Los Terpenos

Jaime Garrido
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Los terpenos o terpenoides, también conocidos como isoprenoides, son quizás la familia más diversa de productos naturales sintetizados por las plantas, cuyo rango de aplicación comprende importantes funciones fisiológicas y sociales. Se conocen más de 40.000 terpenoides diferentes que han sido aislados en plantas, microorganismos y especies animales.

El nombre de terpeno viene de la palabra alemana terpentin que es el nombre que le asignaron al compuesto obtenido (aguarrás) de la destilación de la resina de ciertos pinos. Los terpenos son de naturaleza lipídica por lo que no son solubles en agua. Tienen un origen biosintético común y están formados por unidades básicas de 5 carbonos.

Los terpenos o isoprenoides constituyen uno de los grupos de compuestos secundarios ampliamente presentes en el reino vegetal. Entre ellos se encuentran metabolitos claramente secundarios (como los componentes de esencias, bálsamos y resinas) y un importante grupo de metabolitos considerados fisiológicamente primarios.

Entre los isoprenoides considerados primarios figuran las fitohormonas giberelinas y el ácido abscísico; la cadena isoprenoide de algunas citoquininas, de la plastoquinona y de la ubiquinona; el fitol de la clorofila; los carotenoides; los fitoesteroles esenciales para la integridad de las biomembranas y los dolicoles.

Los terpenos se originan por polimerización enzimática de dos o más unidades de isopreno (compuesto de 5C), ensambladas y modificadas de muchas maneras diferentes. La mayoría de los terpenos tienen estructuras multicíclicas, las cuales difieren entre sí no sólo en grupo funcional sino también en su esqueleto básico de carbono. El precursor del isopreno y por tanto de los terpenos es el isopentenil difosfato (IPP) en eucariotas y el dimetilalil difosfato en procariotas

En función del número de carbonos los terpenos reciben las diferentes denominaciones que se muestran en la siguiente tabla:

Unidades 5CNombreTotal carbonos
2Monoterpenos10
3Sesquiterpenos15
4Diterpenos20
6Triterpenos30
8Tetraterpenos40
> 20Politerpenos> 100

También se suelen clasificar en función del número de unidades teóricas de isopreno de que se componen: monoterpenos (2 unidades), sesquiterpenos (3 unidades), diterpenos (4 unidades), triterpenos (6 unidades), tetraterpenos (8 unidades) y porliterpenos (más de 8 unidades)

Características de los Terpenos

Las principales características de los terpenos las podemos resumir en las siguientes:

  • Liberan isopreno a altas temperaturas
  • La mayoría de los terpenos son cíclicos
  • Presentan muchos derivados oxidados
  • Están presentes en muchas estructuras compuestas como:
    • Ésteres (ésteres de forbol)
    • Alcaloides isoprenoides (taxol)
    • Glucósidos (cardenólidos, saponinas)
    • Moléculas preniladas (clorofilas, citoquininas)

Dado que los terpenos son insolubles en agua las plantas utilizan estructuras especializadas para su síntesis y almacenamiento. Como ejemplos podemos citar:

  • Tricomas glandulares (hoja de orégano)
  • Cavidades secretoras (hojas limonero)
  • Epidermis glandular (pétalos flores)
  • Epidermis especializadas (ceras)
  • Canales de resina (pinos)
  • Canales de latex (árbol del caucho)

Muchos de los terpenos poseen características insecticidas por lo que ejercen una función defensiva en la planta contra los insectos. La mayoría de los terpenos son cíclicos, de ahí que la principal enzima que actúa en la ruta de síntesis se denomine también terpeno ciclasa.

Síntesis de los Terpenos

La biosíntesis de los terpenos se realiza a través de dos rutas distintas, la ruta del ácido mevalónico en el citosol y la ruta plastídica del piruvato en los cloroplastos y otros plastidios o vía del 3-PGA/piruvato. Ambas rutas llegan al precursor fundamental isopentenil difosfato (IPP) o el dimetilalil-difosfato.

Síntesis Terpenos

Después de la síntesis del precursor los terpenoides tienen que pasar por unas fases intermedias de elongación y de síntesis definitiva de terpenos, concluyendo con la fase de modificaciones y transformaciones finales.

Ruta metabólica terpenos

Las preniltransferasas catalizan la transferencia de un isoprenoide difosfato a otro isoprenoide difosfato (elongacion) o a otro aceptor no isoprenoide (prenilacion), de estas la mas estudiada es la farnesil difosfato sintasa.

Las prenilaciones son adhesiones de los isoprenoides o terpenos a otros compuestos, especialmente proteínas y flavonoides.

Las terpeno sintasas catalizan la formación de terpenos a partir de:

  • GPP monoterpeno sintasas
  • FPP sesquiterpenos sintasas
  • GGPP diterpeno sintasas

En muchos casos, se emplean como sinónimos ciclasas y sintasas.

Distintas isoenzimas de la hidroximetilglutarilcoa reductasa (HMG-CoA) están asociadas a la síntesis de diversas clases de terpenos y además es esencial en la ruta del ácido mevalónico.

Leucoplastos terpenos

Como ejemplo citaremos que en los leucoplastos se sintetizan monoterpenos de aceites esenciales como el linalool, en cloroplastos se sintetizan el fitol de la clorofila, los carotenoides fotosintéticos y la parte isoprenoide de la plastoquinona y en los cromoplastos se sintetizan los carotenos (licopeno en el tomate y β-caroteno en las zanahorias) y las xantofilas.

