1. 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
2. Agronomía-U.C.V. Metabolismo Secundario …
Definiciones … ó Sustancias Ecológicamente Eficaces
Metabolismo Secundario
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.
8000 polifenoles
1000 alcaloides
270 aminoácidos no-proteicos
32 cianógenos
Otros (saponinas, terpenos, etc)
3. Agronomía-U.C.V.
Definiciones … Compuestos secundarios …
Metabolismo Secundario
¿ Razón de ser ?
Transporte y
Defensa Química almacenamiento de
Nitrógeno
Metabolismo intermediario
precursores de otros
metabolitos
4. Agronomía-U.C.V.
Particularidades … Particularidades …
Metabolismo Secundario
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
5. Diversidad de usos …
Agronomía-U.C.V.
Metabolito Secundario Aplicación
Particularidades …
Metabolismo Secundario
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
Fuente: Payo et al. (1996)
6. Agronomía-U.C.V.
Sistemática … De acuerdo a …
Químicamente …
Metabolismo Secundario
Naturaleza química
Estructura Proteica
Proteínas
Inhibidores de proteasas, Lectinas,
Aminoácidos de amilasa, Alérgenos y Antígenos
Inhibidores no proteicos
Glicósidos
Otros metabolitos
Aminoácidos No Proteicos
Latirógenos y neurotoxinas, Antagonistas de arginina
Modo de acción y efectos metabólicos
Daño en la mucosa intestinaly misceláneos
Metabolitos heterocíclicos
Inhibición de la actividad enzimática
Glicósidos en retroalimentación de síntesis enzimática
Interferencia
Reacción de alergia e intolerancia
Oligosacáridos
Analogía estructural con aminoácidos proteicos
Polisacáridos no amiláceos
Reducción de disponibilidad de nutrientes
Otros glicósidos
Otros
Efecto sobre respuesta animal
Fitatos, Taninos y Alcaloides
7. Agronomía-U.C.V.
Toxicología … Nociones de Toxicología …
Metabolismo Secundario
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.
Curva de frecuencia dosis-respuesta
Sensibilidad diferencial entre especies …
En extremo …
Grado de diferenciación o complejidad del SNC
DL50
Nivel de evolución de los mecanismos reguladores de las
Aflatoxina B1 15 µg/kg
funciones corporales (temperatura, respiración, etc)
Cafeína 4000 mg/kg
Estructuración y diferenciación del sistema digestivo y respiratorio
(75 tazas en 30 min.)
Características y diferenciación de la piel
Williams y Burson (1985)
8. Agronomía-U.C.V.
Inhibidores de Proteasas … Inhibidores de Proteasas ...
Metabolismo Secundario
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 ...
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
9. Agronomía-U.C.V.
Control ... tripsina y
Inhibidor de
Tostado (195 ºC pancreática ... Autoclave
actividad / 15 min), Hervir en agua, (120 º C / 30 min), Radiación
Inhibidores de Proteasas …
Metabolismo Secundario
de microondas e infrarrojo, Radiación gamma, Extrusión y Micro-ionización;
entre otros.
Tripsinógeno CCK
(Páncreas) (Mucosa)
100
Actividad de Inhibidor
80
Proteína Tripsina PERInhibidor
dietaria (Intestinal) (Kunitz / Bowman-Birk)
60
40
Inhibidor
20
Proteolísis Tripsina - Inhibidor
0 2 4 6 10 15 20
Minutos a 100 º C
Fuente: Liener (1990)
10. Agronomía-U.C.V.
Tratamiento térmico de Psophocarpus sp.,
metabolitos secundarios y valor biológico en ratas
Inhibidores de Proteasas …
Metabolismo Secundario
IT 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 Fuente: Kadam et al. (2002)
detectado
11. Lectinas ...
Agronomía-U.C.V.
(Del latín legere, que significa preferir, escoger)
Compuestos de distribución paralela a los inhibidores de proteasas,
Lectinas …
que causan aglutinación de los eritrocitos de varias especies
Metabolismo Secundario
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.
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)
12. Agronomía-U.C.V.
Su acción ...
Lectinas …
Metabolismo Secundario
Tripsina
Dieta
Lectina Hipertrofia e Hiperplasia
30 - 90 %
HECES
Hipertrofia e Hiperplasia
Vellosidad
intestinal
Menor Consumo
Menor Consumo
Pepsina Normal Quimiotripsina
Fuerte
R Epitelio Intestinal
Fuente: Pizzani et al (1999)
13. Agronomía-U.C.V.
Alérgenos ...
