Índice
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Índice
Resumen
Introducción
Objetivos
Alcaloides
clasificación de alcaloides
Efectos de los Alcaloides
La cafeína y sus efectos
Biosíntesis de la cafeína
Metabolismo
Conclusión
Bibliografía
Resumen
Los alcaloides se pueden definir como compuestos basicos, nitrogenados,
de origen vegetal o animal.
En este caso se realizó la investigación
de unos de los alcaloides mas conocidos la “cafeína”.
Sus efectos en el cuerpo, son en proporción a la ingesta de esta
sustancia en el cuerpo humano, donde produce el incremento el ritmo cardiaco,
la contracción de los vasos sanguíneos y a su vez la
aceleración de la respiración. [Pennington, J.A.T, 2005].
Los alcaloides pueden dividirse en grupos como lo son: alcaloides verdaderos,
protoalcaloides, alcaloides de poliamina y pseudoalcaloides;
Introducción
El conocimiento de los efectos de los alcaloides, tanto en el medio ambiente
como en nuestro organismo es importante, ya que estas sustancias con un uso no
responsable puede ser de alto riesgo para la salud humana, siendo quizas
los mas dañinos los que producen efectos psicotrópicos los
cuales son bastante fuertes y actúan bajo una sensación muy tenue
en el cerebro. Dentro de los alcaloides mas conocidos
estan la nicotina, morfina, codeína, cocaína, atropina y
la cafeína.
En este trabajo nos enfocaremos a la cafeína, la cual en civilizaciones
antiguas ya se consumían como infusión del grano de café,
con el pasar de lostiempos y un mejor conocimiento de esta sustancia se
diversificó su uso al integrarlas a las bebidas colas y en otros
productos como son el algunos farmacos.[RANM, 1999]
Su rapida absorción en los mamíferos, incluidos el hombre es
una de la ventaja de la cafeína para su utilización en el
area de la farmacología, su uso se estima en 120.000 toneladas al
año, siendo la sustancia psicoactiva mas popular en el mundo.
[Farmacología de la cafeína]
Objetivo General.
Comprender las diferentes características de los
alcaloides, tanto en su estructura, los tipos, identificar los efectos de estos
en el cuerpo, etc.
Objetivos Específicos.
Analizar los diferentes efectos que puede provocar la
cafeína a diferentes dosis de ingestión.
Conocer las diferentes etapas por las cuales los componentes
de la cafeína pasan, para poder conformar esta molécula.
Conocer el proceso mediante el cual la cafeína pasa,
por el cuerpo, para lograr ser excretada de éste, horas mas tarde
de ser ingerida.
Analizar sobre los efectos de estas sustancias en el medio
ambiente.
Alcaloides
La palabra alcaloide fue utilizada por primera vez por W. Meissner en
el año 1819 para designar algunos compuestos activos que se
encontraban en los vegetales y que poseían caracter
basico.
Mas tarde, Winterstein y Trier en 1910 definieron los
alcaloides como compuestos basicos, nitrogenados, de origen vegetal o
animal
El primer alcaloide que se consiguió sintetizar fue la conicína
en 1886, después se fueron sintetizando muchos mas, aunque
en algunos casos su síntesis es complicada y cara y, en otros casos
no ha sido aún posible realizarla. Por otra parte,no
debemos olvidar que los primeros pasos de la farmacología experimental
se iniciaron con el estudio de alcaloides. [Qbit, 2007]
Podemos definirlos como
sistemas heterocíclicos nitrogenados derivados de aminoacidos y
triterpenos. En general se encuentran formando sales con el acido
acético, oxalico, lactico, malico, tartarico
y cítrico.
Sus actividades biológicas son importantes por su mimetismo hormonal y
su intervención en las reacciones principales del metabolismo
celular. A pesar de ser sustancias poco
similares entre ellas desde el punto de vista estructural, poseen propiedades
fisiológicas analogas. [Derache, J, 1990]
En su gran mayoría son de origen natural, sobre
todo del
reino vegetal, aunque se encuentren algunos semisintéticos y otros
exclusivamente sintéticos.
Presentan notables propiedades fisiológicas y
toxicológicas, que se ejercen fundamentalmente sobre el sistema nervioso
central, con predominio en alguno de sus niveles.