Como ejemplo citaremos que en los leucoplastos se sintetizan monoterpenos de aceites esenciales como el linalool, en cloroplastos se sintetizan el fitol de la clorofila, los carotenoides fotosintéticos y la parte isoprenoide de la plastoquinona y en los cromoplastos se sintetizan los carotenos (licopeno en el tomate y β-caroteno en las zanahorias) y las xantofilas.

Regulación de la síntesis de terpenos

En general la regulación se realiza mediante el control de los genes que participan en la expresión de los compuestos y enzimas de la ruta metabólica. Los elicitores fúngicos inducen la expresión de la sesquiterpeno ciclasa pero a su vez reprimen la síntesis de la escualeno sintasa. La regulación de los terpenos por realimentación negativa es muy rara o inexistente.

terpenos fitoalexinas

El licopeno es un pigmento vegetal, soluble en grasas, que aporta el color rojo característico a los tomates y sandías entre otros vegetales. Es un terpeno que pertenece a la familia de los carotenoides. El contenido en licopeno aumenta con la maduración de los tomates y puede presentar grandes variaciones según la variedad, condiciones del cultivo como el tipo de suelo y clima, tipo de almacenamiento, etc. Su regulación está incluida en el programa de desarrollo de la planta mediante el control de la expresión de los genes participantes.

Funciones de los terpenos.

Las funciones que cumplen los terpenos en las plantas en en general las mismas que llevan a cabo todos los metabolitos secundarios de las plantas pero también muestran algunas de los metabolitos primarios.

Entre las funciones primarias podemos destacar:

  • Hormonas: ABA, GAs, brasinoesteroides
  • Esteroles (membranas)
  • Dolicoles (transporte de azucares)
  • Carotenoides (pigmentos fotosintéticos)

Las funciones secundarias más relevantes son:

  • Tóxicos (piretrinas, resinas, aceites esenciales)
  • Fitoalexinas (sesquiterpenos de Solanaceas)
  • Disuasores alimentarios (lactonas de sesquiterpenos)
  • Atrayentes polinizadores y dispersores (carotenoides)
  • Alelopatía

La naturaleza química de las fitoalexinas es diferente en función de la planta que la sintetice. Existen terpenos volátiles que producen alelopatías en las plantas vecinas, que se transmiten a través del aire, como ocurre con los monoterpenos canfor, mintenal y cavanona, producidos por el romero de Florida (Ceratiola ericoide), o también con ciertos terpenos volátiles sintetizados por algunas labiadas como la menta, el romero y el tomillo, o los aceites esenciales del eucalipto, como el cineol, limoneno, etc

El citral es un monoterpeno abundante en los cítricos que tiene como diana a los microtúbulos. Su mecanismo de acción se basa en la interacción con la tubulina del citoesqueleto, previniendo su polimerización y la elongación de los microtúbulos, e interfiriendo en los procesos de división y movimiento celular.

Tipos de Terpenos

Hemiterpenos

Los hemiterpenos son los terpenos más pequeños, con una sola unidad de isopreno. Poseen 5 carbonos y 2 enlaces dobles en su estructura. El hemiterpeno más conocido es el propio isopreno, un producto volátil que se desprende de los tejidos fotosintéticamente activos. Su volatibilidad hace que las plantas de todo el planeta se desprendan de 500 x 109 kg de C al año.

La enzima isopreno sintasa cataliza la síntesis de isopreno a partir del dimetilalil-difosfato y está presente en los cloroplastos de muchas especies C3. Se presenta de dos isoformas, una aislada en el estroma y otra ligada a tilacoides.

La emisión de isopreno aumenta con la temperatura y es mayor en la luz. Como efecto negativo se puede destacar que favorece la formación de O3 en la troposfera y de otros compuestos que tienen efecto invernadero.

En las plantas se ha probado el efecto beneficioso de la emisión de isopreno y se constata que:

  • Se produce una disminución de la tolerancia térmica cuando disminuye la emisión de isopreno en mutantes con defectos en la síntesis o mediante el uso de inhibidores de la isopreno sintasa
  • Se experimenta un aumento de la tolerancia térmica cuando aumenta la cantidad de isopreno por fumigación o por sobre-expresion de isopreno sintasa
  • La emisión de isopreno disminuye otros mecanismos que se activan al aumentar la temperatura, como la emisión de terpenos o la activación de antioxidantes.
  • Se experimenta un aumento de la fotosíntesis neta a altas temperaturas en plantas fumigadas con isopreno.

Conclusion: el isopreno tiene actividad antioxidante que hace innecesaria la activación de los otros mecanismos. Se piensa que el beneficio es estabilizar la planta en episodios de aumento de temperatura.

Gráfica Terpenos

Terpenos Volátiles

Los terpenos volátiles son aquellos que tienen menor número de carbonos, como son el isopreno, los monoterpenos y los sesquiterpenos. La emisión de terpenos volátiles a la atmósfera afecta a la química de esta y a la formación de aerosoles. Además intervienen en la comunicación planta-insecto y planta-planta.

