Instituto Politécnico Nacional Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería campus Guanajuato Producción de Alcaloides Alcaloides
Tecnologías de Producción de Biomoléculas
7BM1
Espinoza Flores Cristian Eduardo Falcón Castillo Laura García Córcoles Reynaldo Márquez Villa José Martín “Everything is a poison and nothing is without “Everything Méndez Díaz Taurino toxicity. Only the dose makes that a thing is no
Definición Alcaloides: Compuestos nitrogenados, nitrogenados, tiene una estructura estructura compleja con varios heterociclos y notables actividades fisiológicas en el hombre y en los animales (Primo, 1995).
Derivados de aminoácidos de carácter básico con propiedades farmacológicas importantes a dosis bajas (Ibarra et al , 2011).
Historia
Jean Francis Derosne (1803) Alcaloide: Narcotina
Friedrich Sertürner (1806, 1816) Alcaloide: Morfina
(Pacheco, 2012)
Clasificación
(Arango, 2008)
(Arango, 2008)
Biosíntesis Órgano/Específica
Función Biológica ● Defensa química de la planta. Cafeína, Nicotina, alfa-solanina. ● Reservorio de Nitrógeno. ● Implicados en procesos de degradación y almacenamiento de compuestos nitrogenados. ● Protectores frente a radiación UV (Vivanco, 2005)
Alcaloides de núcleo tropánico El núcleo tropánico comprende un heterocíclcico nitrogenado bicíclico. La posición 3 es hidroxilada dando lugar a 2 isómeros. ● ●
El trans tropanol o el verdadero tropanol tiene el grupo OH en α (OH en posición trans en relación al grupo N-CH3). El cis tropanol o pseudotropanol tiene el grupo OH en β (ΟΗ en cis en relación al grupo N-CH3). Grupo atropina (tropanol): hiciosiamina, escopolamina.
Atropina,
Grupo cocaína (pseudotropanol): cocaína.
Aplicaciones Alcaloides derivados de núcleo tropánico Alcaloide
Planta
Efectos
Escopolamina
Hyocyamus niger·
Dosis bajas: Sedante del SNC con efecto hipnótico. · Dosis altas: Alucinaciones e intoxicación
Atropina/ Hiosciamina +Estable /+Activo
Atropa belladona
·
Antagonistas de la acetilcolina en piel, tracto intestinal y respiratorio
Cocaína
Erythrosylum coca·
Anestésico de superficie natural. Vasoconstrictor
Paralizan células nerviosas sensoriales.
Aplicación ·
·
·
Tratamiento de Iritis · Uveítis · Parkinsonismo Tratamiento de colon irritable
· Midriática Antiespasmódicos (Cólicos intestinales biliares o renales) · Relajamiento peristaltismo
· Anestésico tópico en cavidad nasal, laringe. Usada al 5%. Dosis máxima de 100mg
Alcaloides morfinanos Exclusivos del género Papaver (P. somniferum, P. setigerum, P. rhoeas) Opio: se obtiene de cápsulas inmaduras de P. somniferum. contiene alrededor de 25 alcaloides combinados con ácido mecónico (Arango, 2008).
Clasificación 1.
Grupo de la morfina
2. Grupo de la Narcotina o noscapina
2.
4.
Grupo de la papaverina
Grupo de la Narceina
Aplicaciones Alcaloide Morfina
Codeína -Analgesia/Inhibidor respiratorio
Efecto Acción sobre SNC 1.- En el sistema aferente a nivel espinal 2.- Sistema límbico: sustitución de sensaciones ●
Acción sobre receptores en neuronas que participan en el control del sistema respiratorio Reducción de la sensibilidad al CO 2
●
Aplicación terapéutica ●
Analgésico (Aliviar y disminuir dolores de gran intensidad agudos y crónicos)
●
Antitusígeno (limitado a la dosis)
Vinblastina
La vinblastina es un alcaloide que se obtiene de Catharanthus roseus, es usado en el tratamiento de pacientes que sufren de leucemia o la enfermedad de Hodgkin.
Vinblastina Mecanismo: Despolimeriza el huso mitótico, resulta en la división y separación de
las células tumorales, reduciendo la incidencia de cáncer. Tiene citotoxicidad selectiva en el sistema de leucemia B-388 debido a la inducción del factor de necrosis tumoral ( Kaur et al., 2015). Biosíntesis
Vinblastina 2. Conjugación química
Reacción de Polonovski-Potier. Se colocan la cataranteina y la vinidolina en un medio ácido con oxígenos singuletes, que se producen con H2O2 y NaClO4, dando eficiencias del 20%.
