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Compostos Fenolicos

  1. Compostos fenólicos 

As plantas produzem uma grande diversidade de compostos secundários que contêm um grupo fenol: um grupo hidroxila funcional em um anel aromático: Essas substâncias são classificadas como compostos fenólicos. Os compostos fenólicos vegetais constituem um grupo quimicamente heterogêneo, com aproximadamente 10 mil compostos. Alguns deles são solúveis apenas em solventes orgânicos, outros são ácidos carboxílicos e glicosídeos solúveis em água e há, ainda, aqueles que são grandes polímeros insolúveis. Devido à sua diversidade química, os compostos fenólicos exercem diferentes papéis nos vegetais. Muitos atuam como defesas contra herbívoros e patógenos, enquanto outros têm função como atrativo de polinizadores ou dispersores de frutos, na proteção contra a radiação ultravioleta, no suporte mecânico ou reduzindo o crescimento de plantas competidoras adjacentes. Após um breve relato sobre a biossíntese desses compostos, serão discutidos os três principais grupos de fenólicos e suas funções nas plantas (TAIZ et al., 2017).

Os compostos fenólicos recebem este nome, por apresentarem em sua estrutura, pelo menos uma unidade de fenol (um grupo hidroxila ligado a um anel aromático – um anel de seis átomos de carbono, contendo três duplas ligações -, podendo haver mais de uma hidroxila – OH – por anel). A grande maioria deles é solúvel em água e ocorre na forma de glicosídeos (que ao contrário dos alcalóides, não apresentam nitrogênio na sua fórmula estrutural) e ácidos carboxílicos (DELPHINE et al., 2019).

Figura 1.  Fórmula estrutural básica dos compostos fenólicos (Taiz et al., 2017). 

2.2.1 Fenilalanina

A fenilalanina é um intermediário na biossíntese da maioria dos compostos fenólicos. Estes possuem diferentes rotas de síntese, por serem um grupo bastante heterogêneo do ponto de vista metabólico. Com isto, a sua síntese é ocasionada por duas rotas metabólicas básicas: a rota do ácido chiquímico e a rota do ácido mevalônico. A rota do ácido chiquímico participa na biossíntese da maioria dos compostos fenólicos vegetais. A rota do ácido mevalônico, embora seja uma fonte importante de produtos secundários fenólicos em fungos e bactérias, é menos expressiva nas plantas superiores (TAIZ et al., 2017: Apêndices 4 – online.)

Figura 2. Os compostos fenólicos são sintetizados de várias maneiras. Taiz et al., 2017: Apêndices 4 – online.

A rota do ácido chiquímico converte precursores de carboidratos derivados da glicólise e da rota da pentose fosfato em três aminoácidos aromáticos: fenilalanina, tirosina e triptofano. O ácido chiquímico é um dos intermediários dessa rota, que dá o nome a essa sequência de reações. O glifosato (disponível comercialmente como Roundup) é um herbicida conhecido de espectro amplo, mata os vegetais bloqueando uma etapa dessa rota metabólica. A rota do ácido chiquímico está presente em plantas, fungos e bactérias, mas não é encontrada em animais. Os animais não podem sintetizar aminoácidos aromáticos – fenilalanina, tirosina e triptofano – que são, portanto, nutrientes essenciais nas suas dietas.

Figura 3. Esquema da biossíntese de compostos fenólicos a partir da fenilalanina.

As classes mais abundantes de compostos fenólicos em plantas são derivadas da fenilalanina, pela eliminação de uma molécula de amônia, formando o ácido cinâmico (Figura 6). Essa reação é catalisada pela fenilalanina amônia liase (PAL, phenylalanine ammonia lyase), talvez a enzima mais estudada no metabolismo secundário vegetal.

A PAL está situada em um ponto de ramificação entre os metabolismos primário e secundário, de modo que a reação que ela catalisa é uma etapa reguladora importante na formação de muitos compostos fenólicos. Sua atividade é aumentada por fatores ambientais, tais como baixos níveis de nutrientes, luz (pelo seu efeito nos fitocromos) e infecção por fungos. O ponto de controle parece estar no início da transcrição. A invasão de fungos, por exemplo, desencadeia a transcrição do RNA mensageiro que codifica a PAL, aumentando a quantidade dessa enzima na planta, o que, então, estimula a síntese de compostos fenólicos. Em muitas espécies vegetais, a regulação da atividade da PAL torna-se mais complexa pela existência de múltiplos genes que codificam essa enzima, alguns dos quais são expressos somente em tecidos específicos ou sob certas condições ambientais (LOGEMANN et al., 1995).