Son compuestos usualmente nitrogenados, que generan reacciones
Alérgenos …
clínicamente definidas como alérgicas, las cuales se caracterizan por el
Metabolismo Secundario
desarrollo de mecanismos inmunológicos, que a través de IgE inducen la
liberación de mediadores responsables de las reacciones tisulares
comunes en este desorden.
En ...
Mayoría de las leguminosas.
Reportada en Pisium spp. y Glicine spp.
Efectos ...
Digestión insuficiente y diarrea
Respuesta inmune
Pobre comportamiento productivo
14. Sustancias fotosensibilizantes ...
Agronomía-U.C.V.
Fotosensibilizantes …
Animal hipersensible a la presencia de la luz solar, particularmente a los rayos
Metabolismo Secundario
Lesiones reconocen Fototoxia (sólo quedan la piel y eventualmente necrosis
...
U.V., provocando inflamaciones acuosas bajo
dérmica. Se 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.
Signos ...
Mecanismo de acción ...
Diarrea
Irritación en piel despigmentada
Clorofila Enrojecimiento
Edema e Ictericia
Excreción
Filoeritrina Hígado Bilis
En ...
Microorganismos
ruminales
Hierba de San Juan (Hypericum perforatum)
Cariaquito naranja (Lantana camara)de membranas se
Los AGI´s
Fotosensibilidad alteran y los lisosomas liberan las
en piel no diversos (Panicum spp.)
Pastos
enzimas hidrolíticas y/o
pigmentada de chivo (Tribulusmediadores químicos de la
Cuernos terrestris)
Hongos (Pithomyces chartarum) inflamación
15. Agronomía-U.C.V.
Aminoácidos No Proteicos ...
Ubicados en una amplia variedad de leguminosas tropicales, y a
AA´s No Proteicos …
Metabolismo Secundario
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.
Efectos ...
Síntesis de proteínas anómalas
Neurotóxicos y Latirismo (AA´s análogo del glutamato)
Inhibición de enzimas, disfunción renal y depilación; entre otros.
16. AA´s No Proteicos … Distribución y toxicidad de aminoácidos no proteicos
Metabolismo Secundario
Aminoácidos Especie g/kg MS semilla Efectos Tóxicos
Neurolatirógenos
β-cianoalanina Vicia spp. 1,5 Convulsiones, espasmos
tetánicos y muerte
β-(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
Fuente: Mello (1990)
17. Agronomía-U.C.V.
Susceptibilidad depende de ...
AA´s No Proteicos …
Metabolismo Secundario
Especie animal
Dieta y tiempo de exposición
Diferencias geográficas
Novillos pastoreando Leucaena sp. y bacterias degradadoras de DHP
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)
18. Agronomía-U.C.V.
Glucósidos ...
Glucósidos …
Metabolismo Secundario
Oligosacáridos...
Compuestos como los α-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
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.
19. Agronomía-U.C.V.
Saponinas … Otros Glucósidos ...
Saponinas
Metabolismo Secundario
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 ...
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
21. Continuac…
Agronomía-U.C.V.
Fitoestrógenos ...
Fitoestrógenos …
Metabolismo Secundario
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 ...
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
22. Cianógenos ...
Agronomía-U.C.V.
Glicósidos cuya hidrólisis libera ácido prúsico o cianuro de hidrógeno
Cianógenos …
Metabolismo Secundario
(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
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
23. Agronomía-U.C.V.
Fitatos … Otros Metabolitos Secundarios ...
Fitatos
Metabolismo Secundario
El ácido fítico y sus sales, los fitatos, agrupan 2/3 del fósforo de
Fósforo (%) Actividad de
origen vegetal de los monogástricos. Presentan gran habilidad
Total Fítico Total/Fítico fitasa (U/kg)
quelatante, formando complejos insolubles con algunos cationes. Se
puede reducir su presencia por germinación, uso de fitasas fúngicas y
autolisis.
CEREALES
Trigo 0,33 0,18 55 1565
En ...
Maíz
Arroz
0,27 0,17 73 24
Granos de cereales, semillas
Grano 0,12 y0,08
aceites de leguminosas.
65 112
Pulidura 1,57 1,13 72 134
Sorgo 0,26 0,17 66 24
Efectos ...
