Orientador: Paulo Mazzafera / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Insituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-12T18:35:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andreazza_NathaliaLuiza_M.pdf: 3988387 bytes, checksum: 14f12a095b5cbb5989b090f57b961f01 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A pilocarpina é um alcalóide imidazólico, que possui como única fonte natural spécies do gênero Pilocarpus. Este alcalóide é utilizado no tratamento de glaucoma e xerostomia. O elevado custo de folhas de Pilocarpus microphyllus no mercado internacional e conseqüente extrativismo predatório resultaram na sua inclusão na lista de espécies em extinção do IBAMA. Na busca de fontes alternativas do alcalóide conseguiu-se demonstrar que suspensões celulares desta espécie podem ser um modelo para produção e estudo da biossíntese e do transporte de pilocarpina, uma vez que produz os mesmos alcalóides encontrados nas folhas. A extração de pilocarpina a partir do meio de cultura poderá minimizar a quantidade de solventes altamente poluentes utilizados na extração deste alcalóide a partir das células, assim como, reduzir a contaminação por outros constituintes celulares. Neste contexto o presente trabalho teve como objetivo inicial determinar o local e limite de acúmulo intracelular de pilocarpina e verificar se o fornecimento externo de altas doses do alcalóide causaria toxidez às células produtoras e não produtoras de pilocarpina. Em seguida, caracterizar a absorção do alcalóide pelas células submetidas a diferentes valores de pH do meio de cultura e também identificar o mecanismo de transporte do alcalóide nas suspensões procurando definir qual é a proteína de membrana responsável pelo transporte de pilocarpina entre células e meio de cultura através do uso de inibidores de transportadores da família das ATPases e ATP-binding cassete proteins (ABC). Os testes histoquímicos e o ensaio de fracionamento celular, apesar de não conclusivos, indicaram o acúmulo de pilocarpina no vacúolo, ainda que a fração correspondente a essa organela venha misturada com o conteúdo do citoplasma. As informações sobre a localização subcelular em adição aos dados de toxicidade mostraram que pilocarpina apresenta forte citotoxicidade a cultura de plantas que não apresentam sua via de biossíntese. Culturas de P. microphyllus produtoras de pilocarpina apresentaram uma clara tolerância às altas doses do alcalóide (crescimento semelhante ao controle), mesmo que não produzindo o alcalóide em altas quantidades. Isto sugere a existência de um mecanismo de detoxificação espécifico-específico nas células aqui estudadas, que evitam a toxicidade de seus alcalóides (pilocarpina e pilosina) armazenando-os no vacúolo. Nos ensaios de absorção do alcalóide em diferentes valores de pH, observou-se que quanto maior o pH, menor a absorção do alcalóide. Nos ensaios com os inibidores de proteínas transportadoras de membrana verificou-se que as menores taxas de inibição na absorção e liberação provocadas por inibidores específicos de ATPases, a bafilomicina e pelo NH4Cl, não descartam a participação destas proteínas, mas podem indicam uma menor participação, visto que a inibição provocada pela azida sódica, também um inibidor de ATPases, foi muito intensa. Contudo, os resultados de absorção e liberação de pilocarpina mostraram intensa inibição na presença dos inibidores de ABCs o que aponta para um transporte de pilocarpina mediado por esta família de proteínas, tanto para fora como para dentro da célula. Por fim, os ensaios de cinética apontam para uma inibição do tipo competitiva gerada pelos dois inibidores utilizados, sendo que os menores valores da Constante de Inibição (Ki), encontrados para a nifedipina indicam que este composto possue uma ação inibitória mais intensa que o vanadato de sódio. / Abstract: Leaves of species from Pilocarpus genus are the only known source of pilocarpine, an imidazole alkaloid, which has been used for the treatment of glaucoma and xerostomy. Because the leaves of jaborandi are collected from plants living in the wild and the high price of pilocarpine in the international market, jaborandi was included in the endangered species list of IBAMA. Looking for alternative sources of this alkaloid, it has been shown that cell suspension cultures of Pilocarpus microphyllus can be a model to study the production of pilocarpine as well as a model to study its biosynthesis and metabolism, as it produces the same alkaloids that are found in leaves. Previous studies showed that high concentrations of nitrogen and the medium pH resulted in higher production and release of pilocarpine to the medium culture. Therefore, the objective of this study was to define the cell intracellular accumulation of pilocarpine and verify if exogenous by supplied pilocarpine to jaborandi cell suspensions is toxic to the cells. Moreover, the absorption of pilocarpine by cells treated with exogenous by supplied pilocarpine at different medium pH, as well as, the alkaloid transport mechanism through the cell membrane, using inhibitors of the protein families ATPases and ATP-Binding Cassette, were studied. The histochemical tests and the cell fractionation assays showed the accumulation of pilocarpine in the vacuole. This, together with the results of experiments that showed that pilocarpine was not toxic to jaborandi cells, suggests that vacuolar transport may be one of the mechanisms for the detoxification of pilocarpine in this species. In the absorption assays with different medium pH, the higher the pH, the lower absorption of pilocarpine by the cells. Bafilomicin and NH4Cl, which are ATPase inhibitors, were the least effective inhibitors among all the inhibitors tested for absorption and release of pilocarpine. This result does not discard the participation of these proteins in the process but indicate that they are less important, in view of the fact that inhibition by sodium azide which affects both ABC and ATPases, was very effective. The results on absorption and release of pilocarpine by the jaborandi cells showed strong inhibition by specific ABC inhibitors, which indicates an important participation of this protein family in the transport of the alkaloid through the cell membranes. Kinetics assays showed that inhibition was a reversible competitive type in the presence of nifedipine and sodium vanadate. The lowest Inhibition Constant (Ki) was observed for nifepidine. / Mestrado / Mestre em Biologia Vegetal

