• Author / Uploaded
• Jaider Fray

Citation preview

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA PROGRAMA DE QUÍMICA ELECTIVA: OBTENCIÓN Y ANÁLISIS DE SUSTANCIAS BIOACTIVAS Docente: Mary C. Montaño Castañeda Integrantes: Dania Díaz, María Ortega, Cristian Garcés, Duvan Pérez, Sergio Rivero

1. Explique claramente en qué consiste (y de ejemplos): a) La ecología química b) La quimio taxonomía c) La sinergia en los productos naturales 2. Explique cómo puede influir la variación del “perfil químico” de una especie o material de estudio, en una actividad biológica determinada. ¿Qué factores pueden causar variación en el perfil químico de una especie? 3. Las saponinas constituyen un grupo de compuestos de origen natural ampliamente estudiados debido a sus propiedades. Para ellas, comente sobre: a) Características estructurales b) Fuentes naturales. c) Método(s) de extracción. d) Pruebas de identificación. e) Ejemplos de saponinas (4-5), destacando sus propiedades biológicas o aplicaciones 4. ¿Qué es una patente y cuál(es) consideran ustedes es (son) su(s) aplicación(es) en las investigaciones para desarrollar posibles medicamentos? 5. Explique detalladamente en qué consiste la técnica QSAR y su aplicación en los ensayos de actividad biológica. 6. Explique claramente que son los “solventes verdes” y el uso que estos tienen cómo alternativas en procesos de extracción. 7. Algunos de los compuestos de origen natural que presentan las actividades biológicas más sobresalientes son aquellos obtenidos a partir de microorganismos como bacterias y cianobacterias. Explique cómo se realizan los procesos de extracción a partir de estos microorganismos.

Desarrollo 1. a) La ecología química: Es el estudio de los compuestos químicos de origen biológico implicados en las interacciones de organismos vivos. Se centra en la producción y respuesta de moléculas señalizadoras (semioquímicos), así como los compuestos que influyen en el crecimiento, supervivencia y reproducción de otros organismos (aleloquímicos). Un caso de estudio de ecología química en la conservación de la tortuga golfina lepidochelys olivacea Recientemente, se ha demostrado la importancia de entender la visión multidisciplinaria de la ecología química en la provisión de un marco conceptual dentro de los procesos que amenazan la conservación de especies y ecosistemas. Dentro de este contexto y dentro de un marco de investigación emprendido por la Comisión Nacional de Áreas Naturales Protegidas (México) en colaboración con el Instituto de Ecología, A.C. (México), el CIBIO de la Universidad de Alicante (España) y la Universidad Politécnica de Linares (España), se llevó a cabo un estudio en ecología química para la conservación de la tortuga golfina Lepidochelys olivacea, especie vulnerable (UICN). Uso en el manejo de insectos plaga en sistemas forestales Las técnicas para controlar insectos plaga mediante alteraciones comportamentales han cobrado importancia en las últimas décadas. El uso de compuestos volátiles permite prevenir y controlar daños con un costo ambiental casi nulo. El presente cuadernillo introduce las bases del manejo de insectos plaga a través de modificaciones comportamentales basadas en señales químicas. Se presentan los fundamentos de la ecología química orientada a los insectos y su aplicación en el manejo de plagas forestales.

b) La quimiotaxonomía: Consiste en la investigación de la distribución en series de plantas relacionadas o supuestamente relacionadas, de los compuestos químicos o grupos de compuestos relacionados biosintéticamente. Iniciación a la quimiotaxonomía de las rosáceas canarias Mediante el uso de técnicas instrumentales apropiadas, cromatografía de gases, espectroscopia infra-rojo y espectroscopia de R.M.N, se ha procedido al estudio de un conjunto de plantas de las rosáceas Canarias, en orden a determinar la quimiotaxonomía del grupo estudiado, procediéndose asimismo a la valoración y significado de la peculiaridad encontrada. c) La sinergia en los productos naturales

