Olá pessoas que querem adentrar no mundo da ciência, tudo bem com vocês??
Primeiro quero explicar como será conduzido nosso fluxo de postagens no blog. Nosso grupo Biotec2u possui encontros semanais para os integrantes, estes encontros seguem um cronograma com temas vinculados aos nossos projetos desenvolvidos.
Com isso, esses primeiros artigos postados aqui em nosso blog serão sobre extratos naturais, então, semanalmente iremos postar conteúdos que foram discutidos em nossos encontros.
História e importância das plantas medicinais
Para introduzir o conteúdo de extratos naturais iremos falar um pouco do uso das plantas medicinais que possuem um papel importantíssimo na nossa história e na medicina. Desde os primórdios da humanidade há a utilização de produtos naturais para fins medicinais.
Diversas referências sobre o uso de plantas em sua forma medicinal tornaram a prática terapêutica estabelecida, como o exemplo de Hipócrates de Cós (460-377 a.C.) considerado o pai da medicina, sendo ele o fundador da medicina grega com o uso de cerca de 240 plantas, há também Galeno (122-199 d.C.) com mais de 100 obras sobre o tema [1].
No entanto, o seu uso apesar de moldar toda uma história na medicina só foi reconhecido pela Organização Mundial de Saúde (OMS) em 1978, o qual regulamentou o uso de fitoterápicos. No Brasil as plantas medicinais e fitoterápicos são reconhecidos como parte da medicina alternativa, e o seu uso vem sido incentivado pela equipe multiprofissional do Sistema Único de Saúde (SUS).
Desde 2006 a fitoterapia foi legitimada em todo território nacional através da Política Nacional de Práticas Integrativas e Complementares (PNPIC), juntamente a isso, no mesmo ano, foi criada a Política Nacional de Plantas Medicinais e Fitoterápicos (PNPMF) objetivando garantir à população brasileira o acesso de forma segura e o uso racional das plantas medicinais e fitoterápicos [2].
As plantas medicinais podem ser definidas como plantas que possuem atividades farmacológicas usadas na terapêutica. Os seus metabólitos podem ser extraídos das mais diversas formas e com isso serem utilizados na fabricação de medicamentos, gerando os fitoterápicos e fitofármacos [3].
Esses nomes muitas vezes se confundem, mas iremos diferenciá-los para vocês:
Fitoterápicos são medicamentos preparados a base de plantas medicinais, sejam extratos, óleos, tinturas, etc, estes seguem uma legislação própria e rigoroso controle [4].
Fitofármacos por sua vez são substâncias extraídas, isoladas e purificadas das plantas que apresentam estrutura química definida e atividade farmacológica comprovada [4].
Metabolismo vegetal
Mas aí nos vem o seguinte questionamento: qual a razão das plantas possuírem tantos benefícios, o que elas possuem que as tornam tão atrativas para ciência e principalmente para biotecnologia?
Vamos conhecer um pouco mais sobre as plantas? Todos nós conhecemos as plantas e suas estruturas básicas, raízes, caule, folhas, frutos e sementes. Mas o segredo está nas suas habilidades de adaptação. Se pararmos para pensar, as plantas são um dos seres mais diversos e adaptáveis que conhecemos, elas estão em todos os lugares e isto se deve ao seu metabolismo.
As plantas assim como os demais seres vivos possuem seu metabolismo que garante seu desenvolvimento e sua sobrevivência. O metabolismo vegetal é dividido em dois, o primário e o secundário (Figura 1).
O metabolismo primário é aquele que vai garantir seu desenvolvimento base, sem este metabolismo a planta não cresce, não se desenvolve e nem se reproduz. Neste metabolismo ela irá formar as biomoléculas principais como: carboidratos, proteínas, ácidos nucleicos, ácidos graxos e os intermediários para as suas vias biossintéticas.
Essas biomoléculas possibilitam a realização da fotossíntese, ciclo de Calvin, glicólise, ciclo de Krebs, fosforilação oxidativa, etc. Esse tipo de metabolismo primário é tido como universal, visto que todas as plantas executam as mesmas rotas bioquímicas e produzem as mesmas biomoléculas.
Figura 1. Ilustração do metabolismo primário das plantas, contendo fotossíntese, ciclo de Calvin, glicólise, ciclo de Krebs, fosforilação oxidativa, vias biossintéticas responsáveis pelas principais biomoléculas que garantem o crescimento, desenvolvimento e reprodução das plantas. E em paralelo o metabolismo secundário mostrando as vias bioquímicas do ácido chiquímico, ácido acetato/mevalonato, acetato/malonato e metileritriofosfato. Imagem obtida [5].
