Investigação biossintética, transcriptômica e proteômica em espécies de Piperaceae

Abstract

Três espécies de Piper foram escolhidas como modelos para estudos biossintéticos, transcriptômicos e proteômicos: P. tuberculatum, P. nigrum e P. crassinervium. As duas primeiras espécies acumulam principalmente metabólitos secundários da classe das amidas e essas substâncias foram alvo de experimentos biossintéticos. Foram monitoradas as atividades de diversas enzimas envolvidas na via fenilpropanoídica, dentre elas a fenilalanina amônia liase (PAL) e a cinamato 4-hidroxilase (C4H). Observou-se também atividade de uma enzima que catalisa a conversão do ácido ferúlico ao ácido 3,4-metilenodioxicinâmico, denominada 3,4- metilenodioxicinâmico sintase. Esta é provavelmente uma enzima monooxigenase-dependente do citocromo P450. A principal questão biossintética está centrada na sequência na qual as reações ocorrem: o grupo metilenodioxílico pode ser formado antes ou depois da porção amídica. Para elucidar esta questão, sintetizou-se dois possíveis precursores contendo o grupo 4-hidróxi-3- metóxifenílico: o ácido ferupérico e a feruperina. No entanto, experimentos de atividade enzimática in vitro utilizando estes dois precursores não foram esclarecedores, devido a existência de piperina endógena no extrato enzimático proveniente de folhas de P. nigrum, o que impediu observar a formação de produto. Foi avaliado também a participação de ácido malônico e L-valina na biossintese destas amidas: incorporou-se precursores isotopicamente marcados em plântulas de P. tuberculatum: ácido 2-[13C]-malônico, ácido malônico-U-2H e 15N-L-valina). Após análise por CLAEEM, conclui-se que o ácido malônico participa da reação de condensação com fenilpropanóides, gerando os derivados C6-C5 e L-valina é precursor do grupo isobutilamina. Considerando todos as evidências...

Three Piper species were chosen as a models for biosynthetic, transcriptomic and proteomics studies: P. tuberculatum, P. nigrum and P. crassinervium. The first two species accumulate mainly amides as secondary metabolites. This class of compounds was targeted by biosynthetic experiments. It was monitored the enzymatic activities of several enzymes involved in the phenylpropanoid pathway, including phenylalanine ammonia-lyase and cinnamate 4-hydroxylase. It was also observed the activity of an enzyme that catalyzes the conversion of ferulic acid to 3,4- methylenedioxycinnamic acid, named 3,4 methylenedioxycinnamic acid synthase. The main question was centered on the biosynthetic sequence: whether the methylenedioxy group can be formed before or after the amide portion. In order to elucidate this question, two possible precursors containing the group 4-hydroxy-3-methoxyphenyl were synthesized: feruperic acid and feruperine. However, experiments of in vitro enzymatic activity using these two precursors were not enlightening, due to the existence of piperine as endogenous in the enzymatic extract from leaves of P. nigrum, which prevented observe the formation of product. It was also evaluate the participation of malonic acid and L-valine in the biosynthesis of these amides, by incorporating isotopically labeled precursors in plants of P. tuberculatum: 2-[13C]-malonic acid, malonic-U-2H acid and 15N-Lvaline. After analysis by HPLC-MS, it was concluded that the malonic acid participates in the condensation reaction with phenylpropanoids, generating the C6-C5 derivatives and L-valine is the putative precursor of the isobutylamine group. Considering all the experimental evidence, the biosynthetic pathway proposed was that in which the methylenedioxy group is formed before the amide. In the second step, it carried out the ... (Complete abstract click electronic access below)