Uploaded by Maribel Mdoza

5. Metabolitos Secundarios

advertisement
UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA
Facultad de Agronomía
Departamento de Producción Animal
Maracay
METABOLITOS SECUNDARIOS
Importancia en la producción con especies de interés zootécnico
Dr. Álvaro Ojeda
Marzo, 2010
Agronomía-U.C.V.
Metabolismo Secundario …
Metabolismo Secundario
Definiciones …
ó Sustancias Ecológicamente Eficaces
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)
Metabolismo Secundario
Definiciones …
Agronomía-U.C.V.
Compuestos secundarios …
¿ Razón de ser ?
Defensa Química
Transporte y
almacenamiento de
Nitrógeno
Metabolismo intermediario
precursores de otros
metabolitos
Metabolismo Secundario
Particularidades …
Agronomía-U.C.V.
Particularidades …
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
Diversidad de usos …
Metabolismo Secundario
Particularidades …
Agronomía-U.C.V.
Metabolito Secundario
Aplicación
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)
Metabolismo Secundario
Sistemática …
Agronomía-U.C.V.
De
acuerdo a ……
Químicamente
Naturaleza
Estructuraquímica
Proteica
Proteínas
Inhibidores de proteasas, Lectinas,
Aminoácidos
no amilasa,
proteicos Alérgenos y Antígenos
Inhibidores de
Glicósidos
Otros metabolitos
Aminoácidos No Proteicos
Latirógenos y neurotoxinas, Antagonistas de arginina
ModoMetabolitos
de acciónheterocíclicos
y efectos metabólicos
y misceláneos
Daño en la mucosa intestinal
Inhibición de la actividad enzimática
Glicósidos
Interferencia en retroalimentación de síntesis enzimática
Oligosacáridos
Reacción
de alergia e intolerancia
Polisacáridos
no amiláceos
Analogía estructural
con aminoácidos proteicos
Otros
glicósidos
Reducción de disponibilidad de nutrientes
Otros
Efecto
sobre
respuesta
animal
Fitatos,
Taninos
y Alcaloides
Metabolismo Secundario
Toxicología …
Agronomía-U.C.V.
Nociones de Toxicología …
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)
Metabolismo Secundario
Inhibidores de Proteasas …
Agronomía-U.C.V.
Inhibidores de Proteasas ...
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
Metabolismo Secundario
Inhibidores de Proteasas …
Agronomía-U.C.V.
Inhibidor
Control
...de tripsina y
actividad
... Autoclave
Tostado
(195 ºC pancreática
/ 15 min), Hervir en agua,
(120 º C / 30 min), Radiación
de microondas e infrarrojo, Radiación gamma, Extrusión y Micro-ionización;
entre otros.
Tripsinógeno
(Páncreas)
CCK
(Mucosa)
100
80
Proteína
dietaria
PERInhibidor
Tripsina
(Intestinal)
60
(Kunitz / Bowman-Birk)
40
Inhibidor
20
Proteolísis
Tripsina - Inhibidor
0
2
4
6
10
15
20
Minutos a 100 º C
Fuente: Liener (1990)
Metabolismo Secundario
Inhibidores de Proteasas …
Agronomía-U.C.V.
Tratamiento térmico de Psophocarpus sp.,
metabolitos secundarios y valor biológico en ratas
Tratamiento
IT
Hemoaglut.
Taninos
(mg/g)
(U /mg)
(mg/g)
Valor
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 detectado
Fuente: Kadam et al. (2002)
Lectinas ...
Metabolismo Secundario
Lectinas …
Agronomía-U.C.V.
(Del latín legere, que significa preferir, escoger)
Compuestos de distribución paralela a los inhibidores de proteasas,
que causan aglutinación de los eritrocitos de varias especies
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)
Metabolismo Secundario
Lectinas …
Agronomía-U.C.V.
Su acción ...
Tripsina
Dieta
Lectina
Hipertrofia e Hiperplasia
30 - 90 %
HECES
Hipertrofia e Hiperplasia
Vellosidad
intestinal
Menor Consumo
Pepsina
Normal
R
Fuente: Pizzani et al (1999)
Menor Consumo
Quimiotripsina
Fuerte
Epitelio Intestinal
Metabolismo Secundario
Alérgenos …
Agronomía-U.C.V.
Alérgenos ...
Son compuestos usualmente nitrogenados, que generan reacciones
clínicamente definidas como alérgicas, las cuales se caracterizan por el
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
Metabolismo Secundario
Fotosensibilizantes …
Agronomía-U.C.V.
Sustancias fotosensibilizantes ...
