Estudio sobre el catabolismo de gramina en la planta Hordeum vulgare - Ghini, Alberto Antonio (1987)
El objetivo del presente trabajo fue estudiar el catabolismo del alcaloide gramina en plantas de Hordeum vulgare (cebada). Dicho estudio implicó la síntesis de gramina marcada en distintas posiciones con isótopos de carbono e hidrógeno, y de otros compuestos indólicos relacionados, los cuales fueron utilizados en experiencias "in vivo" con plantas de cebada en desarrollo. Los productos sintetizados permitieron realizar un estudio detallado de los espectros de RMN-¹H y particularmente RMN-¹³C de indoles sustituidos. En esta tesis se desarrollaron los siguientes temas: 1. Introducción: donde se resumen las características que le confieren a ciertas moléculas el carácter de alcaloide; se describen las características de las plantas de cebada utilizadas, los alcaloides presentes en las mismas y en particular, la presencia de gramina y los estudios realizados por otros autores sobre su biosíntesis y catabolismo. Se mencionan además las propiedades biológicas de la gramina y se hace referencia a su posible función en el vegetal. 2. Síntesis de indoles isotópicamente marcados: Se describe la síntesis de los distintos trazadores, radiactivos o no, y de otros compuestos indólicos empleados en la elucidación del camino catabólico de gramins y en estudios espectroscópicos . Ellos fueron: gramina-α-14C , gramina-α-¹³C, gramina-2-14C, gramina-2-¹³C, gramina-6-²H, gramina-6-³H, indol-2-¹³C, indol-6-²H, indol-3-carboxaldehido-2-14C, indol-3-carboxaldehido-2-¹³C, indol-3-carboxaldehido-6-²H, ácido indol-3-carboxílico-2-14C, 3-(hidroximetil)-indol, 3-(aminometil)-indol, 3-(metilaminometil)-indol, 6-bromoindol, 6-bromogramina y 1-trimetilsililindol . En especial, se desarrolló una síntesis novedosa para la obtención de indoles marcados con deuterio o tritio en el anillo bencénico, la cual resultó superior en especificidad y rendimiento químico e isotópico, a las anteriormente conocidas. Se aclararon además algunas contradicciones halladas en la literatura sobre la aplicabilidad de modificaciones de la reacción de Madelung para la síntesis de indol isotópicamente marcado. 3. Experiencias con plantas de cebada:En este Capítulo se describen: a) Las condiciones utilizadas para el desarrollo de las plantas y el método de inoculación de trazadores en plantas de cebada intactas en desarrollo. b) Experiencias de degradación de gramina-α-14C donde se determinó la degradación del C-α a C02. c) Experiencias de degradación de gramina-2-14C, donde se determinó la degradación del C-2 a C02. d) Experiencias de degradación de gramina-α-¹³C y su seguimiento por RMN-¹³C e) Experiencias de competencia y captura utilizando gramina-α-14C y gramina-2-14C en conjunto con posibles catabolitos como indol-3-carboxaldehido, ácido indol-3-carboxílico o 3-(hidroximetil)-indol y triptofano, ácido N- formilantranílico o formiato, respectivamente. f) Experiencias de degradación de indol-3-carboxaldehido-2-14C y ácido indol-3-carboxílico-2-14C donde se determinó la reversibilidad de la conversión gramina indol- 3-carboxaldehido. g) Experiencias realizadas con tallos aislados de cebada. h) Experiencias de degradación de gramina-6-³H y de gramina-(6-³H, 2-14C), donde se determinó la degradación total del sistema aromático. En base a estos estudios se concluyó que el C-α de la cadena lateral de la gramina es degradado cuantitativamente a C02, mientras que el C-2 sería eliminado como formiato que en gran parte se oxidaría a C02 mientras el resto pasaría al reservorio de C-1 del organismo donde sería posteriormente metabolizado a una variedad de compuestos. Los pasos en esta degradación serían la desmetilación secuencial del grupo dimetilamino y transformación a indol-3-carboxaldehido a través de una transaminasa, siendo esta parte de la secuencia reversible y probablemente común con el proceso biosintético de la gramina. Posteriormente se produciría la oxidación irreversible a ácido indol-3-carboxílico, descarboxilación con pérdida de la cadena lateral y ruptura oxidativa del anillo pirrólico para dar ácido N-formilantranílico y finalmente ácido antranílico y formiato. Las experiencias com gramina-6-³H permitieron además determinar que el ácido antranílico intermediario era también rápidamente degradado oxidativamente, con eliminación del ³H de la posición 6 de la gramina como ³H2O. La reversibilidad de la conversión gramina indol-3-carboxaldehido es analizada desde el punto de vista de su implicancia en la biosíntesis de gramina, la cual no se encontraba completamente elucidada. 4. Andlisis espectroscópico: Los distintos compuestos indólicos sintetizados, y en particular la marcación con ²H y ¹³C, permitió estudiar exhaustivamente los espectros de RMN-¹H y RMN-¹³C de estos compuestos. En especial se reasignaron las resonancias de los carbonos 5 y 6 de indol y gramina y 4 y 6 de indol-3-carboxaldehido en sus espectros de RMN-¹³C, los cuales estaban mal asignados en literatura. Además, se determinaron los espectros de RMN-²H de los compuestos deuterados, los cuales permitieron también asignar inequívocamente las resonancias del H-6 en los espectros de RMN-¹H de los compuestos sintetizados. Se asignaron completamente los espectros de RMN-¹H de indol, indol-6-²H, 6-bromoindol , gramina-6-²H, 6-bromogramina e indol-3-carboxaldeido-6-²H. 5. Parte experimental: Se describe la parte experimental de la labor realizada, donde se detallan las síntesis realizadas, las técnicas extractivas, cromatográficas y espectroscópicas empleadas, las condiciones de crecimiento de las plantas y de adrninistración de trazadores .