Los alcaloides no pueden repartirse homogéneamente en
todo el organismo, sino que se acumulan preferentemente en determinados puntos.
Por ejemplo, los alcaloides del
tabaco se encuentran principalmente en las hojas y los del arbol de la quina en la corteza.
A consecuencia de su elevada basicidad los alcaloides no se presentan libres en
las plantas, sino neutralizados con formación de sales, y para aislar
los alcaloides se utilizan igualmente sus sales. En general se trata de las
sales con acidos inorganicos, particularmente los productos de
adición con el acido clorhídrico. Ademas
se suelen utilizar para su caracterización los picratos, picrolonatos y
sales dobles analogas.
Los alcaloides figuran entre los venenos mas fuertesque conocemos,
bastan cantidades de algunos decigramos o centigramos para matar a un hombre. Disminuyendo esta dosis se observan interesantes
efectos fisiológicos que poseen mayor interés farmacéutico
que la misma toxicidad, tales como la acción calmante de la morfina, la
estimulante de la cafeína, etc. [Klages, 1968
Clasificación de los alcaloides
En comparación con la mayoría de otras clases de compuestos
naturales, alcaloides se caracterizan por una gran diversidad estructural y no
hay clasificación uniforme de alcaloides. Métodos primera
clasificación se han combinado
históricamente alcaloides por la fuente natural común, por
ejemplo, un cierto tipo de plantas. Esta clasificación
se justifica por la falta de conocimiento acerca de la estructura
química de los alcaloides y ahora se considera obsoleto.
Clasificaciones mas recientes se basan en la similitud
de la estructura carbonada o precursor biogenético. Sin embargo,
se requieren compromisos en casos límite, por ejemplo, la nicotina
contiene un fragmento de piridina de nicotinamida y
parte pirrolidina de ornitina y por lo tanto se puede asignar a ambas clases.
Alcaloides suelen dividirse en los siguientes grupos principales
Alcaloides 'verdaderos': que contienen nitrógeno en el
heterociclo y se originan a partir de aminoacidos. Sus
ejemplos característicos son la atropina, la nicotina, y la morfina.
Este grupo también incluye algunos alcaloides que
ademas de nitrógeno heterociclo contienen fragmentos de terpeno o
péptido. Este grupo también incluye
piperidina alcaloides coniina y coniceine a pesar de que no se originan a
partir de aminoacidos.
Figura 1.-Fórmula Molecular “Nicotina”
(C10H14N2).Protoalcaloides: que contienen nitrógeno y también se
originan a partir de aminoacidos. Algunos ejemplos son
la mescalina, la adrenalina y la efedrina.
Figura 2.-Fórmula Molecular “Mescalina”
(C11H17NO3).
Alcaloides de poliamina: derivados de putrescina, espermidina, espermina.
Figura 3.-Fórmula Molecular “Espermina” (C7H19N3
Pseudoalcaloides: compuestos alcaloides como
que no se originan a partir de aminoacidos. Este grupo incluye,
alcaloides de terpeno y similares a los esteroides, así como alcaloides purina tales como la cafeína, teobromina, y teofilina.
Algunos autores clasifican como
pseudoalcaloides compuestos tales como
la efedrina y la catinona. Los que se originan a partir del aminoacido fenilalanina, pero
adquieren su atomo de nitrógeno no a partir del aminoacido sino a través
de transaminación.
Figura 4.-Formula Molecular “Cafeína” (C8H10N4O2
Algunos alcaloides no tienen la característica esqueleto de carbono de
su grupo. Por lo tanto, la galantamina y homoaporphines no
contienen isoquinolina fragmento, pero son, en general, atribuidos a los
alcaloides de isoquinolina. [qbit,2007]
Su nomenclatura se basa principalmente en agregarle el
término “ina” al nombre de la especie vegetal de donde
proviene, por ejemplo: Cafeína, nicotina, cocaína, etc.
Efectos de los Alcaloides
Sistema nervioso: Ciertos alimentos se encuentran en gran cantidad como por
ejemplo el Café, el chocolate, los cuales son bastantes estimuladores
del sistema nervioso central, en algunos casos ayudan a controlar o al
contrario hacen aumentar la ansiedad que es la que mas afecta al ser
humano de hoy día.