Vinblastina 2. Conjugación química Unión con Fe (3)-NaBH4 Genera un catión radical-->Fragmentación oxidativa Reducción eficiencia 80% →
→
→
Producción Producción
Es uno de los casos de éxito en la producción y venta de metabolitos secundarios con actividades anticancerígenas. Lleva más de 40 años en el mercado. Fue aislada por Robert Noble, de Catharanthus roseus, quien la utilizó en “te”. Se han tomado diferentes alternativas para su producción: 1. Cultivos in vitro. 2. Producción de precursores in vitro seguido síntesis química
( Haque et al., 2010)
Producción in vitro MS,Ácido 1-naftalenacé tico (NAA)
Hojas, raíces, segmentos nodales, frutos inmaduros
MS,2,4-Diclorofenoxiacético (2,4-D)
*
MS,3% Sacarosa
3% Maltosa, ácido giberélico
Producción en México Existen restricciones en México. Para la elaboración de morfina es necesario del cultivo de amapola, al día de hoy, no está permitida en el país la producción de esta planta con el propósito de procesar y distribuir medicamentos derivados de ésta. De diciembre de 2012 al 24 de septiembre de 2015 se eliminaron un total de 56,937.45 hectáreas de amapola en el país.
Producción en México La quinina se utiliza principalmente para el tratamiento de la malaria y se encuentra naturalmente en la corteza del árbol de la quina. La cafeína anhidra se encuentra en los productos de nutrición deportiva. Ambos alcaloides son ofrecidos por la empresa Mexalc
Producción en México La berberina es utilizada como antimicrobiano y como vasoconstrictor. Ofrecida por la empresa Aldama
Referencias ● ●
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Arango, A. J. (2008). Alcaloides y Compuestos Nitrogenados. Universidad de Antioquia. Medellin. Aslam, J., Mujib, A., & Fatima, Z. (2010). Variations in vinblastine production at different stages of somatic embryogenesis , embryo , and field-grown plantlets of Catharanthus roseus L . ( G ) Don , as revealed by HPLC. In Vitro Cell.Dev.Biol , 46, 348–353. Datta, A., Srivastava, P. (1997). Variation in vinblastine production by Cantharanthus Roseus during in vivo and in vitro differentiation. Phytochemistry, Vol. 46, No. 1, pp. 135 137. Flórez, J., Armijo, J. A. & Mediavilla, A. (2003). Farmacología humana. Barcelona: Masson. Páginas 440-442. Haque, I., Saba, H., (2010). Vinblastine: A review. J. Chem. Soc. Pak., Vol. 32, No. 2, (245-257). Hirata, K., Horiuchi, M., Ando T., Miyamoto, K., Miura, J., (1990) Vindoline and Catharanthine Production in Multiple Shoot Cultures of Catharanthus roseu. J ournal of Fermentation and Bioengineering Vol. 70, No. 3, 193-195. 1990. Kaur, R., Arora, S., (2015). Alkaloids-important therapeutic secondary metabolites of plant origin . J Crit Rev, Vol 2, Issue 3, 1-8.
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Ibarra, E., Pacheco, M., Garcìa, R., Chavez, M., Ramìrez, G., Soto, R. (2011). Actividad antioxidante del alcaloide Erythrina americana Miller. Revista Fitotecnia Mexicana. Vol. 38. Noriega, Saúl. L. (2016). El derecho a la amapola. 23/03/2017, de nexos Sitio web:
Referencias ●
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Inbaraj, J.J, Kukielczak, B.M., Bilski P et al . (2001) Photochemistry and photocytotoxicity of alkaloids from Goldenseal (Hydrastis canadensis L.) 1. Berberine. Chem Res Toxicol, 14 (11): 1529-34. Pérez Christian . (2012). Qué es la quinina y para qué sirve. 23/03/2017, de natursan Sitio web: https://www.natursan.net/que-es-la-quinina-y-para-que-sirve/ Primo, Y. E. (1995) Química orgánica básica y aplicada. De la molécula a la industria . Barcelona: Reverté. Páginas: 874-877. Pacheco, Rene. (2012-2013). Los Alcaloides. Monografía Previo Obtención del título de Químico Farmacéuta. Unidad Académica de Ingeniería Química, Biofarmacia, Industrias y Producción. Vivanco, J. M., Cosio, E., Loyola-Vargas, V. M., & Flores, H. E. (2005). Mecanismos químicos de defensa en las plantas. Investigación y ciencia, 341(2), 68-75. Zhu, X., Zeng, X., Sun, C., Chen, S., (2014). Biosynthetic pathway of terpenoid indole alkaloids in Catharanthus roseus Front. Med. 2014, 8(3): 285–293.