Los terpenos volátiles tienen gran interés porque aumentan la resistencia de las plantas al estrés térmico y oxidativo, y al estrés biótico, pero también tiene efectos adversos sobre el clima.

Como derivados más conocidos de los terpenos podemos citar el ácido lisérgico, que es sintetizado por el hongo Claviceps purpurea, conocido como la cornezuela del centeno, y la humulona que es un aceite esencial que se sintetiza en la planta del lúpulo (Humulus lupulus).

Monoterpenos (10c)

Son las unidades básicas de las que deriva la nomenclatura de los terpenos y están compuestos por metabolitos lipofílicos, volátiles e incoloros. Su síntesis y almacenamiento se realiza en estructuras especializadas de las plantas. Los monoterpenos derivan del geranildifosfato.

Sus principales funciones son:

  • Interacciones planta-insecto
    • atraen polinizadores (aromas florales)
    • actúan como defensa (partes vegetativas)
      • tóxicos
      • disuasores
      • atraen parasitos y depredadores
  • Interaccion planta-planta: alelopatia (canfor, mirtenal, mentofurano)

Como ya hemos visto anteriormente, las piretrinas son insecticidas naturales que se sintetizan en algunas plantas de la familia de las Compuestas (Chrysanthemum y Tanacetum).

Las resinas naturales constituyen mezclas de compuestos de amplia variedad e interés comercial. La extracción, transformación y usos de éstas resinas se describen desde la antigüedad, existen en la Biblia, el Ramayana, el Mahabharata y otros escritos que datan de los primeros siglos de nuestra era. Dentro de las resinas naturales se destaca la extraída de los pinos (coníferas).

Las resinas u oleorresinas son secreciones producidas por plantas superiores lignificadas del género Pinus, constituidas por ácidos resinosos disueltos en una mezcla de compuestos terpénicos.

Se denomina resina a este exudado arbóreo mientras permanece en el árbol. Cuando es obtenida en su estado bruto se le denomina miera. Una vez purificada recibe el nombre de oleorresina. De la oleorresina se le separan sus componentes sólido (colofonia) y líquido (aguarrás).

Los pinenos, al igual que el limoneno y el mirceno, son monoterpenos que mezclados se presentan en la resina y en tallos y hojas de los pinos. También tienen un efecto como insecticida. Se conocen dos tipos de pinenos, alfa y beta pineno: el alfa-pineno se emplea en la producción de aceite de pino, canfeno, terpineol, terpinoleno, acetato de terpinilo y dipenteno. A partir del beta-pineno se sintetiza mirceno.

El Terpinen-4-ol se considera el ingrediente activo primario del aceite del árbol del té Melaleuca alternifolia (Myrtaceae) siendo el principal componente antibacteriano del aceite de esta planta. Es también el compuesto de la concentración más alta en el aceite esencial de nuez moscada.

El Thujone es el agente neurotóxico del aceite del ajenjo o Artemisia absinthium (Compositae/Asteraceae). El sabor amargo del ajenjo también, denominado absenta, viene de las lactonas absinthin y anabsinthin. El ajenjo también contiene un aceite volátil compuesto principalmente de thujone, un hidrocarburo aromático que existe en una variedad de plantas, incluyendo a la salvia, el árbol de la vida y algunas compuestas. El aceite volátil del ajenjo comprende de 1- 2% (de peso) de extracto de ajenjo y puede contener hasta 70% de thujone.

En su libro Absinthe: History In a Bottle, Barnaby Conrad explica que hacia finales del siglo XIX «el vaso verde sobre la mesa de café simbolizaba anarquía o un rechazo deliberado a las normas y obligaciones de la vida«. La bebida era estimada por la bohemia «decadente» no sólo como un afrodisíaco, sino como una fuente de inspiración artística. La lista de famosos bebedores incluía a Edgar Allan Poe, Jack London, el dramaturgo August Strindberg y Oscar Wilde, para quien un vaso de ajenjo era «tan poético como una opuesta de sol«. En España está prohibida su comercialización y venta.

Los aceites esenciales suelen estar compuestos por una mezcla de mono y sesquiterpenos. Las plantas los utilizan como disuasores alimentarios, pero además se ha extendido su uso en la industria alimentaria y en perfumería adquiriendo una gran importancia industrial en la actualidad.

Los principales monoterpenos componentes de los aceites esenciales del limón y de la menta son el limonene y el mentol respectivamente.

Como atrayentes de polinizadores podemos citar al linalool y al 1,8-cineol (eucaliptol).

Sesquiterpenos (15c)

Son los terpenos de 15 carbonos (es decir, terpenoides de un monoterpenoide y medio). Como los monoterpenoides, muchos sesquiterpenoides están presentes en los aceites esenciales. Además muchos sesquiterpenoides actúan como fitoalexinas, compuestos antibióticos producidos por las plantas en respuesta a la aparición de microbios, y como inhibidores de la alimentación («antifeedant») de los herbívoros oportunistas. La hormona de las plantas llamada ácido abscísico (ABA) es estructuralmente un sesquiterpeno, su precursor de 15 carbonos, la xantosina, no es sintetizada directamente de 3 unidades isopreno sino producida por un «cleavage» asimétrico de un carotenoide de 40 unidades.

