1990)
  17. 17. Agronomía-U.C.V. Susceptibilidad depende de ... AA´s No Proteicos …Metabolismo Secundario Especie animal Dieta y tiempo de exposición Diferencias geográficas Novillos pastoreando Leucaena sp. y bacterias degradadoras de DHP GDP DHP Tiroxina en suero Tratamiento (6-19 sem.) (a 13 sem.) (a 13 sem) No tratados 0,52 0,28 28 Tratados 1,03 0,00 85 Fuente: Mello (1990)
  18. 18. Agronomía-U.C.V. Glucósidos ... Glucósidos …Metabolismo Secundario Oligosacáridos... Compuestos como los α-galactósidos presentes en leguminosas que inhiben la acción de galactosidasa, generando metano, hidrógeno y CO2 en intestino grueso y con ello provocando diarreas, flatulencia y nauseas Polisacáridos no amiláceos... Comúnmente referidos como “Fibra dietaria”, son polisacáridos vegetales asociados a la lignina (celulosa, hemicelusosa, gomas, mucílagos, pectina, etc.), incompletamente digeridos en intestino delgado, pero disponibles en intestino grueso, donde su fracción soluble es rápidamente transformada en AGV’s. En pollos se reporta que modifican la viscosidad de las heces, generando efecto de “cama húmeda”, y por lo tanto problemas de manejo y disminución de la producción.
  19. 19. Agronomía-U.C.V. Saponinas … Otros Glucósidos ... SaponinasMetabolismo Secundario Inicialmente asociadas a la Sapindus saponaria, y con gran poder espumante, son compuestos amargos que reducen la palatabilidad de los alimentos. En rumiantes se han empleado como reguladores de la flora microbial del rumen. En ... Alfalfa, frijol de soya, follaje de yuca, Sapindus sp. etc. Efectos ... Reducción del consumo de alimento Irritante de membrana bucal y garganta Inhiben fermentación y síntesis bacteriana Hemorragias
  20. 20. Agronomía-U.C.V. DESFAUNACIÓN Y POBLACIONES MICROBIALES Saponinas … (log10/ml fluido ruminal)Metabolismo Secundario Sapindus saponaria en dieta (g/animal/día) 0 25 50 Sdx Amonio 196,0 194,9 117,3 9,8 (mg N-NH3/100 ml) Protozoos 5,4a 5,0b 4,6c 0,1 Hongos 7,6a 8,1b 8,5c 0,1 Bacterias Totales 10,3a 11,3b 11,7c 0,2 Celulolíticas 7,5a 8,1 8,8c 0,1 Deg. MS (%) % (24 h) 12,5a 18,6 25,9c 0,9 T1/2 72,9 69,7 66,6 5,7 Díaz et al. (1993)
  21. 21. Continuac…Agronomía-U.C.V. Fitoestrógenos ... Fitoestrógenos …Metabolismo Secundario Compuestos derivados del fenilpropano presentes en las plantas (estrona, estriol y β-sitoesterol), que son estructural o funcionalmente similares al estrógeno (14-β-Estradiol). Destacan los lignanos, isoflavones, cumestanos, lactonas (estos dos últimos en animales) y triterpenos. Se conocen actualmente 30 tipos de fitoestrógenos. En ... Soya, linaza, trébol, avena, Oriza spp., col, alfalfa, lentejas, algunas frutas (ej. manzana) y verduras (ej. remolacha). Efectos ... Infertilidad temporal o permanente Cambios anormales en los órganos reproductivos Lactación en hembras vírgenes o no preñadas Prolapso vaginal Cáncer
  22. 22. Cianógenos ...Agronomía-U.C.V. Glicósidos cuya hidrólisis libera ácido prúsico o cianuro de hidrógeno Cianógenos …Metabolismo Secundario (HCN). Esta cianogénesis ocurre durante la masticación de la planta o por acción microbiana en el rumen. En ... Niveles no tóxicos en la mayoría de las leguminosas. De importancia en Acacia sp. y yuca Efectos ... DL50 (2-4 mg/ kg P.V.) Efectos goitrogénicos (inducción de bocio) Su efecto depende de: Tamaño y tipo de animal, tasa de tránsito de digesta y capacidad de metabolizar el HCN Tratamiento: Premarchitado o deshidratado de plantas ó suministro por vía endovenosa de 125-250 ml solución (v/v) con 1,2% Nitrito de sodio + 7,4% tiosulfato de sodio