As reações subsequentes àquelas catalisadas pela PAL levam à adição de mais grupos hidroxila e outros substituintes. Os metabólitos ácidos trans-cinâmico e p– cumárico e seus derivados são compostos fenólicos simples chamados fenilpropanóides, por conter um anel benzênico e uma cadeia lateral de três carbonos 

Figura 4.  Estrutura básica dos compostos fenólicos e simples. Fonte: Google imagens

Os compostos fenólicos simples são amplamente distribuídos nas plantas vasculares e parecem apresentar funções variadas. Suas estruturas incluem:

  • Fenilpropanóides simples, como o ácido trans-cinâmico, ácido p-cumárico e seus derivados, como o ácido cafeico, os quais apresentam um esqueleto básico de fenilpropanóide (Figura 7A);
  • Lactonas de fenilpropanoides (ésteres cíclicos) chamadas cumarinas, que também apresentam esqueleto carbônico de fenilpropanóide (Figura 7B). 
  • Derivados do ácido benzóico, que apresentam um esqueleto formado a partir de fenilpropanóides pela eliminação de dois carbonos da cadeia lateral (Figura 7C).

Figura 5.  Diferentes compostos fenólicos. Fonte TAIZ et al., 2017 – apêndices 4 – online.

2.2.2 Taninos 

Os taninos são polímeros fenólicos com propriedades de defesa vegetal, assim como ligninas. O termo tanino foi inicialmente utilizado para descrever compostos que poderia ser utilizado no processamento da pele animal, o curtimento. Há duas categorias de taninos: os condensados e os hidrolisáveis, considerando que a maioria dos taninos tem massa molecular entre 600 e 3000 Da.

  1. Condensados: formados pela polimerização de unidades de flavonóides, comuns em plantas lenhosas; são conhecidos também como pro-antocianidinas, por frequentemente serem hidrolisados a antocianidinas com tratamento à base de ácidos fortes (Figura 9A).
  2. Hidrolisáveis: são polímeros heterogêneos que contém ácidos fenólicos (ácido gálico em especial) e açúcares simples. Os hidrolisáveis são menores que os taninos condensados e podem ser hidrolisados com mais facilidade (Figura 8B).

Figura 6.  Estrutura geral de um tanino Condensado (A) e um Hidrolisável (B). Fonte: TAIZ et al., 2017; apêndices 4 – online

Os taninos são polímeros fenólicos com propriedades de defesa vegetal, assim como ligninas. O termo tanino foi inicialmente utilizado para descrever compostos que poderia ser utilizado no processamento da pele animal, o curtimento. Há duas categorias de taninos: os condensados e os hidrolisáveis, considerando que a maioria dos taninos tem massa molecular entre 600 e 3000 Da. 

Os taninos atuam na defesa das plantas como: Toxinas reduzindo o crescimento e a sobrevivência de muitos herbívoros; repelente alimentar a uma grande variedade de animais; mamíferos, como bovinos, cervos e macacos, evitam consumir plantas ou parte de plantas com alto teor de taninos e frutos imaturos, frequentemente, tem alto teor de taninos, que inibem sua ingestão por animais, encontrados nas camadas externas.

Embora quantidades moderadas de taninos específicos possam trazer benefícios à saúde humana, as propriedades de defesa da maioria dos taninos estão relacionadas à sua toxicidade, a qual é em geral atribuída à capacidade de formar complexos com proteínas de modo não específico. Acredita-se que os taninos se ligam a proteínas do trato digestório dos herbívoros, pela formação de pontes de hidrogênio entre os seus grupos hidroxila e os sítios eletronegativos das proteínas (Figura 10A). Relatos mais recentes indicam que os taninos e outros compostos fenólicos podem também se ligar de modo covalente a proteínas da dieta (Figura 10B). Em plantas, são compostos de fácil constatação pela adstringência ao mastigar uma parte que os contém, por exemplo, a romã (Punica granatum L.).

Figura 7. Mecanismos propostos para a interação de taninos com proteínas. (A) Pontes de hidrogênio podem se formar entre os grupos hidroxila fenólicos dos taninos e os sítios eletronegativos na proteína. (B) Os grupos hidroxila fenólicos podem se ligar covalentemente a proteínas, após a ativação catalisada por enzimas oxidativas, como a polifenol oxidase (TAIZ et al., 2017 – apêndice 4 – online).