Las lactonas sesquiterpénicas son un tipo de compuesto químico terpenoide presente en algunos taxones de plantas. Son conocidas principalmente en las Asteraceae (donde son diversas y taxonómicamente útiles, Seaman 1982) pero también están presentes en unas pocas familias más, como Apiaceae, Magnoliaceae y Lauraceae. Algunas lactonas sesquiterpénicas representativas son la partenina, la lactupicrina y la vernolepina. La nobilina es una lactona de sesquiterpeno de la manzanilla

La artemisina es una lactona de sesquiterpeno de Artemisia annua con efectos antimalaria. Como curiosidad podemos citar que se han descubierto antimaláricos de origen marino, procedentes de algunas esponjas y algas rojas que producen diterpenos, sesquiterpenos y compuestos aromáticos.

El gosipol C30H30O8 es un polifenol derivado de la planta del algodón (género Gossypium, familia Malvaceae). El gosipol es un aldehído polifenolico que permeabiliza las células y actúa como un inhibidor para varias de las enzimas deshidrogenasas. Es un pigmento amarillo. Entre otros usos, ha sido probado como anticonceptivo oral masculino en China. Además, el gosipol ha sido reconocido por poseer propiedades antimaláricas. Otras investigaciones se derivan en la búsqueda de propiedades anticancerígenas de la molécula.

Diterpenos (20C)

Son terpenos de 20 carbonos. Entre ellos se incluye el fitol, que es el lado hidrofóbico de la clorofila, las hormonas giberelinas, los ácidos de las resinas de las coníferas y las especies de legumbres, las fitoalexinas, y una serie de metabolitos farmacológicamente importantes, incluyendo el taxol, un agente anticancerígeno encontrado en muy bajas concentraciones (0,01% de peso seco) en la madera del tejo («yew»).

Los ésteres de forbol que sintetizan algunas plantas de la familia de las Euforbiáceas, son análogos de DAG (diacilglicerol) y potentes promotores tumorales que causan una variedad de cambios fisiológicos, cuando son administrados a células y tejidos. El DAG activa a una familia de proteínas quinasas de serina/treonina, conocidas colectivamente como proteína quinasa C (PKC). Los ésteres de forbol pueden estimular directamente a PKC.

El Paclitaxel es un fármaco antimitótico utilizado para el tratamiento del cáncer, que se extrae de la corteza del Tejo del pacifico, Taxus brevifolia, y que se vende con el nombre comercial de Taxol. Es un diterpeno con parte protoalcaloide y al igual que la colchicina y el citral su diana son los microtúbulos.

La definición del Instituto Nacional del Cáncer de EEUU es la siguiente: “A drug used to treat breast cancer, ovarian cancer, and AIDS-related Kaposi sarcoma. It is also used together with another drug to treat nonsmall cell lung cancer. Paclitaxel is also being studied in the treatment of other types of cancer. It is a type of mitotic inhibitor. Also called Taxol.”

Dado que para la obtención de 360g de taxol se necesita descortezar alrededor de 4.000 árboles, se han probado alternativas a la extracción de corteza de tejo, como:

  • Análogos sintéticos
  • Cultivos celulares
  • Síntesis química
  • Obtención de precursores de hojas o acículas de Taxus baccata o Taxus wallichiana cultivados mediante el cultivo de células o de callos.

El cultivo de células presenta los problemas de una baja velocidad de crecimiento (ciclo 15-20 dias) y una baja producción de taxol (0.02% peso seco).

Se puede hacer una optimización de las técnicas mediante la:

  • Selección de líneas celulares productoras de elite a partir de genotipos seleccionados con alta velocidad de crecimiento y estabilidad.
  • Condiciones optimas de cultivo (aireación, oscuridad, PVP)
  • Búsqueda de elicitores.

Los elicitores fúngicos presentan los problemas de estrés oxidativo y muerte celular en la planta, pero sin embargo los elicitores abióticos (sales, estrés osmótico, metales pesados como Ag, etc) aumentan la producción de taxol (varias veces). El metiljasmonato también aumenta notablemente la producción de taxol (100 veces).

Con la idea de minimizar los problemas de la bioproducción de taxol se han seleccionado varias estrategias de producción:

  • Utilización de medios de cultivo con dos fases (liquido-solido o liquido-liquido), una de ellas para capturar el taxol.
  • Realizar cultivos en dos etapas, añadiendo el elicitor en la segunda
  • Mediante el suministro de precursores biosinteticos (Phe)
  • Realización de estudios en biorreactores

Actualmente se conocen más de 400 taxanos, entre los que podemos destacar los siguientes:

  • DOCETACEL (TaxotereR, Sanofi-Aventis) Analogo semisintetico del paclitaxel
  • ABREXANE Paclitaxel unido a albumina
  • Taxanos de otras especies de Taxus (aciculas)
    • Taxus baccata (europeo)
    • Taxus canadiensis (canadiense)
    • Taxus cuspidata (japones)
  • Taxanos de hongos endofiticos (Taxomyces andreanae, Pestalotiopsis microspora, Pestalotiopsis sp.). Protegen a la planta frente a patógenos pero se obtiene una baja producción tanto en la naturaleza como en el laboratorio.