Este trabalho descreve o estudo do metabolismo secundário em folhas diferenciadas e em suspensões celulares de Piper crassinervium (Piperaceae). Este estudo foi monitorado pela análise do extrato de folhas por CLAE, assim como pela comparação entre os diferentes tecidos desta espécie (folhas, caule e raízes). Do extrato das folhas foram isoladas duas flavanonas, duas hidroquinonas preniladas e uma hidroquinona com um endoperóxido na cadeia lateral. A análise do óleo volátil das folhas através de CG e CG-EM, revelou a presença de trinta e seis componentes, sendo majoritários o germacreno-D (10,05%) seguido por β-cariofileno (9,91 %) e 6-metil-5-hepten-2-ona (7,47%). Todas as substâncias isoladas foram submetidas ao ensaio antifúngico bioautográfico contra Cladosporium sphaerospermun, sendo que as flavanonas, as duas hidroquinonas e o óleo volátil mostraram-se ativos. As suspensões celulares foram desenvolvidas a partir de calos, iniciados a partir de ápices, em meio B5 modificado, contendo ácido naftalenoacético (ANA) e 6-benzilamino purina (BAP) como reguladores de crescimento. As células não produziram flavonóides, mas alcalóides do tipo aristolactamas, que são parcialmente excretados para o meio de cultura. A curva de crescimento estabelecida para as células foi analisada quanto à atividade específica da fenilalanina amônia-liase (PAL), à variação do pH e o acúmulo dos alcalóides. Alguns experimentos de eliciação demonstraram respostas positivas face ao uso de luz UV, adição de L-fenilalanina e uso de extratos de levedura. / The present work studies the secondary metabolism in leaves of Piper crassinervium (Piperaceae) and in its cell suspension culture as well. The profile of secondary compounds in differenciatted and undifferenciated tissues were evaluated by HPLC. The aerial parts of Piper crassinervium yielded two flavanones and three prenylated hydroquinones, one having an endoperoxide group in the side chain. The analysis of the volatile oil of Piper crassinervium by GC-MS allowed the identification of 36 compounds, germacrene-D (10,05%), β-cariofilene (9,91 %) and 6-methyl-5-heptene-2-one (7,47%) being detected as the major ones. Ali isolated substances were evaluated using a bioautography technique against the fungus Cladosporium sphaerospermun. The isolated flavanones, two hydroquinones and the essential oil were found to be active against the fungus. The cell suspensions had their growth curve established on basis of the dry weight and pH variations. The cells were showed to accumulate several aristolactams alkaloids instead. Determinations of these alkaloids by HLPC indicated that the cells excreted them partially to the culture media. Determinations of specific activity of PAL and concentration of alkaloids during the growth cycle were further performed. Additional experiments revealed that UV light and the addition of either phenylalanine or yeast extract cause elicitation response with increased production of alkaloids.

Este trabalho descreve o estudo do metabolismo secundário em folhas diferenciadas e em suspensões celulares de Piper crassinervium (Piperaceae). Este estudo foi monitorado pela análise do extrato de folhas por CLAE, assim como pela comparação entre os diferentes tecidos desta espécie (folhas, caule e raízes). Do extrato das folhas foram isoladas duas flavanonas, duas hidroquinonas preniladas e uma hidroquinona com um endoperóxido na cadeia lateral. A análise do óleo volátil das folhas através de CG e CG-EM, revelou a presença de trinta e seis componentes, sendo majoritários o germacreno-D (10,05%) seguido por β-cariofileno (9,91 %) e 6-metil-5-hepten-2-ona (7,47%). Todas as substâncias isoladas foram submetidas ao ensaio antifúngico bioautográfico contra Cladosporium sphaerospermun, sendo que as flavanonas, as duas hidroquinonas e o óleo volátil mostraram-se ativos. As suspensões celulares foram desenvolvidas a partir de calos, iniciados a partir de ápices, em meio B5 modificado, contendo ácido naftalenoacético (ANA) e 6-benzilamino purina (BAP) como reguladores de crescimento. As células não produziram flavonóides, mas alcalóides do tipo aristolactamas, que são parcialmente excretados para o meio de cultura. A curva de crescimento estabelecida para as células foi analisada quanto à atividade específica da fenilalanina amônia-liase (PAL), à variação do pH e o acúmulo dos alcalóides. Alguns experimentos de eliciação demonstraram respostas positivas face ao uso de luz UV, adição de L-fenilalanina e uso de extratos de levedura. / The present work studies the secondary metabolism in leaves of Piper crassinervium (Piperaceae) and in its cell suspension culture as well. The profile of secondary compounds in differenciatted and undifferenciated tissues were evaluated by HPLC. The aerial parts of Piper crassinervium yielded two flavanones and three prenylated hydroquinones, one having an endoperoxide group in the side chain. The analysis of the volatile oil of Piper crassinervium by GC-MS allowed the identification of 36 compounds, germacrene-D (10,05%), β-cariofilene (9,91 %) and 6-methyl-5-heptene-2-one (7,47%) being detected as the major ones. Ali isolated substances were evaluated using a bioautography technique against the fungus Cladosporium sphaerospermun. The isolated flavanones, two hydroquinones and the essential oil were found to be active against the fungus. The cell suspensions had their growth curve established on basis of the dry weight and pH variations. The cells were showed to accumulate several aristolactams alkaloids instead. Determinations of these alkaloids by HLPC indicated that the cells excreted them partially to the culture media. Determinations of specific activity of PAL and concentration of alkaloids during the growth cycle were further performed. Additional experiments revealed that UV light and the addition of either phenylalanine or yeast extract cause elicitation response with increased production of alkaloids.