SINTESIS DE ESTEVIOSIDOS EN ESTEVIA (Stevia rebaudiana Bert.)

Acta biol. Colomb., Vol. 15 N.º 1, 2010 289 - 294 SÍNTESIS DE ESTEVIOSIDOS EN ESTEVIA (Stevia rebaudiana BERT). Stevioside Synthesis in Stevia (Stevia rebaudiana Bert). ALFREDO JARMA OROZCO1, M.Sc.; MIGUEL ESPITIA CAMACHO1, Ph. D.; GERHARD FISCHER2, Ph. D. 1 Facultad de Ciencias Agrícolas, Universidad de Córdoba, Montería, Colombia. 2 Facultad de Agronomía, Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá. Bogotá D.C., Colombia. Presentado 2 mayo de 2008, aceptado 26 de junio de 2009, correcciones 1 de diciembre de 2009. RESUMEN Stevia rebaudiana Bert. es una planta selvática subtropical nativa de Paraguay, que posee un potente edulcorante de hasta 300 veces más dulce que la sacarosa y no tiene calorías. Las moléculas responsables de esta característica son glucósidos de diterpeno, presentes en hojas y sintetizados, al menos en los estados iniciales, usando la misma ruta de síntesis del ácido giberélico, en la que el ácido shiquímico, da origen a muchos compuestos aromáticos. El acetato es el precursor de los terpenos o isoprenoides por la ruta del acetato-mevalonato, donde se encuentran los esteviósidos, aunque en esta nota se discute una ruta alternativa. La presente actualización pretende aportar algunas herramientas para el entendimiento de las principales rutas de síntesis de los glucósidos de esteviol. Palabras clave: Stevia rebaudiana, edulcorante, metabolismo secundario, terpenoides. ABSTRACT Stevia rebaudiana Bert. is a subtropical wild plant of Paraguay, that possesses a potent sweetener up to 300 times higher than sucrose and has no calories. The molecules responsible for these characteristics are diterpen glycosides, found in leaves and synthesized at least, at initial states, which use the same pathway of the gibberellic acid in which the shiquimic acid gives origin to many aromatic compounds. The acetate is the precursor of the terpens or isoprenoids through the acetate-mevalonate pathway, where steviosides are found. Although in this update, an alternative route is discussed. This updating pretends to contribute tools for the understanding of the main pathways of steviol glycosides synthesis. Key words: Stevia rebaudiana, edulcorate, secondary metabolism, terpenoids. 290 Nota de actualidad - Síntesis de esteviosidos en estevia (Stevia rebaudiana Bert). Jarma, et ál. INTRODUCCIÓN Stevia rebaudiana Bert. es una planta herbácea perenne que pertenece a la familia de las Astareceas; crece como arbusto salvaje en el suroeste de Brasil y Paraguay. Cobra un alto valor entre los vegetales nativos de estos países, debido a que contiene glucósidos bajos en calorías, llamados comúnmente esteviósidos, cuyo poder edulcorante en estado puro y cristalino puede ser 300 veces mayor que el del azúcar de caña (Jarma, 2008). En Colombia, se ha reportado su adaptación y potencialidad como nuevo cultivo agroindustrial (Jarma et al., 2005; Jarma et al., 2006). Los edulcorantes, en su mayoría concentrados en las hojas, son glucósidos de diterpeno sintetizados, en la ruta del ácido giberélico a partir del mevalonato (Hsieh y Goodman, 2005; Guevara et al., 2005; Kasahara et al., 2002). Varios autores han indicado que la diferencia radica que en estevia, el kaureno, precursor de dichas hormonas, se convierte a esteviol en el retículo endoplásmico (Geuns, 2003; Totté et al., 2000; Totté et al., 2003; Brandle et al., 2002). El glucósido es un polvo cristalino blanco; los científicos lo llaman una “molécula noble”, debido a que el producto es 100% natural, no tiene calorías, las hojas pueden utilizarse en su estado natural y solo son necesarias cantidades pequeñas del producto, gracias a su gran poder edulcorante. Recientemente se ha reportado su actividad antiácida, cardiotónica, anticaries (Brandle, 1998), propiedades antirotavirus (Takahashi et al., 2001), efectos antihiperglicémicos e insulinotrópicos que ayudan al tratamiento de Diabetes mellitus tipo 2 (Reziwanggu et al., 2004; Gregersen et al., 2004) y como estimulante en la secreción de insulina actuando sobre las células β del páncreas (Jeppesen et al., 2000; Jeppensen et al., 2002). SÍNTESIS DE ESTEVIÓSIDOS Terpenos. Todos los terpenos naturales proceden de unidades de acetato activo (Acetil CoA), que se condensan y transforman para originar ácido mevalónico (AMV), unidad de cinco átomos de carbono, específica de la biosíntesis de terpenos (Chappell, 1995; Gershenzon y Croteau, 1993). En la primera etapa de esta ruta sintética, por acción de una tiolasa y la hidroxi metil glutaril CoA sintetasa, se condensan tres unidades de acetil CoA y forman 3-hidroxi-3-metil glutaril CoA (HMG-CoA), compuesto que experimenta una reducción dependiente de NADPH.H+, transformándose en AMV por la acción de la HMG-CoA reductasa ubicada en la membrana del retículo endoplasmático (RE). El AMV es activado, formándose isopentenil pirofosfato (IPP). En las reacciones de alargamiento de la cadena terpénica, IPP y dimetilalil pirofosfato (DMAPP) se condensan de cabeza a cola; El DMAPP aporta el resto isoprenoide α, o inicial, formándose geranil pirofosfato GPP (C10). La adición sucesiva cabeza a cola de otras unidades IPP conduce a la síntesis de farnesil pirofosfato FPP (C15), geranil geranil pirofosfato GGPP (C20), que dará origen al diterpeno tetracíclico ent-kaureno en una reacción catalizada por la enzima kaureno sintetasa (KS). Otra ruta alternativa en la síntesis del ent-kaureno que excluye el AMV, fue propuesta por Totté et al., 2000, usando glucosa marcada radiactivamente (1-13C-glucosa); según los autores, en esta ruta alternativa llamada vía metil-eritritol-fosfato (MEP), el primer compuesto intermediario, 1 deoxi-d-xilulosa-5-fosfato (DXP), es formado a partir de Acta biol. Colomb., Vol. 15 N.º 1, 2010 291 los productos del catabolismo de la glucosa, piruvato y d-gliceraldehído-3-fosfato, por una tiamina sintasa difosfato-dependiente. Una reducto-isomerasa cataliza la reestructuración de la cadena de DXP, así como la subsecuente reducción del aldehído resultante (NADPH-dependiente), a la forma 2-C-metil-d-eritritol 4-fosfato (MEP), el cual podría representar el primer intermediario comprometido en esta ruta metabólica. Los pasos siguientes involucran la conversión del MEP en ME 2,4-ciclodifosfato vía 4difosfocitidil ME y 4-difosfocitidil ME 2-fosfato, los cuales por pasos aún desconocidos que involucran la reducción y eliminación de moléculas de agua, darían origen a IPP y DMAPP, a partir de los cuales se siguen normalmente los pasos que se proponen para la ruta del AMV. Compartimentación de la síntesis de terpenos. De manera general se puede indicar que los pasos metabólicos que conducen a la formación del ácido mevalónico están catalizados por enzimas microsomales, mientras que la posterior transformación del AMV en IPP, está catalizada por enzimas solubles del citoplasma. Los mayores procesos del metabolismo terpenoide se registran a nivel subcelular. Los sesquiterpenos (C15), triterpenos (C30) y politerpenos son sintetizados en (...truncated)