Estudi i caracterització de metabòlits secundaris: Compostos fenòlics i alcaloides

Abstract

La metabolòmica ha adquirit recentment un gran interès gràcies al gran ventall d'aplicacions que presenta, que l'han convertit en una eina clau en diferents camps com la diagnosi de malalties, el seguiment de tractaments farmacològics i l'estudi de les interaccions entre diferents sistemes. A més, juntament amb la genòmica i la proteòmica, ha permès l'assignació de nombroses funcions genètiques i enzimàtiques.<br/><br/>L'objectiu de la present tesi doctoral és una aplicació de diferents tècniques analítiques com LC-MS/MS, GC-MS, o NMR a l'estudi dels metabòlits de cinc espècies vegetals amb uns objectius concrets en cadascuna. En cada cas s'ha seleccionat la tècnica més adequada segons la naturalesa dels metabòlits a estudiar i el tipus d'objectiu plantejat. Existeix una gran varietat de metabòlits secundaris a les plantes, però aquest treball s'ha centrat, particularment, en l'estudi dels compostos fenòlics i els alcaloides (concretament els alcaloides de les Amaryllidaceae), ja que constitueixen dos tipus de metabòlits d'especial rellevància. D'una banda, tenen una gran importància biològica en les plantes, i de l'altra, gràcies a la seva activitat farmacològica, poden exercir nombrosos efectes beneficiosos que poden ser de gran interès en l'elaboració de fàrmacs o bé en el camp de l'alimentació.<br/><br/>Dins la gran varietat d'aplicacions de la metabolòmica, la present tesi ha abordat els següents aspectes:<br/><br/>1)Estudi de l'activitat antioxidant del material de rebuig del lavandí (Lavandula x intermedia Emeric ex Loiseleur) després de la destil·lació dels seus olis essencials, i identificació dels compostos fenòlics responsables d'aquesta activitat. Es va avaluar el contingut total en compostos fenòlics, així com l'activitat antioxidant, de diferents fraccions mitjançant diferents mètodes, i es van identificar un total de 23 compostos fenòlics per LC-MS/MS en les mateixes fraccions. D'aquesta manera es pretén proposar aquest material de rebuig com a nova font d'obtenció d'antioxidants naturals que, a més, suposaria el reciclatge d'aquest material.<br/><br/>2) Estudi del paper dels compostos fenòlics en la resposta de les plantes davant l'estrès abiòtic i la senescència, mitjançant la identificació i comparació qualitativa i quantitativa d'aquests metabòlits, a través de la tècnica de LC-MS/MS en diferents mostres de plantes de tabac i d'Arabidopsis thaliana.<br/><br/>3) Aïllament, identificació i caracterització per tècniques de NMR de flavonoides de Crinum humile, espècie vegetal de la família Amaryllidaceae poc coneguda del Camerun, amb possible activitat farmacològica.<br/><br/>4) Identificació, per GC-MS, dels alcaloides de les Amaryllidaceae de Pancratium canariense, espècie poc estudiada en termes de composició química, amb especial atenció a la possible detecció de nous derivats de la galantamina, alcaloide amb activitat anticolinesteràsica, utilitzat en el tractament de la malaltia de l'Alzheimer.<br/><br/>El present treball de tesi no pretén, però, ser una anàlisi metabolòmica completa d'un seguit de plantes, sinó una contribució a la metabolòmica, una petita mostra de la gran varietat de possibilitats de la seva aplicació, i una aportació d'una sèrie de resultats que poden ser útils tant en el camp de la recerca de la bioquímica vegetal, com en el camp de la farmacologia i la fitoquímica.

<i>Metabolomics has recently received much interest owing to its wide range of applications, and has become a key strategy in different fields such as disease diagnostics, clinical trial monitorization, toxicity assessment or systems-biology studies. Furthermore, together with genomics and proteomics, metabolomics has led the assignment of several enzyme and gene functions.<br/><br/>The present PhD thesis aims to apply different analytic techniques and strategies such as LC-MS/MS, GC-MS or NMR to study the metabolites from five plant species, with specific objectives in each case. Each analytic technique was selected according to the type of metabolites that were object of study and the specific aim proposed. From the great variety of secondary metabolites in plants, this work has particularly studied phenolic compounds and alkaloids (specifically the Amaryllidaceae alkaloids).<br/><br/>Among the wide range of metabolomics applications, this thesis has focused on the following objectives:<br/><br/>1) Investigation of the phenolic composition of lavandin (Lavandula x intermedia Emeric ex Loiseleur) waste obtained after the distillation of essential oils for the perfume industry to find an alternative use for this material as a new source of natural antioxidants. The antioxidant activity of different fractions as well as their total phenolic content were evaluated by different methods. A total of twenty-three phenolic compounds were identified by LC-MS/MS. <br/>2) Study of phenolic compounds behaviour in plant response to abiotic stress and senescence by identifying and quantifying these metabolites by LC-MS/MS in different samples of tobacco and Arabidopsis thaliana.<br/>3) Isolation and identification by NMR of flavonoids from Crinum humile, a plant species of unknown chemical composition.<br/>4) Identification by GC-MS of Amaryllidaceae alkaloids from Pancratium canariense, with special attention to the detection of new galantamina derivatives, an alkaloid used in Alzheimer therapy. </I>