Animal hipersensible a la presencia de la luz solar, particularmente a los rayos
U.V., provocando inflamaciones acuosas bajo la piel y eventualmente necrosis
Lesiones
...
dérmica. Se reconocen Fototoxia (sólo quedan 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 ...
Clorofila
En
Diarrea
Irritación en piel despigmentada
Enrojecimiento
Edema e Ictericia
Filoeritrina
Hígado
Excreción
Bilis
Microorganismos
...ruminales
Hierba de San Juan (Hypericum perforatum)
Los
AGI´s de membranas se
Cariaquito naranja (Lantana
camara)
Fotosensibilidad
alteran
y los lisosomas liberan las
Pastos
en piel
no diversos (Panicum spp.)
enzimas hidrolíticas y/o
Cuernos de chivo (Tribulus mediadores
terrestris) químicos de la
pigmentada
Hongos (Pithomyces chartarum) inflamación
Metabolismo Secundario
AA´s No Proteicos …
Agronomía-U.C.V.
Aminoácidos No Proteicos ...
Ubicados en una amplia variedad de leguminosas tropicales, y a
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.
Metabolismo Secundario
AA´s No Proteicos …
Distribución y toxicidad de aminoácidos no proteicos
Aminoácidos
Efectos Tóxicos
Especie
g/kg MS semilla
-cianoalanina
Vicia spp.
1,5
Convulsiones, espasmos
tetánicos y muerte
-(N) oxalylaminoalanina
Lathyrus spp.
25
Convulsiones, muerte
Indigofera spp.
51
40
9
Reducción del crecimiento
Disfunción sistema inmune
Daño en utilización de N
Leucaena spp.
145
Caída de la lana
Daños orgánicos y muerte
Neurolatirógenos
Análogos de Arginina
Canavanina
Canavalia spp.
Gliricidia spp.
Aromáticos
Mimosina
Fuente: Mello (1990)
Agronomía-U.C.V.
Metabolismo Secundario
AA´s No Proteicos …
Susceptibilidad depende de ...
Especie animal
Dieta y tiempo de exposición
Diferencias geográficas
Novillos pastoreando Leucaena sp. y bacterias degradadoras de DHP
Tratamiento
GDP
(6-19 sem.)
DHP
(a 13 sem.)
Tiroxina en suero
(a 13 sem)
No tratados
0,52
0,28
28
Tratados
1,03
0,00
85
Fuente: Mello (1990)
Metabolismo Secundario
Glucósidos …
Agronomía-U.C.V.
Glucósidos ...
Oligosacáridos...
Compuestos como los -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.
Metabolismo Secundario
Saponinas …
Agronomía-U.C.V.
Otros Glucósidos ...
Saponinas
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
Metabolismo Secundario
Saponinas …
Agronomía-U.C.V.
DESFAUNACIÓN Y POBLACIONES MICROBIALES
(log10/ml fluido ruminal)
Sapindus saponaria en dieta (g/animal/día)
0
25
50
Sdx
Amonio
(mg N-NH3/100 ml)
196,0
194,9
117,3
9,8
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
7,5a
8,1
8,8c
0,1
% (24 h)
12,5a
18,6
25,9c
0,9
T1/2
72,9
69,7
66,6
5,7
Celulolíticas
Deg. MS (%)
Díaz et al. (1993)
Continuac…
Metabolismo Secundario
Fitoestrógenos …
Agronomía-U.C.V.
Fitoestrógenos ...
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
Metabolismo Secundario
Cianógenos …
Agronomía-U.C.V.
Cianógenos ...
Glicósidos cuya hidrólisis libera ácido prúsico o cianuro de hidrógeno
(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
Metabolismo Secundario
Fitatos …
Agronomía-U.C.V.
Otros Metabolitos Secundarios ...
Fitatos
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
fitasa (U/kg)
quelatante, formando
complejos
insolublesTotal/Fítico
con algunos cationes.
Se
puede reducir su presencia por germinación, uso de fitasas fúngicas y
CEREALES
autolisis.
Trigo
0,33
0,18
55
Maíz
0,27
0,17
73
En
...
Arroz
Granos
semillas y0,08
aceites de leguminosas.
Granode cereales,0,12
65
Pulidura
1,57
1,13
72
Sorgo
0,26
0,17
66
Efectos ...
1565
24
112
134
24
OLEAGINOSAS (Subprpd)
Incrementa
requerimientos
de0,49
minerales
Algodón (semilla)
0,64
77
51
Harina deenzimas
Soya
0,57
0,37
65
62
Inhiben
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)
Metabolismo Secundario
Taninos …
Agronomía-U.C.V.
Taninos ...