Triterpenos y esteroides (30c)

Los triterpenos son terpenos de 30 carbonos. Son por lo general generados por la unión cabeza-cabeza de dos cadenas de 15 carbonos, cada una de ellas formada por unidades de isopreno unidas cabeza-cola. Esta gran clase de moléculas incluye a los brassinoesteroides, componentes de la membrana que son fitoesteroles, algunas fitoalexinas, varias toxinas y «feeding deterrents», y componentes de las ceras de la superficie de las plantas, como el ácido oleanólico de las uvas.

Entre los triterpenos más conocidos tenemos a los limonoides, que son tóxicos o disuasores alimentarios (ej: azadiractina y sustancias amargas de los limones) y los cardenólidos, como los sintetizados por Digitalis (activas sobre el músculo cardíaco), o bien los sintetizados por Asclepias (algodoncillo uso en defensa por mariposa monarca).

Los esteroides son metabolitos primarios como los esteroles y los brasinoesteroles. El esterol más común en los animales es el colesterol, que forma parte de las membranas de todas las células y a partir del cual se sintetizan los demás esteroides. Las plantas superiores contienen fitoesterol que es en realidad una mezcla de composición variable de tres componentes: campesterol, sitoesterol y estigmaesterol.

Las fitoecdisonas son esteroides, análogas a hormonas de insectos que al sustituirlas impiden la muda y por tanto el crecimiento.

Otros esteroides son los progestágenos (21 átomos de C, precursores carotenos) y los estrógenos y andrógenos (18 y 19 átomos de C, estradiol, testosterona).

Las saponinas son glucosidos de triterpenos y esteroides, por ejemplo la yamogenina, del ñame (Dioscorea) que se emplea con anticonceptivo. El Sapindus saponaria o árbol del jabon, es una especie de America que contiene saponinas; estas son utilizadas como jabones naturales y en la industria farmacéutica, y además le protegen de muchas plagas.

Los glucósidos cardiacos son compuestos que derivan de la digital, sustancia obtenida de la planta Digitalis purpurea usada ampliamente en medicina en el tratamiento de la insuficiencia cardíaca. Los glucósidos cardiacos incluyen mezclas de glucósidos de la hoja de digital como la digitoxina, derivada de D. purpurea y la digoxina y el lanatósido A, derivada de D. lanata. Aunque difieren de su estructura química y farmacocinética, en el corazón tiene propiedades terapéuticas muy similares.

Tetraterpenos (40c)

Son terpenos de 40 carbonos (8 unidades de isopreno). Los tetraterpenos más prevalentes son los pigmentos carotenoides accesorios que cumplen funciones esenciales en la fotosíntesis. Los principales tetraterpenos son los carotenoides, es decir, los carotenos y xantofilas. El fitoeno es el precursor de los tetraterpenos.

Hay tetraterpenos con función primaria y otros con función secundaria. Con función primaria podemos señalar los pigmentos en el aparato fotosintético que realizan:

  • protección frente a especies activadas de oxigeno
  • disipación exceso de energía (ciclo de las xantofilas)
  • pigmentos accesorios
  • precursores del ABA

Los tetraterpenos con función secundaria son los pigmentos de flores y frutos. Entre los carotenoides más comunes podemos citar la capsantina que le da el color a los pimientos, el β-caroteno que le da el color a la zanahoria, y el licopeno que le da el color a los tomates y además es el precursor de los carotenoides.

Parece ser que la función principal de los carotenoides es proteger al aparato fotosensible mediante mecanismos de disipación y extinción de energía puesto que los pigmentos carotenoides absorben los fotones peligrosos y también hacen que el singlete 1O2 vuelva a la forma de triplete 3O2. La fotooxidación sucede cuando la luz es intensa y el transporte de electrones no opera al 100%. Cuando la clorofila está desexcitada (1Clf) se encuentra en estado de singlete, pero al recibir energía lumínica se excita y pasa al estado de triplete (3Clf*):

Clf terpenos

El 1O2 es el singlete que produce daños fotooxidativos, a veces irreversibles.

El ciclo de protección de los carotenoides se denomina también ciclo de las xantofilas, en concreto de la zeaxantina, que es el carotenoide involucrado en la protección de los fenómenos de fotooxidación. Las zeaxantinas tienen un grupo de 2O2 denominado grupo epóxido. Cuando la luz es intensa el proceso está catalizado por unas enzimas denominadas epoxidasa y desepoxidasa y la intervención del ascorbato (vitamina C).

En el lumen de los tilacoides la acción del ascorbato sobre la violaxantina mediado por la desepoxidasa produce anteraxantina además de deshidroascorbato mas agua. La anteraxantina es transformada a su vez por la misma enzima y la acción del ascorbato en zeaxantina, que es en definitiva el carotenoide que capta la energía del oxígeno singlete y libera en forma de calor.

Terpenos energía

En condiciones de baja intensidad lumínica la zeaxantina es reducida a violaxantina a través del intermediario anteraxantina, con generación de NADP+ y agua.

Curva terpenos

En el gráfico se muestra la variación diurna del contenido en xantofilas. Se aprecia que se produce un descenso de la violaxantina en los momentos de máxima iluminación y un aumento de la zeaxantina así como de la anteraxantina.

La síntesis de carotenoides no es exclusiva de las plantas puesto que se ha comprobado que mutantes de E.coli expresan genes de la síntesis de carotenoides.