2.2.3 Flavonóides

Os flavonóides constituem a maior classe de fenólicos vegetais e estima-se que haja cerca de 4200 estruturas de flavonóides já identificadas. A explicação para a existência de uma grande diversidade estrutural dos flavonóides é explicada pelas modificações que tais compostos podem sofrer, tais como: hidroxilação, metilação, acilação, glicosilação, entre outras.

Os flavonóides têm uma importância potencial na medicina como inibidor de AMPc-fosfodiesterase, e na agricultura desde de que os isoflavonóides e rotenóides sejam considerados como fitoalexinas.

Os flavonoides representam a maior classe de fenólicos vegetais. O esqueleto básico de carbono dos flavonóides contém 15 carbonos organizados em dois anéis aromáticos, conectados por uma ponte de três carbonos:

Figura 8. Essa estrutura é resultante de duas rotas biossintéticas separadas: a rota do ácido chiquímico e a rota do ácido malônico

Figura 9.  Esqueleto básico de carbono dos flavonoides.

Os flavonoides são sintetizados a partir de produtos das rotas do ácido chiquímico e do ácido malônico. Os flavonóides contêm 15 carbonos no esqueleto básico molecular, organizados em dois anéis aromáticos.

Os flavonóides representam um amplo grupo de derivados fenólicos solúveis em água e coloridos (vermelho, carmensim, púrpura ou amarelo). Eles são normalmente encontrados em vacúolos, cloroplastos e cromoplastos. Os flavonóides são classificados em diferentes grupos, baseado primeiramente, no grau de oxidação dos três carbonos em forma de barco. Os principais grupos são as antocianinas, flavonas, flavonóis e isoflavonóides.

Figura 10.  Exemplos de flavonóides.

Os flavonóides concentram-se mais na parte aérea das plantas, ocorrendo em menor proporção nas raízes e nos rizomas. São os metabólitos secundários mais difundidos no reino vegetal, encontrando-se em maior quantidade nas famílias Leguminosae e Compositae. A grande vantagem dos flavonóides é a sua baixíssima toxicidade. Eles são essenciais para a completa absorção de vitamina C, ocorrendo normalmente onde quer que haja essa vitamina. Eles podem proteger as plantas contra os danos causados pela luz ultravioleta. Os flavonoides são divididos em quatros grandes grupos: as antocianinas, as flavonas, os isoflavonóides e os flavonóis. 

Apesar de o termo flavonóide derivar do latim flavus, que significa amarelo, observa-se que os grupos flavonóis e flavonas são incolores e que a classe das antocianinas possui substâncias que variam no seu espectro de coloração do verde ao azul. A cor das antocianinas é influenciada por vários fatores, incluindo o número de grupos hidroxil e metoxil no anel das antocianinas, a presença de metais quelantes como o ferro e o alumínio e pH do vacúolo da célula no quais estes estão armazenados. As antocianinas são de importância vital como atrativo para polinizadores e dispersores de sementes. 

Os isoflavonóides são encontrados em legumes e possuem algumas funções diferentes. Alguns como os rotenóides têm forte ação inseticida, enquanto que outros têm efeito anti-estrogênico, causando infertilidade em mamíferos. Os isoflavonóides se tornaram mais conhecidos por seu papel como fitoalexinas, compostos antimicrobianos que se acumulam em altas concentrações, em infecções fúngicas e bacterianas e ajudam a limitar o nível de invasão por patógenos.

Os isoflavonóides correspondem a um grupo de flavonóides, no qual a posição do anel aromático é modificada. São encontrados em legumes e possuem algumas funções diferentes. Algum como os rotenóides tem forte ação inseticida, enquanto que outros têm efeito anti-estrogênico, causando infertilidade em mamíferos. 

Há alguns anos atrás, os isoflavonóides tornaram-se mais conhecidos por seu papel como fitoalexinas, compostos antimicrobianos que se acumulam em altas concentrações, em infecções fúngicas e bacterianas e ajudam a limitar o nível de invasão por patógenos. 

Os isoflavonóides são também conhecidos como fitoalexinas, ou seja, uma classe de compostos com ação antipatógenos (e.g. medicarpina) ou inseticida (e. g. rotenóides).

2.2.4 Antocianinas

As antocianinas consistem no grupo mais comum dos flavonoides pigmentados, as quais são responsáveis pela maioria das cores vermelha, rosa, roxa e azul observadas em flores e frutos. Esses são glicosídeos que podem apresentar vários açúcares na posição 3 (Figura 14A) e, algumas vezes, em outras posições. Sem seus açúcares, as antocianinas são conhecidas como antocianidinas (Figura 14B). A cor das antocianinas é influenciada por muitos fatores, incluindo o número de grupos hidroxila e metoxila no anel B da antocianidina (Figura 14A), a presença de ácidos aromáticos esterificados ao esqueleto principal e o pH do vacúolo onde as antocianinas estão armazenadas.