Ok, ok... tudo isso já era esperado porque estamos falando de um ser vivo. Mas o interessante é que paralelamente a esse metabolismo primário as plantas possuem o metabolismo secundário o qual levará a formação de biomoléculas bem diferentes das citadas e que terão também diferentes atuações nas plantas. Assim como nós, as plantas possuem suas defesas contra microrganismos, herbívoros ou até no intuito de atrair polinizadores [6].
Tudo isso, que é capaz de conferir a sua adaptabilidade em certo ambiente é possível devido ao seu metabolismo secundário. Esse metabolismo, por sua vez é tido como restrito pois ele está intimamente ligado ao ambiente em que a planta está inserida. Todas as plantas produzem esses metabólitos secundários, no entanto com produtos diferentes visto que os produtos dependem de certas vias bioquímicas que consequentemente dependem do arsenal de enzimas existentes.
Então, diante do conhecimento sobre essa potente adaptabilidade das plantas e seu uso empírico durante anos, estudos com o intuito de descobrir quais compostos eram capazes de apresentar atividade farmacológica fez com que um mundo de compostos advindos desse metabolismo secundário fosse estudado e compreendido.
Diversas atividades farmacológicas encontradas nas plantas hoje são atribuídas a essa classe de compostos. Esse grupo de compostos possuem baixo peso molecular e são divididos em alguns grupos como: terpenos, compostos fenólicos e alcaloides [6].
Terpenos
Os terpenos são hidrocarbonetos naturais produzidos por inúmeras plantas. São os mais numerosos e estruturalmente diversos, no entanto todos advém da mesma via biossintética, a do isopreno. Costuma-se dizer que o isopreno é o monômero que constitui os terpenos, que irão se diferenciar pela quantidade de isoprenos existentes na molécula.
Podem ser subdivididos em hemiterpenos (C5), monoterpeno (C10), sesquiterpeno (C15), diterperno (C20), sesterpeno (C25), triterpenos (C30), tetraterpenos (C40) e politerpenos (> C40). Algumas dessas moléculas são voláteis conferindo o cheiro da planta, alguns são pigmentados e biologicamente importante como a clorofila.
Os terpenos são responsáveis pela proteção contra herbívoros e patógenos, e devido à volatilidade podem atrair ou repelir animais. São considerados o óleo essencial da planta por apresentam características lipofílicas.
Na literatura há inúmeros relatos desses compostos estarem associados a atividade antioxidante e antimicrobiana. Alguns estudos relatam que sua ação nas bactérias é devido a acarretar a ruptura da membrana celular e no aumento da permeabilidade e fluidez das membranas, podendo-se assim causar a morte do patógeno [7].
Compostos fenólicos
Outra classe de metabolitos secundário são os compostos fenólicos os quais recebem esse nome devido a presença de 1 ou mais fenóis em sua estrutura química. A classificação dos compostos fenólicos é bem complexa o que reflete a sua diversidade.
A classificação mais comumente usada é de acordo com os grupos laterais do anel aromático sendo classificados como fenol simples e benzoquinonas (C6); ácidos fenólicos (C6-C1), acetofenonas e ácidos fenilaceticos (C6-C2); ácidos hidroxicinâmicos, fenilpropenos, cumarinas, isocumarinas e cromonas (C6-C3); naftoquinonas (C6-C4); xantonas (C6-C1-C6); estilbenos e antraquinonas (C6-C2-C6); flavonoides (C6-C3-C6); lignanos e neolignanos (C6-C3)2 e ligninas (C6-C3)n.
Os compostos fenólicos são responsáveis pela aparência da planta, muitas vezes protegendo-as dos raios UV, apresentam atividade antimicrobiana protegendo-as de fitopatógenos e também são responsáveis pelo sabor.
Na literatura diversos artigos relatam suas atividades farmacológicas associadas a atividade antioxidante e antimicrobiana. Em sua atividade antibacteriana há relatos que os compostos fenólicos mais hidrofóbicos interagem com a bicamada lipídica e causa uma ruptura estrutural, também há relatos de conferirem um influxo de H+, efluxo de K+ suprindo deste modo a produção de ATP [4,6,7].