Los carotenoides tienen un gran interés comercial puesto que:

  • Son precursores de la Vitamina A retinal (pigmento visual) retinol (Vit A) acido retinoico (control morfogenesis)
  • Se utilizan como aditivos alimentarios (saborizantes, colorantes)
  • Su uso se ha extendido en cosmética (colorantes)
  • Son agentes anti-tumorales

Politerpenos.

Son terpenos que contienen más de 8 unidades de isopreno; incluyen a los «prenylated quinone electron carriers» como la plastoquinona y la ubiquinona, también poliprenoles de cadena larga relacionados con las reacciones de transferencia de azúcares (por ejemplo el dolicol), y también a enormemente largos polímeros como el «rubber», usualmente encontrado en el látex.

Los politerpenos tienen funciones primarias y secundarias.

Como metabolitos primarios la parte terpenica de quinonas (ubiquinona y plastoquinona) y poliprenoles como los dolicoles, y como metabolitos secundarios el Caucho, la Gutapercha y el Chicle.

En la mayoría de las plantas el látex se produce en el floema y se acumula en vasos largos e interconectados denominados laticíferos. La escisión de la corteza permite la exudación del látex. La principal fuente de caucho para fines comerciales es Hevea brasiliensis (árbol nativo del bosque tropical amazónico). La principal fuente de guta es el arbusto desértico Parthenium argentatum, el cual no almacena el látex en laticíferos sino en vacuolas del tallo y las raíces.

Meroterpenos.- Son productos naturales de origen biosintético mixto. Así se llama a los metabolitos secundarios de las plantas que tienen orígenes sólo parcialmente derivados de terpenos. Por ejemplo, tanto las citokinas como numerosos fenilpropanoides contienen cadenas laterales de un isoprenoide de 5 carbonos. Algunos alcaloides, como las drogas anticáncer vincristina y vinblastina, contienen fragmentos terpenos en sus estructuras. Además algunas proteínas modificadas incluyen una cadena lateral de 15 o 20 carbonos que es un terpeno, que es el que ancla la proteína a la membrana.

Interacciones planta-artrópodo.- Los terpenos median muchas interacciones entre plantas e insectos, por ejemplo, como atrayentes de polinizadores de Ophrys sphegodes (orquidea) y Andrena nigroaenea (abeja), y como sustancias defensivas bien como disuasores, bien como insecticidas. También actúan los terpenos en defensa indirecta inducible.

Un ejemplo de interacción lo tenemos entre algunas especies de orquideas (ej: Ophrys sphegoides) y algunas abejas (Andrena nigroaenea). La flor no polinizada emite compuestos análogos a las feromonas sexuales de las abejas hembras por lo que los machos se sienten atraídos hacia la flor y tratan de copular con ella. Cuando la flor ha sido polinizada emite compuestos disuasores similares a los que emiten las abejas hembras después de aparearse, actuando como señal de repulsión.

Otro ejemplo peculiar es el de los pulgones. Estos áfidos, en situaciones de alarma, emiten una feromona ((E)-b-farneseno) que provoca el cese de la alimentación, la dispersión de los áfidos y en su caso el nacimiento de individuos con alas. Determinadas plantas emiten el mismo terpeno como defensa contra los áfidos, haciendo que estos dejen de alimentarse y se dispersen. Se habla de interacción tritrofica que es una relación indirecta inducible.

Larvas terpenos

Otros terpenos actúan como atrayentes de parásitos de herbívoros, provocando una interacción tritrófica. El gusano de la remolacha Spodoptera exigua, también denominado gardama, o gusano soldado, suele atacar a las plantas del maíz. Esta planta cuando es atacada por el gusano emite volicitina, que es un terpeno volátil atrayente de un tipo de avispa, la Cotesia marginiventris. Esta hace su puesta sobre el cuerpo del gusano y después de la eclosión las larvas de la avispa destruyen al gusano.

En los tres gráficos se muestra la emisión de terpenos por la planta de algodón, atractivos de la avispa parásita (1 = Hexenal (2,3,4-compuestos relacionados), 5=linalool, 6=dimetil nonatrieno, 9 = farneseno), en tres momentos distintos del ataque de una oruga de lepidóptero. En el gráfico B se aprecia que se comienza a emitir terpenos con dominio del Hexenal. En el gráfico C la emisión de terpenos es abundante con dominio del dimetil nonatrieno y del farneseno.

Independientemente de que la planta sea atacada, la emisión de terpenos también es más abundante en las horas centrales del día, cayendo a valores mínimos en horas de oscuridad. Por ello la señal debe tener claridad, especificidad y ajuste temporal al horario de alimentación del herbívoro.

La emisión de componentes volátiles no siempre beneficia a la planta puesto que a veces ayudan al insecto a reconocer a la planta de la que se nutre.

La herbivoría implica además herida e interacción química. La duración del daño y la extensión del daño (características de la herida) contribuyen a la respuesta total de volátiles emitidos.

Se ha comprobado, como se muestra en los gráficos, que la saliva que la oruga segrega al comer la planta interacciona químicamente con los compuestos de la planta, induciendo a esta a emitir los terpenos defensivos. Para ello se han realizado perforaciones en hojas de planta con una “oruga mecánica” y se ha visto que la planta produce terpenos distintos a los que produce cuando la planta es atacada por una oruga de Spodoptera exigua.

La duración del daño y la extensión del daño (características de la herida) contribuyen a la respuesta total de volátiles emitidos.