Son compuestos fenólicos, más o menos solubles en agua, y con
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
Efectos ...
Ausente
Venado
Bovinos
Ratones
Ovinos
Conejos
Marmota
Alta afinidad por las proteínas de la digesta
Reducción
del consumo voluntario
Monos
Pollos
BajaCabras
absorción de hierro y otros minerales
Efecto
beneficioso en rumiantes (20 mg/kg MS)
Humanos
Boca
Rumen
( pH 5-7 )
Abomaso
( pH 2.5 - 3.5 )
Duodeno
( pH 8-9 )
Fuente: Mello (1990)
Taninos condensados
+
Proteínas
Protección del
complejo
Masticación
Complejo insoluble
Tanino / Proteína
Taninos condensados libres
Fermentación de CHO”s
Disociación del
complejo
Proteínas
Digestión y
absorción
Taninos Condensados
Libres
Agronomía-U.C.V.
Metabolismo de nitrógeno ...
Metabolismo Secundario
Taninos …
GRUPO
Taninos
Consumo N (g/día)
PEG
42,4
47,6
Nitrógeno en digesta (g/kg MS)
Rumen
39,9
Abomaso
48,8
Ileum
33,6
Heces
38,3
33,0
43,3
20,7
22,7
Digestibilidad en (%N) :
Rumen
Inst. delgado
Inst. grueso
13
53
1
26
55
0
67
81
Total
Menor
consumo ...
...
Destoxificación
Menor tasa de fermentación microbial
Secado del forraje
Menor
concentración de NH3 en rumen
Uso
de PEG
Disminución de con
tasa plantas
de recambio
Suplementación
libres ruminal
de taninos y urea
Manipulación
de microflora
ruminal
Menor producción
de AGV´s
Fuente: Waghorn et al. (1994)
Agronomía-U.C.V.
Metabolismo Secundario
Micotoxinas …
Micotoxinas ...
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.)
Metabolismo Secundario
Micotoxinas …
Agronomía-U.C.V.
Micotoxinas en el mundo ...
Localidad
Oeste de Europa
Este de Europa
Norteamérica
Sudamérica
Africa
Asia
Australia
Micotoxinas
ocratoxinas, desoxinivalenol, zearalenona
zearalenona, desoxinivalenol
ocratoxinas, desoxinivalenol, zearalenona, aflatoxinas
aflatoxinas, fumonisinas, ocratoxinas, desoxinivalenol, toxina T-2
aflatoxinas, fumonisinas, zearalenona
aflatoxinas
aflatoxinas, fumonisinas
Contaminación por Micotoxinas (%) en alimentos para aves
Maíz
(10 muestras)
Otros
ingredientes
Alimento
para aves
Aflatoxina
24
33
92
Vomitoxina
50
44
88
Acrotoxina
24
22
80
Zearolina
40
66
60
T-2 Toxina
0
33
36
50
78
88
Micotoxina
Fremonixina
Países: Taiwán, Malasia, Tailandia, Singapur, Indonesia e India
González (2005)
De mayor interés ...
Toxina
Aflatoxina
Hongo
Aspergillus sp.
DL50
(mg/kg PV)1
Principales efectos
Cultivos más
sensibles
3
Crecimiento reducido, daños
de hígado, ictericia, reducción
de inmunidad
Todos los cereales,
Semilla de
algodón, Maní,
grano de soja
Todos los cereales,
alfalfa, yuca, maní
y sorgo
Zearalenona
Fusarium sp.
10
Infertilidad, anestros,
mortalidad embrionaria,
prolapso rectal, calidad del
semen
Tricotecenos
(T2, DAS,DON)
Fusarium sp.
10
Inapetencia, vómito,
reducción de inmunidad
Todos los cereales
Ocratoxina y
Citrinina
Aspergillus sp.
Penicillum sp.
10
Crecimiento reducido,
daños bazo/hígado
Cereales, maní y
sorgo
19
Reduce ingesta y crecimiento,
problemas respiratorios,
edema pulmonar
Todos los Cereales
Fumoninisina
Fusarium sp.
1= En caso de cerdos
Fuente: Devegowda et al (1998)
Metabolismo Secundario
Micotoxinas …
Agronomía-U.C.V.
Control de Micotoxinas ...
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)
Metabolismo Secundario
En general …
Agronomía-U.C.V.
¿ Existe control ? ...
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
Tratamientos
químicos,
enzimáticos,
físicos (fraccionamiento, aplicación de
calor)

Primarios:

Secundarios: Extrusado, peletizado, etc.
Importancia en la Producción Animal…
Metabolismo Secundario
Agronomía-U.C.V.
“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.
Download