Figura 11.  As estruturas das antocianinas (A) e das antocianidinas (B). 

As cores das antocianidinas dependem, em parte, dos substituintes ligados ao anel B (Tabela 1).

Estes flavonóides podem também ocorrer em complexos supramoleculares junto a íons metálicos quelados e a copigmentos flavonas. O pigmento azul de trapoeraba (Commelina communis) consiste em um grande complexo composto de seis moléculas de antocianinas, seis flavonas e dois íons magnésio associados (KONDO et al., 1992). As antocianidinas mais comuns e suas cores estão indicadas na Figura 11 e na Tabela 1.

Tabela 2. Efeito dos substituintes do anel na cor das antocianidinas.

Efeito dos substituintes do anel na cor das antocidininas
AntocianidinaSubstituintesCor
Pelargonidina4´- OHVermelho alaranjado
Cianidina3´-OH, 4´-OHVermelho violáceo
Delfinidina3´-OH,4´-OH, 5-OHAzul violáceo
Peonidina3-OCH3 4´-OHVermelho Rosado
Petunidina3`-OCH3, 4`-OH, 5´-OCH3Violeta

 2.2.5 Flavonas e flavonóis

São grupos de flavonoides encontrados em flores (Figura 8). Em muitos casos, esses flavonoides absorvem luz em comprimentos de onda mais curtos que as antocianinas, não sendo visíveis ao olho humano. Por outro lado, insetos como as abelhas, que enxergam na faixa extrema do ultravioleta, respondem às flavonas e aos flavonóis como sinais visuais atrativos. Os flavonóis de uma flor, muitas vezes, formam padrões simétricos de listras, pontos ou círculos concêntricos chamados de guias de néctario (LUNAU, 1992). Esses padrões podem ser visíveis aos insetos e acredita-se que auxiliem na localização do pólen e do néctar.

Figura 12. A margarida amarela (Rudbeckia sp.) como vista por humanos (A) e como deve ser vista por abelhas (B). (A) Para humanos, a inflorescência apresenta lígulas amarelas e um disco central marrom. (B) Para abelhas, as extremidades das lígulas aparecem como “amarelo-claro”, a porção interna das lígulas como “amarelo-escuro” e o disco central, “preto”. Os flavonóis que absorvem na região da luz UV são encontrados nas partes internas das lígulas, mas não nas extremidades. A distribuição dos flavonóis nas lígulas cria um padrão “olho-de-boi”, visto pelas abelhas, o que, possivelmente, as auxilia na localização do pólen e do néctar. Uma iluminação especial foi utilizada para estimular a sensibilidade espectral do sistema visual das abelhas.

No entanto, as flavonas e os flavonóis não estão restritos às flores; eles também estão presentes nas folhas de todas as plantas verdes. Essas duas classes de flavonoides protegem as células contra o excesso de radiação UV-B (280-320 nm), pois se acumulam nas camadas epidérmicas das folhas e caules e absorvem intensamente a luz na região do UVB, enquanto permitem a passagem contínua dos comprimentos de luz visível (fotossinteticamente ativos). Além disso, foi demonstrado que o aumento da exposição de plantas à luz UV-B resulta na maior síntese de flavonas e flavonóis. A radiação UV-B induz mutações no DNA, assim como gera um estresse oxidativo, que pode, potencialmente, danificar macromoléculas celulares.

2.2.5 Isoflavonas

As isoflavonas (isoflavonoides) representam um grupo de flavonoides no qual a posição de um anel aromático (anel B) está invertida (Figura 8). Estes isoflavonoides, são encontrados principalmente em leguminosas, apresentam várias atividades biológicas diferentes. Em alguns tipos, como a rotenona, podem ser utilizados eficazmente como inseticida e como veneno para ratos e para peixes. Outras isoflavonas apresentam atividade antiestrogênica.

Por exemplo, ovelhas que se alimentam de trevo, rico em isoflavonoides, com frequência sofrem de infertilidade. O sistema de anéis das isoflavonas possui uma estrutura cíclica tridimensional semelhante à estrutura dos esteroides (Figura 6B), permitindo que tais substâncias se liguem a receptores de estrogênio. As isoflavonas podem, ainda, ser responsáveis pelos efeitos anticancerígenos de alimentos preparados à base de soja.