  23. 23. Agronomía-U.C.V. Fitatos … Otros Metabolitos Secundarios ... FitatosMetabolismo Secundario El ácido fítico y sus sales, los fitatos, agrupan 2/3 del fósforo de Fósforo (%) Actividad de origen vegetal de los monogástricos. Presentan gran habilidad Total Fítico Total/Fítico fitasa (U/kg) quelatante, formando complejos insolubles con algunos cationes. Se puede reducir su presencia por germinación, uso de fitasas fúngicas y autolisis. CEREALES Trigo 0,33 0,18 55 1565 En ... Maíz Arroz 0,27 0,17 73 24 Granos de cereales, semillas Grano 0,12 y0,08 aceites de leguminosas. 65 112 Pulidura 1,57 1,13 72 134 Sorgo 0,26 0,17 66 24 Efectos ... OLEAGINOSAS (Subprpd) Incrementa requerimientos de0,49 Algodón (semilla) 0,64 minerales 77 51 Harina de Soya 0,57 0,37 65 62 Inhiben enzimas digestivas (ej. Pepsina, pancreatina y amilasa) Harina de Palma 0,51 0,29 57 34 Quelación de calcio reduce actividad de tripsina y amilasa Harina de coco 0,43 0,24 56 37 Reducido por fitasas (endógenas y exógenas) Godoy et al. (2005)
  24. 24. Taninos ...Agronomía-U.C.V. Son compuestos fenólicos, más o menos solubles en agua, y con Taninos …Metabolismo Secundario capacidad para precipitar la gelatina y otras proteínas. Se agrupan en hidrolizables (de importancia en leguminosas) y condensados. En ... Mayoría de las leguminosas: Acacia, Proteínas ricas en prolina ... Leucaena, Prosopies, Albizia, etc. Presente Ausente Venado Bovinos Efectos ... Ratones Ovinos Alta afinidad por las proteínas de la digesta Conejos Marmota Reducción del consumo voluntario Monos Pollos Baja absorción de hierro y otros minerales Cabras Efecto beneficioso en rumiantes (20 mg/kg MS) Humanos
  25. 25. Taninos condensados + Proteínas Complejo insoluble Boca Masticación Tanino / Proteína Rumen Protección del complejo Taninos condensados libres ( pH 5-7 ) Fermentación de CHO”s Abomaso Disociación del Proteínas ( pH 2.5 - 3.5 ) complejo Duodeno Taninos Condensados Digestión y ( pH 8-9 ) Libres absorciónFuente: Mello (1990)
  26. 26. Agronomía-U.C.V. Metabolismo de nitrógeno ... GRUPO Taninos … Taninos PEGMetabolismo Secundario Consumo N (g/día) 42,4 47,6 Nitrógeno en digesta (g/kg MS) Rumen 39,9 33,0 Abomaso 48,8 43,3 Ileum 33,6 20,7 Heces 38,3 22,7 Digestibilidad en (%N) : Rumen 13 26 Inst. delgado 53 55 Inst. grueso 1 0 Total 67 81 Menor consumo ... Destoxificación ... Menor tasa de fermentación microbial Secado del forraje Menor concentración de NH3 en rumen Uso de PEG Suplementación con plantas libres ruminal Disminución de tasa de recambio de taninos y urea Manipulación de microflora ruminal Menor producción de AGV´s Fuente: Waghorn et al. (1994)
  27. 27. Agronomía-U.C.V. Micotoxinas ... Micotoxinas …Metabolismo Secundario Son compuestos de naturaleza no proteica, de peso molecular intermedio, que se generan del crecimiento y multiplicación de los hongos en un sustrato apropiado. El término se deriva de las palabras griegas mykes (hongos) y toksikon (veneno). Condiciones óptimas ... Concentración de oxígeno de 20,9% pH entre 6,0 y 7,0 Temperatura superior a 20 ºC Humedad de 14 a 20% Otros (integridad de cutícula del grano, etc.)
