Glucósidos: formación, función y tipos/grupos
Los glucósidos son metabolitos secundarios de las plantas que están unidos a mono- u oligosacáridos a través de enlaces glucosídicos, es decir que son metabolitos glicosilados. Pertenecen a la familia química de los glicósidos, que engloban a todos los compuestos químicos unidos a residuos azucarados.
En la estructura típica de una molécula de glucósido se reconocen dos regiones: la algicona y la glicona. La región conformada por el residuo sacárido se denomina glicona y la región correspondiente a la molécula no sacárida se conoce como porción aglicona.
Comúnmente, el término “glucósido” se emplea para referirse al hecho de que durante la hidrólisis de estos compuestos se liberan moléculas de glucosa, sin embargo, miembros de la misma familia de moléculas poseen residuos de otros tipos de azúcares como la ramnosa, la galactosa o la manosa, entre otros.
La nomenclatura de los glucósidos denota típicamente la naturaleza de su región aglicona. Aquellos nombres con la terminación “-ina” se reservan para los compuestos nitrogenados, mientras que los alcaloides se nombran con el sufijo “-ósido”.
Estos sufijos muchas veces acompañan la raíz del nombre en latín del origen botánico donde las moléculas son descritas por primera vez y se añade usualmente el prefijo “gluco-“.
El enlace glucosídico entre las porciones glicona y aglicona puede ocurrir entre dos átomos de carbono (C-glucósidos) o pueden participar átomos de oxígeno (O-glucósidos), de lo que dependerá su estabilidad frente a la hidrólisis química o enzimática.
La abundancia relativa de los glucósidos en angiospermas es mucho mayor que en gimnospermas y se ha demostrado que respecto a monocotiledóneas y dicotiledóneas, con algunas excepciones, no hay gran diferencia en la cantidad y los tipos de glucósidos que se encuentran.
Es importante hacer hincapié en la gran diversidad y heterogeneidad de este grupo de compuestos, puesto que la identidad de cada uno dependerá de la porción aglicona, que es sumamente variable.
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La biosíntesis o formación de los compuestos glucosídicos (Peng, Peng, Kawagoe, Hogan, & Delmer, 2002) en las plantas depende del tipo de glucósido que se considere, y en las plantas, sus tasas de biosíntesis dependen, muchas veces, de condiciones medioambientales.
Los glucósidos cianogénicos, por ejemplo, son sintetizados a partir de precursores aminoácidos, entre ellos la L-tirosina, L-valina, L-isoleucina y L-fenilalanina. Los aminoácidos son hidroxilados para formar N-hidroxil aminoácidos que posteriormente son convertidos en aldoximas, que son luego transformadas en nitrilos.
Los nitrilos son hidroxilados para formar los α-hidroxinitrilos, que pueden ser glicosilados para formar el glucósido cianogénico correspondiente. En esta ruta biosintética están involucrados dos citocromos multifuncionales conocidos como P450 y enzimas glicosiltransferasas.
En su mayoría, las rutas biosintéticas de los glucósidos implican la participación de enzimas glicosiltransferasas, que son capaces de transferir selectivamente los residuos carbohidratados desde un intermediario activado mediante una molécula de UDP, hasta la porción aglicona correspondiente.
La transferencia de los azúcares activados, como por ejemplo la UDP-glucosa, a una porción aglicona aceptora, ayuda a estabilizar, desintoxicar y solubilizar metabolitos en los pasos finales de las rutas productoras de metabolitos secundarios.
Son, entonces, las enzimas glicosiltransferasas las responsables de la gran variedad de glucósidos en plantas y por ello han sido extensivamente estudiadas.
Algunos métodos sintéticos in vitro existen para la obtención de derivados glucósidos de plantas que implican sistemas de hidrólisis reversa o trans glicosilación de compuestos.
En las plantas, una de las funciones principales de los glucósidos de flavonoides, por ejemplo, tiene que ver con protección contra la luz ultravioleta, contra insectos y contra hongos, virus y bacterias. Sirven como antioxidantes, atrayentes de polinizadores y controladores de las hormonas vegetales.
Otras funciones de los glucósidos de flavonoides incluyen la estimulación de la producción de nódulos por especies bacterianas del género Rhizobium. Pueden participar en procesos de inhibición enzimática y como agentes alelopáticos. Así, también proveen una barrera de defensa química contra herbívoros.
Muchos glucósidos, al ser hidrolizados, generan residuos de glucosa que pueden ser empleados por las plantas como sustrato metabólico para la producción de energía o incluso para la formación de compuestos de importancia estructural en las células.