Sistema digestivo: Produce inflamaciones eirritaciones en conducto digestivo,
perjudicando la mucosa intestinal, las cuales se manifiestan o se presentan por
medio de Diarreas, vómitos o nauseas etc. Cuando ataca al hígado,
puede conllevar a una cirrosis, cancer hepatico lo cual conlleva
a la muerte del
individuo en general.
Sistema circulatorio: Provoca un baja en la
presión sanguínea, lo cual es aprovechado en para controlar la
Hipertensión en pacientes que pasan los 45 años de edad.
Sistema respiratorio: Dilatan los bronquios ocasionando una
hiperventilación y el ahogo o dificultad para elaborar un esfuerzo, pero también a veces es utilizado como bronco dilatador con
el animo de reanimar aquellos que sufren de asma o asfixia bronquial. En
este caso muchos países han eliminado los
medicamentos que contienen efedrina, un alcaloide muy semejante a la
adrenalina, por lo tanto provoca alteración de la tensión y
extrañas sensaciones de proceder mentalmente.
Psicotrópicos: Los cuales son bastante fuertes
y se distribuyen bajo estricta orden médica, pues afectan directamente o
actúan bajo una sensación muy tenue en el cerebro, y entre ellos
los mas destacados estan los Alucinógenos,
narcóticos, y estimulantes. [Henry, 2007]
Cafeína
La cafeína es un alcaloide de la familia de las
metilxantinas, presente en numerosos alimentos, que actúa como estimulante, psicotropo, afrodisíaco y
también como
ligero diurético. Fue descubierta en 1819 por el
químico aleman Friedrich Ferdinand Runge.
Su fórmula química es C8H10N4O2 (Figura 3),
su nombre sistematico es 1 -trimetilxantina o
3,7-dihidro-1,3,7-trimetil-1H-purina-2,6-diona y su estructura es la
siguiente:
La cafeína esta presente en los granos, lashojas y los frutos de
diferentes plantas. Como mas se consume
es en forma de infusiones del
grano del cafeto o de las hojas del té, así como en varios alimentos y bebidas que
contienen productos derivados de la nuez de cola.
Figura 5.-Granos de café.
También es uno de los compuestos de los complejos
químicos insolubles guarina y mateína, descubiertos
respectivamente en los granos de guarana y en la hoja de la yerba mate.
[news-medical, 2012]
Efectos de la cafeína
Dosis moderadas: Aumenta la capacidad de alerta, reduce la coordinación del
sistema motor, puede provocar nerviosismo, dolor de cabeza, vértigos e
insomnio.
Dosis elevadas: La cafeína en dosis masivas es letal. Se
considera una dosis fatal de cafeína aquella por encima de los 10
gramos, lo que sería el equivalente a tomar unas 90 tazas de café
seguidas.
El sistema nervioso: La cafeína es estimulante del sistema
nervioso central. Llega a la circulación sanguínea a
través del
estómago y del
intestino delgado, y hace efecto unos 15 minutos tras ser consumida. La
cafeína permanece en el organismo durante 4
horas. Interfiere en múltiples zonas del cerebro, actuando con la adenosina
(nucleósido del propio cerebro);
así como en otras partes del cuerpo: incrementa
el ritmo cardiaco, contrae los vasos sanguíneos y aumenta la respiración.
[Pennington, J.A.T, 2005]
Biosíntesis
La principal vía y la mas conocida, para la biosíntesis de
cafeína es una secuencia de cuatro pasos, que consta de tres reacciones
metilación y uno nucleosidasa.
Los nucleótidos son moléculas
organicas formadas por la unión covalente de un monosacarido de
cinco carbonos (pentosa), una base nitrogenada. Dentro de
éstegrupo existen las purinas, las cuales son un
compuesto organico heterocíclico aromatico que
posee una base nitrogenada. (Figura 5)
Figura 6 estructura de un nucleótido de
purina.
El proceso comienza con el esqueleto de xantina de la cafeína, que es
derivado de los nucleótidos de purina.
El paso
inicial en la biosíntesis de la cafeína es la metilación
de la xantosina por un SAM (S- adenosil-L-metionina, molécula que
interviene en la transferencia de grupos metilos), catalizada ésta
reacción por la enzima N- metiltransferasa, Luego de esto se obtienen
dos moléculas, la 7-metilxantosina y se libera un SAH (S-adenosil-Lhomocisteína).
