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Productos naturales ¿Qué son?
El término «producto natural» se utiliza para designar a los compuestos aislados de una fuente natural sin que sufran modificaciones en su estructura química, y pueden extraerse de plantas, animales o microorganismos; son mejor conocidos como metabolitos secundarios y estos se diferencian de los metabolitos primarios (carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos) debido a que no son estrictamente esenciales para que el organismo que los biosintetiza subsista. Las plantas son consideradas como la principal y la fuente más diversa de metabolitos secundarios en nuestro planeta.
Los productos naturales o metabolitos secundarios se pueden clasificar principalmente con base en cuatro criterios: estructura química, biogénesis, actividad farmacológica y taxonomía. Existen tres intermediarios químicos principales como: la acetil-Coenzima A, el ácido shikímico y el ácido mevalónico, a partir de los cuales se generan los principales grupos de productos naturales vegetales, como son los ácidos grasos (1), antraquinonas (2), terpenos (3), esteroides (4), alcaloides (5), cumarinas (6) y lignanos (7) (Figura 1). Algunos de los metabolitos secundarios se biosintetizan utilizando fragmentos que provienen de más de una ruta específica, como es el caso de los flavonoides que se forman a partir de la ruta de la acetil-Coenzima A y del ácido shikímico. Estos compuestos provienen de una biogénesis mixta.
Figura 1. Ejemplos de estructuras químicas de metabolitos secundarios de origen vegetal.
Hablemos de su función
Muchos de estos metabolitos vegetales juegan un papel ecológico importante para interaccionar con otros organismos, es decir, como atrayentes de insectos polinizadores o como mecanismo químico de defensa con la finalidad de evadir el ataque de parásitos y herbívoros, algunos otros son los responsables de los colores característicos de las especies, de sus flores, hojas, e incluso tallos. Por otro lado, su implementación y estudio viene de tiempos ancestrales transmitiendo el conocimiento de generación en generación para ser usados como venenos para la caza, narcóticos, estimulantes, perfumes o especias. Hoy en día, gracias a los avances tecnológicos, se puede decir que se tiene un enfoque o estudio quimiotaxonómico, enzimático y ecológico, pero principalmente utilizados con fines terapéuticos o medicinales.
En un principio era común utilizar plantas enteras, después se hizo frecuente utilizar solo partes de ellas, lo que implicaba tener conocimiento acerca del uso de las especies empleadas con fines curativos, pero con la limitación de que no se sabía a qué compuestos químicos atribuirle esos efectos benéficos, de aquí surge la necesidad de llevar a cabo la extracción y determinación de las posibles sustancias responsables de las actividades farmacológicas.
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Análisis químico de estos productos
Desde el punto de vista de un Químico Orgánico, lo primero que se tiene que considerar es si lo que se quiere realizar es un análisis o estudio fitoquímico de todos los compuestos presentes en las diferentes partes de una planta, o si ya se tiene algún estudio al respecto de la presencia de uno o varios metabolitos de interés, dicho esto, lo siguiente a tomar en cuenta es cómo procesar cada parte de la planta, debido a que pueden llegar a necesitarse técnicas específicas para determinadas partes. En el caso de que se trate de un estudio fitoquímico, lo primero a realizar son extracciones o macerados de las plantas empleando diferentes disolventes en orden ascendente de polaridad, esto para hacer una extracción fraccionada; a continuación, la metodología a seguir depende de la naturaleza, estructura química y propiedades de los metabolitos secundarios, para lo cual se pueden emplear ya sean métodos físicos (destilación, extracción, cristalización, cromatografía) o químicos (transformar el compuesto natural en un derivado que facilite su purificación).
Finalmente, ya obtenidos los metabolitos secundarios, estos tienen que ser caracterizados, es decir, determinar su estructura química mediante técnicas como Resonancia Magnética Nuclear (RMN), Espectrometría de Masa (EM), Espectrofotometría de Infrarroja (IR), Difracción de Rayos X si fuera el caso, entre otras. Los resultados deben ser comparados con los reportes de literatura para verificar si se trata de compuestos previamente descritos o si son nuevos compuestos.
Aplicaciones de algunos productos naturales de plantas
Los metabolitos secundarios se pueden encontrar implicados en diversas áreas como la industria farmacéutica, la alimentaria, la perfumería, la agroquímica, entre otras. También pueden ser utilizados como materias primas para la obtención de nuevos derivados que se caractericen por presentar mejoras respecto a la sustancia original. Existen productos naturales que son representativos y conocidos a nivel mundial debido a sus usos o efectos que producen, como ejemplos podemos mencionar a:
Productos naturales de plantas, representativos de interés mundial
- Ambrox (8): aislado de la secreción producida del cachalote e implementado como fijador en la industria de la perfumería.
- Esteviósido (9): aislado de las hojas de Stevia rebaudiana, es un edulcorante 300 veces más dulce que la sacarosa (azúcar de mesa).
- Paclitaxel (Taxol®, 10): aislado de la corteza del árbol Taxus brevifolia, considerado como el mejor agente anticanceroso y utilizado en el tratamiento de diversos tipos de cáncer.
Por el simple hecho de ser obtenidos de una fuente natural, la explotación del organismo en exceso puede llevar a una considerable disminución de la especie, e incluso su extinción, por lo que debemos trabajar en encontrar alternativas que permitan disminuir la explotación de las fuentes naturales o cultivarlas de manera sustentable. Por lo general, los compuestos obtenidos de fuentes naturales, en este caso de las plantas, se presentan en pequeñas cantidades (en el orden de los miligramos), de tal manera que a nivel industrial en determinado momento no es suficiente el aislamiento a partir de una fuente natural, y aquí es donde entra su producción en laboratorios mediante síntesis química de manera sustentable. De ahí que podemos distinguir a los productos naturales de origen vegetal que provienen directamente de las plantas, de los sintéticos, los cuales se sintetizan actualmente para producir estructuras químicas con propiedades lo más cercano a las encontradas en plantas.
Para Saber más:
Claramunt-Vallespí, R. M., Farrán-Morales, M. A., López-García, C., Pérez-Torralba M., Santa María-Gutiérrez, M. D. (2013). Química Bioorgánica y Productos Naturales. UNED. https://books.google.com.mx/books?hl=es&lr=&id=wUdGAgAAQBAJ&oi=fnd&pg=PP1&dq=productos+naturales&ots=9eyqJ2ky5K&sig=TWOH_bYQ_hg5Q3SWFFgoCGm9I6Q#v=onepage&q=productos%20naturales&f=false
Martínez, M.A. (2020), Química de Productos Naturales. UDEA. https://bibliotecadigital.udea.edu.co/bitstream/10495/16148/1/MartinezAlejandro_2020_QuimicaProductosNaturales.pdf
Ringuelet, J. y Viña, S. (2013). Productos Naturales Vegetales. Libros de Cátedra. Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales, EDULP, Univ. Nac. De La Plata. 1ª. Ed. 261 p. https://core.ac.uk/download/pdf/15784539.pdf
David Calderón-Rangel. Instituto de Investigaciones Químico Biológicas, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Morelia, Michoacán, México.
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Hugo A. García-Gutiérrez. Profesor-Investigador, Instituto de Investigaciones Químico Biológicas, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Morelia, Michoacán, México.
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