METABOLITOS SECUNDARIOS 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 Julio, 2011

Metabolismo Secundario Definiciones … ó Sustancias Ecológicamente Eficaces Agronomía-U.C.V. 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. Metabolismo Secundario Definiciones … 8000 polifenoles 1000 alcaloides 270 aminoácidos no-proteicos 32 cianógenos Otros (saponinas, terpenos, etc)

Metabolismo intermediario Compuestos secundarios … Agronomía-U.C.V. ¿ Razón de ser ? Metabolismo Secundario Definiciones … Transporte y almacenamiento de Nitrógeno Defensa Química 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 Metabolismo Secundario Particularidades …

Metabolito Secundario Diversidad de usos … 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 Metabolismo Secundario Particularidades … Fuente: Payo et al. (1996)

Metabolismo Secundario Sistemática … Estructura Proteica Inhibidores de proteasas, Lectinas, Inhibidores de amilasa, Alérgenos y Antígenos Aminoácidos No Proteicos Latirógenos y neurotoxinas, Antagonistas de arginina Metabolitos heterocíclicos y misceláneos Glicósidos Oligosacáridos Polisacáridos no amiláceos Otros glicósidos Otros Fitatos, Taninos y Alcaloides Químicamente … Agronomía-U.C.V. De acuerdo a … Naturaleza química Proteínas Aminoácidos no proteicos Glicósidos Otros metabolitos Modo de acción y efectos metabólicos Daño en la mucosa intestinal Inhibición de la actividad enzimática Interferencia en retroalimentación de síntesis enzimática Reacción de alergia e intolerancia Analogía estructural con aminoácidos proteicos Reducción de disponibilidad de nutrientes Efecto sobre respuesta animal Metabolismo Secundario Sistemática …

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. DL50 Aflatoxina B1 15 µg/kg Cafeína 4000 mg/kg (75 tazas en 30 min.) En extremo … Curva de frecuencia dosis-respuesta Williams y Burson (1985) Grado de diferenciación o complejidad del SNC Nivel de evolución de los mecanismos reguladores de las funciones corporales (temperatura, respiración, etc) Estructuración y diferenciación del sistema digestivo y respiratorio Características y diferenciación de la piel Sensibilidad diferencial entre especies … Metabolismo Secundario Toxicología …

Metabolismo Secundario Inhibidores de Proteasas … Agronomía-U.C.V. 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 ... Metabolismo Secundario Inhibidores de Proteasas … 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

(Kunitz / Bowman-Birk) Inhibidor de tripsina y actividad pancreática ... Control ... Tostado (195 ºC / 15 min), Hervir en agua, Autoclave (120 º C / 30 min), Radiación de microondas e infrarrojo, Radiación gamma, Extrusión y Micro-ionización; entre otros. Actividad de Inhibidor Minutos a 100 º C 0 2 4 6 10 15 20 100 80 60 40 20 Inhibidor PER Agronomía-U.C.V. Inhibidor (Kunitz / Bowman-Birk) Proteína dietaria Tripsinógeno (Páncreas) CCK (Mucosa) Tripsina (Intestinal) Proteolísis Tripsina - Inhibidor Metabolismo Secundario Inhibidores de Proteasas … Fuente: Liener (1990)

Metabolismo Secundario Inhibidores de Proteasas … Agronomía-U.C.V. Tratamiento térmico de Psophocarpus sp., metabolitos secundarios y valor biológico en ratas I T Hemoaglut. Taninos Valor Tratamiento (mg/g) (U /mg) (mg/g) 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) Metabolismo Secundario Inhibidores de Proteasas …

Metabolismo Secundario Lectinas … (Del latín legere, que significa preferir, escoger) Agronomía-U.C.V. 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. Metabolismo Secundario Lectinas … 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)

Vellosidad intestinal Agronomía-U.C.V. Su acción ... Hipertrofia e Hiperplasia Menor Consumo Dieta Tripsina Quimiotripsina Epitelio Intestinal R Pepsina 30 - 90 % Lectina HECES Hipertrofia e Hiperplasia Metabolismo Secundario Lectinas … Vellosidad intestinal Menor Consumo Normal Fuerte Fuente: Pizzani et al (1999)

Metabolismo Secundario Alérgenos … Agronomía-U.C.V. 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. Efectos ... Digestión insuficiente y diarrea Respuesta inmune Pobre comportamiento productivo En ... Mayoría de las leguminosas. Reportada en Pisium spp. y Glicine spp. Metabolismo Secundario Alérgenos …