OLEAGINOSAS (Subprpd)
Incrementa requerimientos de0,49
Algodón (semilla) 0,64 minerales 77 51
Harina de Soya 0,57 0,37 65 62
Inhiben enzimas digestivas (ej. Pepsina, pancreatina y amilasa)
Harina de Palma 0,51 0,29 57 34
Quelación de calcio reduce actividad de tripsina y amilasa
Harina de coco 0,43 0,24 56 37
Reducido por fitasas (endógenas y exógenas)
Godoy et al. (2005)
24. Taninos ...
Agronomía-U.C.V.
Son compuestos fenólicos, más o menos solubles en agua, y con
Taninos …
Metabolismo Secundario
capacidad para precipitar la gelatina y otras proteínas. Se agrupan
en hidrolizables (de importancia en leguminosas) y condensados.
En ...
Mayoría de las leguminosas: Acacia,
Proteínas ricas en prolina ...
Leucaena, Prosopies, Albizia, etc.
Presente Ausente
Venado Bovinos
Efectos ...
Ratones Ovinos
Alta afinidad por las proteínas de la digesta
Conejos Marmota
Reducción del consumo voluntario
Monos Pollos
Baja absorción de hierro y otros minerales
Cabras
Efecto beneficioso en rumiantes (20 mg/kg MS)
Humanos
26. Agronomía-U.C.V.
Metabolismo de nitrógeno ...
GRUPO
Taninos …
Taninos PEG
Metabolismo Secundario
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
Menor consumo ...
Destoxificación ...
Menor tasa de fermentación microbial
Secado del forraje
Menor concentración de NH3 en rumen
Uso de PEG
Suplementación con plantas libres ruminal
Disminución de tasa de recambio de taninos y urea
Manipulación de microflora ruminal
Menor producción de AGV´s
Fuente: Waghorn et al. (1994)
27. Agronomía-U.C.V.
Micotoxinas ...
Micotoxinas …
Metabolismo Secundario
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 ...
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.)
28. Agronomía-U.C.V.
Micotoxinas en el mundo ...
Localidad Micotoxinas
Micotoxinas …
Metabolismo Secundario
Oeste de Europa ocratoxinas, desoxinivalenol, zearalenona
Este de Europa zearalenona, desoxinivalenol
Norteamérica ocratoxinas, desoxinivalenol, zearalenona, aflatoxinas
Sudamérica aflatoxinas, fumonisinas, ocratoxinas, desoxinivalenol, toxina T-2
Africa aflatoxinas, fumonisinas, zearalenona
Asia aflatoxinas
Australia aflatoxinas, fumonisinas
Contaminación por Micotoxinas (%) en alimentos para aves
Maíz Otros Alimento
Micotoxina (10 muestras) ingredientes para aves
Aflatoxina 24 33 92
Vomitoxina 50 44 88
Acrotoxina 24 22 80
Zearolina 40 66 60
T-2 Toxina 0 33 36
Fremonixina 50 78 88
Países: Taiwán, Malasia, Tailandia, Singapur, Indonesia e India
González (2005)
29. De mayor interés ...
DL50 Cultivos más
Toxina Hongo Principales efectos
(mg/kg PV)1 sensibles
Crecimiento reducido, daños Todos los
Aspergillus cereales, Semilla
Aflatoxina 3 de hígado, ictericia, reducción
sp. de algodón, Maní,
de inmunidad
grano de soja
Infertilidad, anestros, Todos los
Zearalenona Fusarium sp. 10 mortalidad embrionaria, cereales, alfalfa,
prolapso rectal, calidad del yuca, maní y sorgo
semen
Tricotecenos Inapetencia, vómito,
Fusarium sp. 10 Todos los cereales
(T2, DAS,DON) reducción de inmunidad
Aspergillus
Ocratoxina y Crecimiento reducido, Cereales, maní y
sp. Penicillum 10
Citrinina sp. daños bazo/hígado sorgo
Reduce ingesta y crecimiento,
Fumoninisina Fusarium sp. 19 problemas respiratorios, Todos los Cereales
1= En caso de cerdos edema pulmonar
Fuente: Devegowda et al (1998)
30. Agronomía-U.C.V.
Micotoxinas … Control de Micotoxinas ...
Metabolismo Secundario
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
Degradación biológica (bacterias, levaduras y hongos)
31. ¿ Existe control ? ...
Agronomía-U.C.V.
En general …
Metabolismo Secundario
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.
32. Agronomía-U.C.V.
Importancia en la Producción Animal…
Metabolismo Secundario
“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.