Alcaloides
O terceiro grupo dos metabolitos secundários são os alcaloides fazem parte dos compostos nitrogenados e são encontrados em aproximadamente 20% das espécies de plantas. Diante disso, essas moléculas podem ser classificadas quanto a sua estrutura química, origem ou pela atividade biológica.
Quanto a estrutura química, os alcaloides podem ser: alcaloides verdadeiros, os quais possuem anel heterocíclico, com um átomo de nitrogênio; o protoalcaloides, os quais o átomo de nitrogênio não está presente no anel heterocíclico; e o pseudoalcalóides os quais derivam de terpenos ou esteroides. Os alcaloides verdadeiros ou protoalcaloides derivam de aminoácidos, podendo ser formado por tirosina, fenilalanina, triptofano/triptamina, ornitina/arginina e histidina [7].
Nas plantas conferem proteção contra fitopatógenos, sabor amargo e causam dependência devido a interação com receptores neuronais, temos como exemplo a morfina, cafeína e diversas substancia psicoativas. Na literatura há diversos relatos dos alcaloides também com potencial antioxidante e antimicrobiano [8].
Conclusão
Diante disso o estudo sobre as plantas e a compreensão acerca de seu metabolismo é de suma importância para quem tem interesse em estudar o uso dela e sua aplicabilidade. Diversos artigos na literatura relatam inúmeras plantas com alto potencial antimicrobiano e antioxidante.
Mas saibam também que há outras atividades farmacológicas atribuídas as plantas, no entanto, nosso grupo Biotec2u foca a utilização desses extratos com potencial antimicrobiano, por isso focamos nesta ação especificamente.
E conhecer esses produtos e sua estrutura química é importante para delinear o tipo de extrato natural a ser desenvolvido, o solvente a ser usado e até a técnica de extração mais adequada. Todos esses assuntos serão abordados nos próximos artigos, fiquem de olho.
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Artigo escrito pelos colaboradores do Biotec2U
Referências
[1] E. Fanouriou, D. Kalivas, D. Daferera, P. Tarantilis, P. Trigas, P. Vahamidis, G. Economou, Hippocratic medicinal flora on the Greek Island of Kos: Spatial distribution, assessment of soil conditions, essential oil content and chemotype analysis, J. Appl. Res. Med. Aromat. Plants. (2018). https://doi.org/10.1016/j.jarmap.2018.03.003.
[2] L. Góis, M. Martins, I. Martí Moreira da Silva, L. Maria Góis, S. Gomes de Almeida, O programa nacional de plantas medicinais e fitoterápicos e o processo participativo de implantação de hortas medicinais pelos coletivos de mulheres do MST, no sul de Minas Gerais, Rev. Terc. Incluído. (2017). https://doi.org/10.5216/teri.v6i1.38670.
[3] L.C. Narayan, V.R. Rai, S. Tewtrakul, Emerging need to use phytopharmaceuticals in the treatment of HIV, J. Pharm. Res. (2013). https://doi.org/10.1016/j.jopr.2012.11.002.
[4] M.J.R. Howes, Phytochemicals as anti-inflammatory nutraceuticals and phytopharmaceuticals, in: Immun. Inflamm. Heal. Dis. Emerg. Roles Nutraceuticals Funct. Foods Immune Support, 2017. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-805417-8.00028-7.
[5] S. Sinha, K. Sandhu, N. Bisht, T. Naliwal, I. Saini, P. Kaushik, Ascertaining the Paradigm of Secondary Metabolism Enhancement through Gene Level Modification in Therapeutic Plants, J. Young Pharm. (2019). https://doi.org/10.5530/jyp.2019.11.70.
[6] P.R.K. Reddy, M.M.M.Y. Elghandour, A.Z.M. Salem, D. Yasaswini, P.P.R. Reddy, A.N. Reddy, I. Hyder, Plant secondary metabolites as feed additives in calves for antimicrobial stewardship, Anim. Feed Sci. Technol. (2020). https://doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2020.114469.
[7] A. Bhattacharya, High-Temperature Stress and Metabolism of Secondary Metabolites in Plants, in: Eff. High Temp. Crop Product. Metab. Macro Mol., 2019. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-817562-0.00005-7.
[8] R. Zhang, Q. Guo, E.J. Kennelly, C. Long, X. Chai, Diverse alkaloids and biological activities of Fumaria (Papaveraceae): An ethnomedicinal group, Fitoterapia. 146 (2020) 104697. https://doi.org/10.1016/j.fitote.2020.104697.
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