Fotosensibilidad en piel no pigmentada Agronomía-U.C.V. Sustancias fotosensibilizantes ... Lesiones ... Animal hipersensible a la presencia de la luz solar, particularmente a los rayos U.V., provocando inflamaciones acuosas bajo la piel y eventualmente necrosis 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. Metabolismo Secundario Fotosensibilizantes … Hierba de San Juan (Hypericum perforatum) Cariaquito naranja (Lantana camara) Pastos diversos (Panicum spp.) Cuernos de chivo (Tribulus terrestris) Hongos (Pithomyces chartarum) Signos ... En ... Diarrea Irritación en piel despigmentada Enrojecimiento Edema e Ictericia Mecanismo de acción ... Clorofila Excreción Filoeritrina Hígado Bilis Microorganismos ruminales Los AGI´s de membranas se alteran y los lisosomas liberan las enzimas hidrolíticas y/o mediadores químicos de la inflamación Fotosensibilidad en piel no pigmentada

Metabolismo Secundario AA´s No Proteicos … Aminoácidos No Proteicos ... Agronomía-U.C.V. 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. Metabolismo Secundario AA´s No Proteicos … Efectos ... Síntesis de proteínas anómalas Neurotóxicos y Latirismo (AA´s análogo del glutamato) Inhibición de enzimas, disfunción renal y depilación; entre otros.

Distribución y toxicidad de aminoácidos no proteicos Aminoácidos Especie g/kg MS semilla Efectos Tóxicos Neurolatirógenos -cianoalanina Vicia spp. 1,5 Convulsiones, espasmos tetánicos y muerte -(N) oxalyl- Lathyrus spp. 25 Convulsiones, muerte aminoalanina Análogos de Arginina Canavanina Canavalia spp. 51 Reducción del crecimiento Gliricidia spp. 40 Disfunción sistema inmune Indigofera spp. 9 Daño en utilización de N Aromáticos Mimosina Leucaena spp. 145 Caída de la lana Daños orgánicos y muerte Metabolismo Secundario AA´s No Proteicos … Fuente: Mello (1990)

Metabolismo Secundario AA´s No Proteicos … Agronomía-U.C.V. Susceptibilidad depende de ... Especie animal Dieta y tiempo de exposición Diferencias geográficas Novillos pastoreando Leucaena sp. y bacterias degradadoras de DHP Metabolismo Secundario AA´s No Proteicos … GDP DHP Tiroxina en suero Tratamiento (6-19 sem.) (a 13 sem.) (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 Metabolismo Secundario Glucósidos … 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 … Otros Glucósidos ... Agronomía-U.C.V. 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 ... Metabolismo Secundario Saponinas … 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

DESFAUNACIÓN Y POBLACIONES MICROBIALES Agronomía-U.C.V. DESFAUNACIÓN Y POBLACIONES MICROBIALES   (log10/ml fluido ruminal)   Sdx Amonio (mg N-NH3/100 ml) Protozoos 196,0 5,4a 194,9 5,0b 117,3 4,6c 9,8 0,1 Hongos 7,6a 8,1b 8,5c Bacterias Totales 10,3a 11,3b 11,7c 0,2 Celulolíticas 7,5a 8,1 8,8c Deg. MS (%) % (24 h) 12,5a 18,6 25,9c 0,9 T1/2 72,9 69,7 66,6 5,7 Sapindus saponaria en dieta (g/animal/día) 0 25 50 Metabolismo Secundario Saponinas … Díaz et al. (1993)

Metabolismo Secundario Fitoestrógenos … Continuac… 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 ... Metabolismo Secundario Fitoestrógenos … 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 Metabolismo Secundario Cianógenos … 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 … Otros Metabolitos Secundarios ... Agronomía-U.C.V. Fitatos Fósforo (%) Actividad de Total Fítico Total/Fítico fitasa (U/kg) CEREALES Trigo 0,33 0,18 55 1565 Maíz 0,27 0,17 73 24 Arroz Grano 0,12 0,08 65 112 Pulidura 1,57 1,13 72 134 Sorgo 0,26 0,17 66 24 OLEAGINOSAS (Subprpd) Algodón (semilla) 0,64 0,49 77 51 Harina de Soya 0,57 0,37 65 62 Harina de Palma 0,51 0,29 57 34 Harina de coco 0,43 0,24 56 37 Godoy et al. (2005) El ácido fítico y sus sales, los fitatos, agrupan 2/3 del fósforo de origen vegetal de los monogástricos. Presentan gran habilidad quelatante, formando complejos insolubles con algunos cationes. Se puede reducir su presencia por germinación, uso de fitasas fúngicas y autolisis. Metabolismo Secundario Fitatos … En ... Granos de cereales, semillas y aceites de leguminosas. Efectos ... Incrementa requerimientos de minerales Inhiben enzimas digestivas (ej. Pepsina, pancreatina y amilasa) Quelación de calcio reduce actividad de tripsina y amilasa Reducido por fitasas (endógenas y exógenas)