2. La variación del perfil químico influye mucho en las actividades biológicas de cualquier material o especie de estudio, ya que de manera estructural se ha venido estudiando las características fisicoquímicas de fármacos por ejemplo en relación a su actividad biología, y la matemática ha dado un acercamiento a esta inquietud La relación que existe entre las características moleculares de un fármaco y su actividad biológica, ha sido tema de un número muy grande de investigaciones teórico-prácticas, que tratan de establecer, a través de técnicas matemáticas y del uso de los sistemas computacionales que se han desarrollado, una correlación directa entre alguno de los parámetros fisicoquímicos del fármaco y su actividad biológica, en una serie homóloga. La mayoría de los autores se han apoyado en la ecuación [l], propuesta por Crum-Brown y Frazer (1), en la cual A es una medida de la actividad biológica y Ces el conjunto de características de la estructura A= f(C)

[1]

química del fármaco, tratando de establecer casi siempre, a través de primeras aproximaciones, una relación lineal empírica o semiempírica del parámetro que se esté midiendo, con respecto a la actividad biológica. Siguiendo esta línea de pensamiento se ha transformado la ecuación [ 1 J en la siguiente forma: A= ao +Ea¡X ai=l

[2]

donde ao es una constante de proporcionalidad, Xi son las diferentes propiedades de la estructura molecular y a¡ son las contribuciones de cada propiedad a la actividad biológica. Para establecer los coeficientes a¡, que solucionan las ecuaciones simultáneas que se generan al considerar las n propiedades del fármaco que intervienen en la actividad biológica, se han empleado técnicas matemáticas como la regresión lineal simple y múltiple entre otras, las cuales presentan dificultad para su solución a causa de no existir siempre una colinearid Es evidente que la correlación de uno o dos parámetros de la estructura química de una molécula con su potencial actividad biológica, es una aproximación muy inexacta, debido a que un modelo matemático que describa en su totalidad la relación cuantitativa "Estructura Actividad" de un fármaco, debe tener en cuenta los n parámetros fisicoquímicos con los cuales es posible describir una molécula, para que presente una actividad biológica específica. Hasta el momento, la tendencia ha sido la búsqueda de correlaciones entre uno o dos parámetros medibles en el fármaco y la actividad biológica que se manifiesta, centrándose las investigaciones en los modelos de variación de energía libre, de actividad y de aproximaciones cuánticas.

Una propuesta alternativa se fundamenta en el desarrollo de un isomorfismo entre la teoría de la información y la relación estructura actividad (35), el cual permite utilizar los conceptos de canal, ruido, redundancia, etc., aplicados a una molécula y emplear los principios cuantitativos de la transmisión de señales a la interpretación de la información codificada en una estructura química y que le confieren la capacidad de desarrollar determinada acción biológica en función del receptor que estimule y que sea a la vez capaz de decodificarla. En el caso de metabolitos secundarios el perfil químico de manera estructural puede ser afectado por la radiación 3. Saponinas a. Características estructurales Las saponinas son compuestos que se encuentran en muchas plantas (Sparg et al. 2004). Deben su nombre a la característica distintiva de formar espuma. Su nombre probablemente proviene de la planta Saponaria, cuyas raíces se han usado históricamente para formar jabón (del latin sapo =jabón) (Augustin et al. 2011). Químicamente, son glucósidos con una aglicona (porción libre de glucósido) policíclica que puede ocurrir en la forma de un esteroide o colina triterpenoide ligada a través del carbono C3 por medio de un enlace etéreo a una cadena lateral de azúcares. Comúnmente también se refiere a la aglicona como sapogenina, mientras que también se refiere comúnmente al subconjunto de saponinas esteroides como sarapogenina. Las saponinas son anfípáticas debido a su función aglicona liposoluble y su cadena de sacáridos que, a su vez, es hidrosoluble. Esta característica es la base de su capacidad para formar espuma. Las saponinas son percibidas como amargas, y esto reduce las características organolépticas y palatabilidad de los productos ricos en ellas. Sólo algunas (generalmente aquellas con aglicona triterpenoica) tienen un buen sabor, que recuerda a la raíz de regaliz. b. Fuentes naturales. Las saponinas están presentes en legumbres, avena, papas, vino tinto, soya, alfalfa, yuca, pimientos, espinacas, tomates, cebollas rojas, fenogreco, etc. c. Método(s) de extracción. Esta sustancia se puede extraer tanto en frío como en caliente, con agua o alcoholes. Los materiales lipoides presentes en estos extractos se separan con benceno. Al concentrar la solución alcohólica se separan las saponinas y después se cristalizan las mezclas de alcohol-agua.