(Figura 6)
Figura 7.- Reacción de metilación
Mas tarde, comienza la única reacción nucleosidasa, la
cual se hacer reaccionar la 7-metilxantosina con agua, para producir
7-metilxantina y como segundo producto, una ribosa.
Figura 8.- Reacción nucleosidasa
Para la continuación de la biosíntesis, se genera una
reacción de metilación, en donde ocurre el mismo proceso que para
la xantosina cuando se convierte en 7-metiltransferasa. La 7-metilxantina
reacciona con un SAM y es catalizada por la
N-metiltransferasa, para otorgarle un grupo metilo, generando así una
Teobromina junto con un SAH. (Figura 8)
Figura 9 Reacción de metilación
Ahora, como ya
se han ingresado 2 metil, en la molécula inicial, la cual es xantosina,
solo nos resta agregarle uno mas para generar la Cafeína. Lo
anterior, se lleva a cabo a través, de un metilación, donde la
Teobromina reacciona con un SAM, y catalizada por la N-metiltransferasa, para
generar la cafeína y un SAH.
Figura 10 Reacción de metilación y
generación de lacafeína.
Figura 11 Biosíntesis completa de la
cafeína, con las moléculas que reacciona y las que genera, luego
de cada reacción.
Metabolismo
El estómago y el intestino delgado absorben la
cafeína del café y otras
infusiones durante los 45 minutos que siguen a la ingesta para luego ser
distribuida a través de todos los tejidos del cuerpo. La cafeína puede ser
ingerida también por vía rectal, como demuestra la
prescripción de supositorios de tartrato de ergotamina y
cafeína (para el alivio de la migraña).
La cafeína es metabolizada en el hígado por el sistema
enzimatico del Citocromo P450 oxidasa (específicamente,
la isoenzima 1A2) en tres productos metabólicos de la
dimetilxantina, donde cada uno posee sus propios efectos en el cuerpo (Figura
11), que son
Paraxantina (84%): Incrementa la lipolisis induciendo el
incremento de niveles de glicerol y acidos grasos libres en
el plasma sanguíneo.
Teobromina (12%): Dilata los vasos sanguíneos e incrementa el
volumen de orina. La teobromina es también el principal alcaloide
en el cacao.
Teofilina (4%): Relaja el músculo liso de
los bronquios y es así usado para el tratamiento del asma.
Figura 12.-Metabolismo de la cafeína, en el
hígado, donde se generan los tres compuestos diferentes.
Mas tarde, el proceso sigue en dos tipos de
reacciones, una de acetilación y otras dos de oxidación de
dimetilación.
Se parte con una acetilación, a la paraxantina catalizada por la
N-acetiltransferasa, provocando con esto el compuesto
5-acetilamina-6formilamino-3-metiluracilo. (Figura 12)
Figura 13 obtención del
5-acetilamina-6-formilamino-3-metiluracilo, a partir de lacafeína.
En la oxidación con demetilación, en la cual ocurre en la
teofilina y teobromina, para formar acidos monometilurico. Lo anterior,
ocurre por la codificación de generes de la familia del citocromo p450
entre ellos las CYP1A2 que codifican la N-demetilasa, la cual es una enzima
catalizadora de la reacción. (Figura 13)
Figura 14.- metabolismo de la cafeína, donde se genera teofilin y teobromina,
para llegar mas tarde por oxidación a formar acidos
monometilurico
Bibliografía
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Organica, editorial EDITUM, P 590, España, 1991.
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https://qbitacora.wordpress.com/2007/08/06/lista-de-alcaloides-importantes/]
[Consulta: jueves, 28 de noviembre de 2013
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en:https://books.google.cl/books?id=EhTFZv_xZswC&pg=PA828&dq=metabolismo+de+la+cafeina&hl=es&sa=X&ei=AIaXUq_JKPK-sQTehoGQBQ&ved=0CDMQ6AEwAQ#v=onepage&q=metabolismo%20de%20la%20cafeina&f=false]
[Consulta: jueves, 28 de noviembre de 2013
Farmacología del Cafeína. [Disponible
en:https://www.news-medical.net/health/Caffeine-Pharmacology-(Spanish).aspx][Consulta:
sabado, 30 de noviembre de 2013]