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. Humanos Cabras Pollos Monos Marmota Conejos Ovinos Ratones Bovinos Venado Ausente Presente Proteínas ricas en prolina ... En ... Mayoría de las leguminosas: Acacia, Leucaena, Prosopies, Albizia, etc. Metabolismo Secundario Taninos … Efectos ... Alta afinidad por las proteínas de la digesta Reducción del consumo voluntario Baja absorción de hierro y otros minerales Efecto beneficioso en rumiantes (20 mg/kg MS)

Taninos condensados libres Disociación del complejo + Proteínas Complejo insoluble Tanino / Proteína Masticación Protección del complejo Taninos condensados libres Fermentación de CHO”s Disociación del complejo Taninos Condensados Libres Digestión y absorción Boca Rumen ( pH 5-7 ) Abomaso ( pH 2.5 - 3.5 ) Duodeno ( pH 8-9 ) Fuente: Mello (1990)

Metabolismo Secundario Taninos … Metabolismo de nitrógeno ... Agronomía-U.C.V. GRUPO Taninos PEG Consumo N (g/día) 42,4 47,6 Nitrógeno en digesta (g/kg MS) Rumen 39,9 33,0 Abomaso 48,8 43,3 Ileum 33,6 20,7 Heces 38,3 22,7 Digestibilidad en (%N) : Rumen 13 26 Inst. delgado 53 55 Inst. grueso 1 0 Total 67 81 Metabolismo Secundario Taninos … Secado del forraje Uso de PEG Suplementación con plantas libres de taninos y urea Manipulación de microflora ruminal Destoxificación ... Menor consumo ... Menor tasa de fermentación microbial Menor concentración de NH3 en rumen Disminución de tasa de recambio ruminal Menor producción de AGV´s Fuente: Waghorn et al. (1994)

Metabolismo Secundario Micotoxinas … Agronomía-U.C.V. 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 ... Metabolismo Secundario Micotoxinas … 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 … Micotoxinas en el mundo ... Agronomía-U.C.V. Localidad Micotoxinas Oeste de Europa Este de Europa Norteamérica Sudamérica Africa Asia Australia ocratoxinas, desoxinivalenol, zearalenona zearalenona, desoxinivalenol ocratoxinas, desoxinivalenol, zearalenona, aflatoxinas aflatoxinas, fumonisinas, ocratoxinas, desoxinivalenol, toxina T-2 aflatoxinas, fumonisinas, zearalenona aflatoxinas aflatoxinas, fumonisinas Metabolismo Secundario Micotoxinas … Contaminación por Micotoxinas (%) en alimentos para aves Micotoxina Maíz (10 muestras) Otros ingredientes Alimento para aves Aflatoxina 24 33 92 Vomitoxina 50 44 88 Acrotoxina 22 80 Zearolina 40 66 60 T-2 Toxina 36 Fremonixina 78 Países: Taiwán, Malasia, Tailandia, Singapur, Indonesia e India González (2005)

Cultivos más sensibles De mayor interés ... Toxina Hongo DL50 (mg/kg PV)1 Principales efectos Cultivos más sensibles Aflatoxina Aspergillus sp. 3 Crecimiento reducido, daños de hígado, ictericia, reducción de inmunidad Todos los cereales, Semilla de algodón, Maní, grano de soja Zearalenona Fusarium sp. 10 Infertilidad, anestros, mortalidad embrionaria, prolapso rectal, calidad del semen Todos los cereales, alfalfa, yuca, maní y sorgo Tricotecenos (T2, DAS,DON) Inapetencia, vómito, reducción de inmunidad Todos los cereales Ocratoxina y Citrinina Aspergillus sp. Penicillum sp. Crecimiento reducido, daños bazo/hígado Cereales, maní y sorgo Fumoninisina 19 Reduce ingesta y crecimiento, problemas respiratorios, edema pulmonar Todos los Cereales 1= En caso de cerdos Fuente: Devegowda et al (1998)

Metabolismo Secundario Micotoxinas … Control de Micotoxinas ... Agronomía-U.C.V. 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 Metabolismo Secundario Micotoxinas … Degradación biológica (bacterias, levaduras y hongos)

¿ Existe control ? ... Metabolismo Secundario En general … Agronomía-U.C.V. 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 Primarios: Tratamientos químicos, enzimáticos, físicos (fraccionamiento, aplicación de calor) Secundarios: Extrusado, peletizado, etc. Metabolismo Secundario En general …

Metabolismo Secundario Importancia en la Producción Animal… 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. Metabolismo Secundario Importancia en la Producción Animal…