d. Pruebas de identificación

A partir del extracto alcohólico seco se procede a realizar los siguientes ensayos: i) Prueba de LiebermannBurchard. - Se toma una pequeña cantidad de extracto y se añade 2 ml de anhídrido acético, 2 ml de cloroformo y se enfrió a 0ºC. Se añade 2 gotas de ácido sulfúrico (c). La aparición de una coloración azulada que pasa a anaranjado para luego volverse verde, indica que la reacción es positiva. ii) Prueba de Salkowski. - Se toma una pequeña cantidad del extracto y se le añade 2 ml de cloroformo y 2 ml de ácido sulfúrico. Una coloración anaranjada indica reacción positiva. iii) Prueba del α naftol. - En un tubo de ensayo se coloca una pequeña cantidad de extracto alcohólico seco y se añade 2 ml de etanol y 2 gotas de solución 0.1% de α - naftol adicionándose por la pared del tubo de ensayo 2 ml de ácido sulfúrico (c). La reacción es positiva cuando en la interface se forme un anillo de color violeta. 4. Ejemplos de saponinas (4-5), destacando sus propiedades biológicas o aplicaciones

La sarsapogenina ejemplo de saponinas. Este está presente en la planta Yuca

es

otro

La dioscina, presente en la planta Ñame Sabor fuertemente amargo. Disminuye la tensión superficial del agua. Se disuelve en agua y produce espuma. Emulsificación de grasas y aceites. Algunas saponinas son marcadamente tóxicas. En el caso de la saponina en polvo, que es la que se comercializa, es de color amarillo claro.

Causan una disminución del colesterol en el cuerpo, previniendo su reabsorción  y aumentando su excreción. Evitan la oxidación del colesterol en el colon. Previenen la degeneración del ADN y las proteínas.  Protegen las células del daño de los radicales libres. Fomentan el crecimiento de bacterias buenas y disminuyen las bacterias dañinas.

5. La Patente es un privilegio que le otorga el Estado al inventor como reconocimiento de la inversión y esfuerzos realizados por éste para lograr una solución técnica que le aporte beneficios a la humanidad. Dicho privilegio consiste en el derecho a explotar exclusivamente el invento por un tiempo determinado. La explotación puede consistir en comercializar exclusiva y directamente el producto patentado, o por intermedio de terceros otorgando licencias, o transfiriendo los derechos obtenidos mediante su venta para que un tercero explote la invención. En conclusión, el beneficio es económico para el inventor o titular de la patente. Los medicamentos son ciertamente el resultado de investigación, usualmente de un laboratorio. Luego estos, se comercializan sujetos a la protección comercial que brindan las agencias internacionales de patentes a ese producto que contiene un principio activo nuevo, derivado de años de investigación y que es comercializado por el dueño de la patente, bajo un nombre comercial de marca registrada. Las normativas establecen que todo medicamento que tenga un nombre específico, debe ser usado solamente por esa determinada firma comercial o industrial que lo ofrece a la venta. La patente, sin embargo, no se limita a la molécula, sino también a la formulación, mecanismo de producción, o asociación con otras moléculas. Mediante sucesión de patentes las industrias farmacéuticas buscan y consiguen prolongar el periodo de exclusividad de sus presentaciones comerciales, aun cuando presentaciones anteriores de la misma molécula hayan quedado libres