La constatación de la interacción química de la saliva con los compuestos de la planta se ha llevado a cabo mediante experimento realizados con orugas a las que se la ha extraído la glándula salivar. Las orugas a las que les ha practicado la ablación de la glándula no han provocado la misma reacción de la planta que las orugas silvestres. Por ejemplo, la eliminación de las glándulas salivares disminuye la producción de H2O2 en tomate atacado por estas orugas.

También se ha visto que componentes de la saliva de insectos suprimen en parte la respuesta defensiva inducible en plantas de tabaco.

Por otra parte, también se ha comprobado que determinadas especies de plantas presentan una emisión de terpenos desencadenada por oviposición. Las larvas del díptero Diprion pini provocan daño en las acículas de los pinos, en particular de Pinus sylvestris, induciendo la desfoliación. La puesta de huevos sobre las acículas desencadena reacciones químicas en la planta que finalizan con la producción de terpenos que atraen a Chrysonotomyia ruforum. Esta avispa parasita los huevos del díptero y los destruye.

No sólo por las partes aéreas las plantas emiten terpenos. Las plantas de maíz cuando son atacadas por las larvas del coleóptero Diabrotica virgifera virgifera emiten terpenos ((E)-b-cariofileno) por las raíces. Estos terpenos son atrayentes de un nematodo (Heterorhabditis megidis) que habita en la rizosfera, que parasita a las larvas del coleóptero y las destruye.

Los genotipos americanos de maíz han perdido esta capacidad, que por el contrario, poseen los genotipos europeos y el antecesor silvestre del maíz americano (Zea mays parviglumis). Por tanto, la recuperación de la capacidad perdida podría ser una vía de mejora de la resistencia a plagas del maíz americano.

Ecología de las resinas.

Las resinas u oleorresinas son secreciones producidas por plantas superiores lignificadas del género Pinus, constituidas por ácidos resinosos disueltos en una mezcla de compuestos terpénicos. Los componentes primarios son separados mediante el proceso de destilación por arrastre con vapor, siendo los mismos, la Colofonia y Trementina.

Las resinas de coníferas tienen una fracción volátil y una fracción polimerizable. La fracción volátil está compuesto por mono y sesquiterpenos α y β pineno, mirceno; se utiliza como disolvente y vehiculo fracción polimerizable. También pueden actuar como disuasor, como insecticida, o como atrayente y precursor de feromonas.

La fracción polimerizable está compuesta por ácidos diterpénicos y acido abiótico (ámbar). Este se solidifica al aire y sella heridas, por lo que atrapa insectos. Puede actuar también como insecticida.

Los perforadores de la corteza de pinos como los coleópteros del género Dendroctonus, bajo condiciones ideales, pueden devastar amplias zonas de bosques. Después de horadar en los árboles dianas, los adultos acoplados cavan galerías o canales bajo la corteza en donde son depositados los huevos. Estos huevos eclosionan para dar larvas que seguidamente se alimentan de la capa de cambium detrás de la corteza, creando canales que cortan el suministro de agua y nutrientes, matando así el árbol. Las larvas se convierten seguidamente en crisálidas por detrás de la corteza y finalmente los adultos emergen de la cámara de crisálida perforando a través de la corteza. La ruptura de la capa de cambium provoca que el árbol muera como si esta zona hubiera sido “anillada” o cortada con un hacha o una sierra.

Los escarabajos portan uno o más tipos de hongos en sus estructuras (micangia), y cuando estos hongos germinan en el árbol, se extienden y limitan la absorción natural de nutrientes mientras hacen que la madera se vuelva de color azul. El deterioro hecho por los insectos junto con la mancha azul tiene el efecto de rebajar enormemente el valor de la madera recolectada bajo estas condiciones. La destrucción de coníferas, por ejemplo, pino, abeto y abeto Douglas, por escarabajos perforadores de la corteza, no solo es costosa para la industrial forestal, sino que los árboles muertos plantean también un significativo peligro de incendios. Además de los costes anteriormente mencionados, están involucrados gastos adicionales con la replantación de zonas deterioradas.

Se han hecho pruebas de tratamiento exógeno de bosque de árboles sanos con metil-jasmonato con resultados satisfactorios, puesto que se ha evitado en gran medida la colonización por los escarabajos perforadores como se muestra en la siguiente tabla.


Agujeros de entradaGalerías excavadasLongitud galerías (cm)Nichos con huevos
Control5,47 ± 0,263,60 ± 0,3519,8 ± 2,936,7 ± 8,7
Tratados con MJ5,53 ± 0,242,47 ± 0,319,3 ± 1,310,8 ± 3,1

El metil-jasmonato es uno de los principales señalizadores de las plantas ante ataques de herbívoros.

En el ataque a plantas por herbívoros se producen cambios metabólicos que interfieren en la expresión génica. Estos cambios se han verificado mediante microarrys de ADNc:

  • Genes cuya expresión disminuye: varios genes relacionados con el metabolismo primario (desvío de recursos del metabolismo primario al secundario).
  • Genes cuya expresión aumenta: los relacionados con la defensa general de la planta (quitinasas, glucanasas); relacionados con la síntesis de compuestos fenólicos; los relacionados con la vía del octadecanoico (ácido jasmónico) y señalización de etileno; los relacionados con la síntesis de terpenos.