Antropocéntricamente hablando, la función de estos compuestos es muy diversa, puesto que mientras que algunos son empleados en la industria alimenticia, otros se utilizan en la farmacéutica para el diseño de fármacos para el tratamiento de la hipertensión, desórdenes circulatorios, agentes anticancerígenos, etc.
La clasificación de los glucósidos puede encontrarse en la literatura basada en las porciones no-sacáridas (agliconas) o respecto al origen botánico de estos. La siguiente es una forma de clasificación en base a la porción aglicona.
Los principales grupos de glucósidos corresponden a los glucósidos cardiacos, los glucósidos cianogénicos, los glucosinolatos, las saponinas y los glucósidos antraquinonas. Algunos flavonoides también ocurren comúnmente como glucósidos.
Estas moléculas están compuestas generalmente por una molécula (región aglicona) cuya estructura es esteroidea. Están presentes en plantas de la familia Scrophulariaceae, particularmente en Digitalis purpurea, así como en la familia Convallariaceae con Convallaria majalis como ejemplo clásico.
Este tipo de glucósido tiene un efecto negativo inhibitorio sobre las bombas ATPasas de sodio/potasio en las membranas celulares, que son especialmente abundantes en las células cardiacas, por lo que la ingesta de plantas con estos compuestos secundarios tiene efectos directos en el corazón; de allí su nombre.
Son químicamente definidos como glucósidos de α-hidroxi nitrilos, que derivan de compuestos aminoacídicos. Están presentes en especies angiospermas de la familia Rosaceae, particularmente en especies del género Prunus, así como en la familia Poaceae y otras.
Se ha determinado que estos forman parte de los compuestos tóxicos característicos de algunas variedades de Manihot esculenta, mejor conocida en América del Sur como mandioca, yuca o cassava. Del mismo modo, son abundantes en semillas de manzanas y en frutos secos como las almendras.
La hidrólisis de estos metabolitos secundarios termina en la producción de ácido cianhídrico. Cuando la hidrólisis es enzimática se separan las porciones glicona y aglicona, esta última pudiendo clasificarse como alifática o aromática.
La porción glicona de los glucósidos cianogénicos es típicamente D-glucosa, aunque se ha visto también gentobiosa, primeverosa y otros, en su mayoría unidos por enlaces β-glucosídicos.
El consumo de plantas con glucósidos cianogénicos puede tener efectos negativos, entre los que se encuentra la interferencia en la utilización del yodo, lo que resulta en hipotiroidismo.
La base de su estructura aglicona está compuesta por aminoácidos que contienen azufre, por lo que también podrían denominarse tioglucósidos. La principal familia de plantas asociada con la producción de los glucosinolatos es la familia Brassicaceae.
Entre los efectos negativos para los organismos que ingieren estas plantas están la bioactivación hepática de procarcinógenos ambientales, que es producto de complejos efectos sobre isoformas del citocromo P450. Además, estos compuestos pueden irritar la piel e inducir hipotiroidismo y gota.
Muchos compuestos “formadores de jabón” son glucósidos. La parte aglicona de las saponinas glucosídicas consiste en triterpenoides pentacíclicos o esteroides tetracíclicos. Son heterogéneos estructuralmente, pero poseen características funcionales en común.
En su estructura poseen porciones gliconas altamente hidrofílicas y regiones agliconas fuertemente hidrofóbicas, que les proveen propiedades emulsificantes, por lo que pueden ser empleadas como detergentes.
Las saponinas están presentes en un amplio rango de familias vegetales, entre las que se encuentran las especies pertenecientes a la familia Liliaceae, ejemplificadas en la especie Narthecium ossifragum.
Son menos comunes en el reino vegetal respecto a los demás glucósidos mencionados anteriormente. Están presentes en Rumex crispus y especies del género Rheum. El efecto de su ingestión corresponde con una secreción exagerada de agua y electrolitos acompañada de peristalsis en el colon.
Muchos flavonoides y sus oligómeros, las pro-antocianinas, ocurren como glucósidos. Estos pigmentos son muy comunes en gran parte del reino vegetal, con la excepción de algas, hongos y algunos antoceros.
Pueden existir en la naturaleza como C- u O-glucósidos, dependiendo de la naturaleza del enlace glucosídico que ocurre entre las regiones glicona y algicona, por lo que algunos son más resistentes a la hidrólisis química que otros.
La estructura aglicona de los flavonoides C-glucósidos corresponde a tres anillos con algún grupo fenólico que les proporciona la característica de antioxidantes. La unión del grupo sacárido a la región aglicona ocurre a través de enlaces carbono-carbono entre el carbono anomérico del azúcar y el carbono C6 o C8 del núcleo aromático del flavonoide.
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