5. Los modelos de relación estructura-actividad (SAR) y de relación cuantitativa entre estructura y actividad (QSAR), colectivamente conocidos como (Q)SAR, son modelos matemáticos que pueden utilizarse para predecir las propiedades de destino fisicoquímicas, biológicas y ambientales de los compuestos a partir del conocimiento de su estructura química. Estos modelos están disponibles de forma gratuita y como software comercial. El uso de los (Q)SAR ha proporcionado información fiable comparable y suficiente para cumplir con los requisitos de información. Los (Q)SAR deben validarse científicamente y la sustancia debe caer dentro del ámbito de aplicabilidad del modelo.

Como sucede con cualquier otra forma de dato, debe proporcionar documentación suficiente para permitir una evaluación independiente de los resultados. Recomendaciones Utilice las (Q)SAR para las propiedades fisicoquímicas y para algunas propiedades de destino y de toxicidad ambiental. Actualmente, las (Q)SAR no son adecuadas para las propiedades toxicológicas complejas, ya que no son adecuadas para los propósitos de clasificación y etiquetado o para la evaluación de riesgos. Documente las (Q)SAR a fondo en su expediente de registro usando los formatos estándar en la IUCLID. Se recomienda utilizar modelos de clasificación (predicción de respuestas sí/no) para propiedades en las que el resultado del ensayo se puede expresar como tal. Considere la posibilidad de utilizar parámetros adicionales y de vincular interacciones potenciales entre ellos. Las (Q)SAR pueden asociarse a otros datos y utilizarse en un enfoque de ponderación de pruebas. Cree un registro de estudio para cada estructura química sujeta a una predicción de (Q)SAR.

6. Solventes verdes Los solventes verdes se caracterizan por su baja toxicidad, baja miscibilidad, fácil degradación bajo condiciones ambiente, alto punto de ebullición y su facilidad para ser reciclado.El criterio para determinar a un solvente verde dependerá del us o y destino durante el proceso químico. Igualmente, la determinación de que constituye el uso apropiado del solvente en química verde incluirá las siguientes acciones. •Rediseño de la naturaleza química exacta del solvente vía síntesis. •Identificación de sustitutos igualmente útiles, pero otra clase química para su uso en lugar de un disolvente tradicional. •Reducción (eliminación del uso de solventes en ciertos procesos El uso de solventes verdes incluye a la química, ecología y filosofía.)

menos tóxicos de químicos.

Entonces, constituye un apropiado solvente para química verde fundamentalmente, debe ser un solvente, que permita la terminación de la tarea de una manera ambientalmente consiente. La toxicidad ambiental es un factor clave que afecta a la elección de solventes verdes.Estos quimicos deben ser mínimamente tóxicos para la salud humana y el ambiente, y no producir contaminación. Las condiciones de lo que constituye un solvente seguro se resumen de la siguiente manera •baja absorción tanto humana Como ambiental.

•Su toxicidad ambiental debe ser entendida. •Su destino ambiental debe ser entendido

Motivos para el uso de disolventes "verdes" 

Aplicación y desarrollo de nuevas rutas sínteticas de bajo impacto ambiental.



Sustitución de disolventes para eliminar las emisiones de compuestos orgánicos volátiles (COV´s), toxicidad e inflamabilidad.

 

Uso de materias primas renovables. Uso de reactivos seguros para reducir el impacto sobre la naturaleza (inocuos para el medio ambiente) y la exposición humana a productos químicos peligrosos.