El ácido jasmonico (AJ) y el jasmonato de metilo (MJ) se encuentran ampliamente distribuidos en las plantas. El AJ fue identificado como componente de los aceites esenciales en distintas especies. Altera en forma especifica la expresión génica para resistencia a patógenos y genes que codifican para proteínas de reserva.

Todas las coníferas sintetizan una cantidad de resina de forma constitutiva pero ante un ataque de herbívoro aumentan la producción de resinas.

Algunas estrategias de determinados insectos herbívoros consisten en realizar ataques masivos a la planta. La planta emite compuestos volátiles que son atrayentes de determinados insectos. Una vez que los adultos han encontrado un huésped adecuado utilizan los compuestos volátiles de la planta para emitir feromonas de agregación induciendo con ello que otros adultos se acerquen a la planta y se realice un ataque masivo. Cuando la colonia de herbívoros ha alcanzado un número determinado comienzan a emitir feromonas de desagregación, impidiendo así que la colonia alcance dimensiones incontroladas. Los adultos
hacen la puesta de huevos en galerías horadadas en el árbol y las larvas pasan en ellas las etapas de metamorfosis necesarias para convertirse en adulto, comenzando de nuevo el ciclo.

Por otro lado, hay depredadores de estos herbívoros y saprófitos que han aprendido a reconocer las sustancias del pino atacado y se acercan a él para alimentarse.

Los terpenos pueden funcionar como señales entre plantas y entre partes de una misma planta. Por ejemplo, la Artemisia dañada por un herbívoro emite señales de compuestos volátiles que aumentan las defensas de las plantas próximas. Las plantas de tabaco silvestre que crecen cerca de plantas de Artemisia tridentata dañadas por insectos, sufren menos daños por herbivoría.

Las señales emitidas a causa del daño provocado por un herbívoro en una parte de la planta, son recibidas por las partes no dañadas. Estas a su vez emiten sustancias volátiles atrayentes de depredadores del herbívoro. Es un tipo de defensa indirecta inducible.

Las plantas parásitas reconocen señales dirigidas a hongos formadores de micorrizas. Las estrigolactonas son sustancias emitidas por la raíz de la planta, estimulantes de plantas parásitas, pero lo más importante de estas sustancias es que actúan de señal para que los hongos formen las micorrizas.

Se han estudiado mutantes ccd8 (carotenoid cleavage dioxygenasa 8) que presentan las siguientes características:

  • Fenotipo: excesiva ramificación del tallo
  • Defecto: enzima que corta carotenoides

Esos mutantes tienen niveles reducidos de estrigolactonas, y defectos en la inducción de respuestas en plantas parasitas y hongos formadores de micorrizas. Se ha comprobado que la adición de estrigolactonas exógenas restaura el fenotipo silvestre, por lo que podemos concluir diciendo que:

  • Las estrigolactonas son una nueva clase de fitohormonas
  • Los resultados ilustran la importancia de las estrigolactonas en la interacción con plantas parasitas y hongos formadores de micorrizas.

Como resumen podemos señalar que la herbivoría provoca la emisión de aromas, repelentes y/o insecticidas, atrayentes de enemigos del herbívoro y con efecto sobre plantas vecinas. La manipulación de estas emisiones posibilita su explotación en el control agrícola de plagas.

Ingeniería metabólica de terpenos.

Entre las principales actividades de esta ingeniería se encuentra la producción de terpenos activos contra enfermedades humanas; por ejemplo, taxol (cáncer), artemisina (malaria), vincristina (cáncer), etc. También contempla la actividad de mejorar las propiedades del producto, como son los aromas florales, color de frutos comestibles, contenido en vitaminas o provitaminas.

En la industria alimentaria es habitual la producción de terpenos como aromas y colorantes. Tiene gran interés la producción del b-caroteno porque es el precursor del retinal (pigmento visual), retinol (vitamina A) y del ácido retinoico (control morfogénesis). Estos precursores no son sintetizados por animales y además, aunque se encuentra en la mayoría de las plantas, no lo contienen los cereales

Como ejemplo citaremos el arroz dorado. En sus comienzos se pensó que evitaría la avitaminosis A, que es la primera causa de ceguera infantil a nivel mundial y de otras muchas patologías como:

  • ceguera nocturna
  • xeroftalmia (sequedad córnea)
  • ceguera irreversible
  • aumento de la mortalidad infantil
  • depresión del sistema inmune
  • muerte asociada al parto

Pero se ha comprobado que el arroz dorado presenta los siguientes inconvenientes:

  • Se necesita ingerir grandes cantidades diarias
  • Es liposoluble por tanto hay que ingerir grasas.

Otras variedades vegetales enriquecidas con b-caroteno son las sigientes:

  • Variedades más modernas del arroz dorado, como el Golden rice II (la fitoeno sintasa de narciso se sustituye por la de maíz, más eficiente). Acumula más de 37 mg de b-caroteno por gramo de peso seco.
  • Una variedad de patata (con tres genes de Erwinia herbicola) acumula 114 mg de carotenoides y 47 mg de b-caroteno por gramo de peso seco. Por tanto contiene suficiente b-caroteno para suministrar el 50% de la dosis de Vitamina A recomendada con un consumo de 250 g al día.

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