  28. 28. Agronomía-U.C.V. Micotoxinas en el mundo ... Localidad Micotoxinas Micotoxinas …Metabolismo Secundario Oeste de Europa ocratoxinas, desoxinivalenol, zearalenona Este de Europa zearalenona, desoxinivalenol Norteamérica ocratoxinas, desoxinivalenol, zearalenona, aflatoxinas Sudamérica aflatoxinas, fumonisinas, ocratoxinas, desoxinivalenol, toxina T-2 Africa aflatoxinas, fumonisinas, zearalenona Asia aflatoxinas Australia aflatoxinas, fumonisinas Contaminación por Micotoxinas (%) en alimentos para aves Maíz Otros Alimento Micotoxina (10 muestras) ingredientes para aves Aflatoxina 24 33 92 Vomitoxina 50 44 88 Acrotoxina 24 22 80 Zearolina 40 66 60 T-2 Toxina 0 33 36 Fremonixina 50 78 88 Países: Taiwán, Malasia, Tailandia, Singapur, Indonesia e India González (2005)
  29. 29. De mayor interés ... DL50 Cultivos más Toxina Hongo Principales efectos (mg/kg PV)1 sensibles Crecimiento reducido, daños Todos los Aspergillus cereales, Semilla Aflatoxina 3 de hígado, ictericia, reducción sp. de algodón, Maní, de inmunidad grano de soja Infertilidad, anestros, Todos los Zearalenona Fusarium sp. 10 mortalidad embrionaria, cereales, alfalfa, prolapso rectal, calidad del yuca, maní y sorgo semen Tricotecenos Inapetencia, vómito, Fusarium sp. 10 Todos los cereales (T2, DAS,DON) reducción de inmunidad Aspergillus Ocratoxina y Crecimiento reducido, Cereales, maní y sp. Penicillum 10 Citrinina sp. daños bazo/hígado sorgo Reduce ingesta y crecimiento, Fumoninisina Fusarium sp. 19 problemas respiratorios, Todos los Cereales1= En caso de cerdos edema pulmonarFuente: Devegowda et al (1998)
  30. 30. Agronomía-U.C.V. Micotoxinas … Control de Micotoxinas ...Metabolismo Secundario Uso de antimicóticos (ej. base de ácido propiónico) Tratamiento: Físico: Calor, luz ultravioleta y dilución del alimento contaminado, Químico: Amoniaco, bisulfito de sodio, formaldehído, ácido ascórbico y ozono Uso de secuestrantes Minerales: Arcillas (bentonita), zeolitas, aluminosilicatos de Ca y Na Biológicos: Glucomananos Degradación biológica (bacterias, levaduras y hongos)
  31. 31. ¿ Existe control ? ...Agronomía-U.C.V. En general …Metabolismo Secundario Manipulación Genética (Clásica o por Ingeniería Genética) Rotación de potreros Formulación de las dietas Selección de ingredientes Dilución de dietas Suplementación con nutrientes (nitrógeno, vitaminas, sales yodadas, etc.) Tratamiento de materiales Primarios: Tratamientos químicos, enzimáticos, físicos (fraccionamiento, aplicación de calor) Secundarios: Extrusado, peletizado, etc.
  32. 32. Agronomía-U.C.V. Importancia en la Producción Animal…Metabolismo Secundario “La canción a los campos retorne en el alba sembremos la voz, explotar a la tierra y no al hombre es consigna de un hombre mejor ” Antonio Esteves Himno Facultad de Agronomía, U.C.V.

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