Uso de nuevas tecnologías más sostenibles.

 o

El uso de estas técnicas permiten eliminar o reducir: El uso de productos tóxicos persistentes en síntesis química.

o

El número de etapas sintéticas y aislamientos para economizar los procesos de producción.

o

El número de toneladas de residuo por producto comercializado.

o

El uso o generación de solventes y sustancias nocivas y tóxicas en los procesos de síntesis y producción.

Los disolventes verdes deben ser, ante todo, fácilmente separables de los productos y reutilizables



Entre las aplicaciones de los disolventes "verdes", destaca su empleo como pesticida debido a las siguientes ventajas: Aumentan la eficiencia del pesticida.



Poseen baja resistencia.



Aumentan selectividad.



Gran poder de solvencia.

 

Son biodegradables. Reducen la contaminación.



Baja toxicidad para animales sangre caliente.

 

No tóxico para peces, gusanos, daphnia. Alto Flash Point. Otras aplicaciones de esta familia de disolventes son, por ejemplo:



Revestimientos: Pinturas, adhesivos (el solvente es usualmente extraído por evaporación después su aplicación)



Limpieza: Limpiadores secos

  

Extracción: Aceites, descafeinización del café (benceno, CH2Cl2) Farmacia: Producción de principios activos. Producción de biocombustibles: Biodiesel y subproductos 7. En la actualidad se emplean bacterias para el bioprocesamiento de metales en minas, o en la recuperación de los desechos metálicos presentes en represas. Nuestra idea consistió en usar el método para recuperar el cobre a partir de la chatarra”. Hoy en día es posible reaprovechar el cobre y otros metales presentes en las plaquetas de circuitos impresos mediante procesos químicos que comprenden el uso de ácidos para efectuar la extracción, o por el proceso pirometalúrgico, con el cual se lleva a cabo la recuperación de los metales en altas temperaturas, lo que resulta en la emisión de gases contaminantes. El primer paso en este proceso consiste en el maquinado mecánico de las plaquetas de los circuitos. Se las pica y se las tritura en un molino hasta que se transforman en granos de hasta 2 milímetros de diámetro. Luego se emplea un separador magnético para extraer las partes con hierro y níquel. “Trabajamos solamente con el residuo no magnético, que es el que contiene cobre”, dice Luciana. El próximo paso consiste en agregarle los granos de la plaqueta a una solución acuosa con hierro en su forma soluble (iones ferrosos o Fe+2). Cuando se inocula la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans de linaje LR en este medio, la misma oxida a los iones ferrosos y los transforma en iones férricos (Fe+3). Por último, éstos oxidan al cobre, que sale liberado de los gránulos de la plaqueta y se disuelven en la solución, en un proceso conocido con el nombre de biolixiviación. La etapa final –la separación del cobre solubilizado– se ejecuta por mediante procesos conocidos.. Radicó en condicionar a los microorganismos, cuyo hábitat natural son las rocas que contienen hierro, para que sobreviviesen y se reprodujesen en el medio líquido con las plaquetas de circuitos

trituradas. “Siempre que poníamos esos fragmentos triturados en el medio de cultivo, las bacterias morían. Ciertos componentes de las plaquetas, tales como la fibra de vidrio, las resinas y los materiales cerámicos, les son tóxicos”. La salida consistió en hacer una lenta adaptación de los microorganismos a las plaquetas. “Empezamos mezclando 1,25 gramos de plaquetas por cada litro de solución con bacterias. Seleccionamos microorganismos resistentes, aumentamos su población y elevamos la concentración. Repetimos este proceso varias veces hasta que, al final del estadio adaptativo, logramos mezclar 28 gramos de plaquetas por litro. Cuanto mayor es la concentración, más productivo es el proceso de recuperación del cobre. Esto significa que se pueden procesar más placas de una sola vez”.

Referencias bibliográficas http://saponinasorganica.blogspot.com/2015/11/saponinas.html http://www.scielo.org.co/pdf/rccqf/v45n3/v45n3a06.pdf https://revistas.unal.edu.co/index.php/rccquifa/article/viewFile/56587/55527