UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA Facultad de Agronoma Departamento

UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA Facultad de Agronomía Departamento de Producción Animal Maracay METABOLITOS SECUNDARIOS Importancia en la producción con especies de interés zootécnico Dr. Álvaro Ojeda Julio, 2011

Agronomía-U. C. V. Metabolismo Secundario … Metabolismo Secundario Definiciones … ó Sustancias Ecológicamente Eficaces Conjunto de procesos mediante los cuales se generan sustancias que no forman parte del metabolismo primario (fotosíntesis, respiración, transporte de solutos, translocación, asimilación de nutrientes y diferenciación celular; entre otros), poseen características muy variadas, así como una extrema complejidad química y en sus rutas biosintéticas de origen. ü 8000 polifenoles ü 1000 alcaloides ü 270 aminoácidos no-proteicos ü 32 cianógenos ü Otros (saponinas, terpenos, etc)

Metabolismo Secundario Definiciones … Agronomía-U. C. V. Compuestos secundarios … ¿ Razón de ser ? Defensa Química Transporte y almacenamiento de Nitrógeno Metabolismo intermediario precursores de otros metabolitos

Metabolismo Secundario Particularidades … Agronomía-U. C. V. Particularidades … Protección de los depredadores Mayor en plantas con elevada concentración de nitrógeno Acción sobre: Digestión y absorción de proteínas, CHO’s y minerales Biodisponibilidad de vitaminas Su efecto depende de: Tipo y concentración del compuesto Composición de la dieta Especie y estado fisiológico del animal Adaptabilidad del animal Procesamiento y manejo de la ración Efecto positivo o deletéreo sobre parámetros productivos

Diversidad de usos … Metabolismo Secundario Particularidades … Agronomía-U. C. V. Metabolito Secundario Aplicación Aminas En variedad de compuestos orgánicos (ej. quinolinas son cancerígenas). Muchas veces les confieren actividad fisiológica a la célula animal (ej. histaminas) Alcaloides Medicinal. En la fabricación de medicamentos Esteroles Medicinal. Forman parte de hormonas animales y vitaminas Triterpenos Medicinal e industrial. Son llamados aceites esenciales, útiles en perfumería, farmacia y agroindustria de alimentos Glicósidos Medicinal. Estimulan la función cardíaca Saponinas Medicinal e industrial. Precursores de hormonas esteroidales y corticosteroides. Por su actividad tensoactiva son útiles como emulgentes y hemolizantes Fenoles simples Medicinal e industrial. Poseen actividad antifúngica, desinfectante y aromatizante Flavonoides Medicinal e industrial. Reducen fragilidad capilar, protegen en estados tóxicos y anti-inflamatorios. Son colorantes Taninos Medicinal e industrial. Propiedades astringentes y antisépticas. Útiles en la fabricación de tintas y otros colorantes, y en el curtido de pieles Cumarinas Medicinal e industrial. Anticoagulante y aromatizante Fuente: Payo et al. (1996)

Metabolismo Secundario Sistemática … Agronomía-U. C. V. De acuerdo a …… Químicamente Naturaleza Estructuraquímica Proteica Proteínas Inhibidores de proteasas, Lectinas, Aminoácidos no proteicos Inhibidores de amilasa, Alérgenos y Antígenos Glicósidos Otros metabolitos Aminoácidos No Proteicos Latirógenos y neurotoxinas, Antagonistas de arginina Modo de acción y efectos metabólicos Metabolitos heterocíclicos y misceláneos Daño en la mucosa intestinal Inhibición de la actividad enzimática Glicósidos Interferencia en retroalimentación de síntesis enzimática Oligosacáridos Reacción de alergia e intolerancia Polisacáridos no amiláceos Analogía estructural con aminoácidos proteicos Otros glicósidos Reducción de disponibilidad de nutrientes Otros Efecto sobre respuesta animal Fitatos, Taninos y Alcaloides

Metabolismo Secundario Toxicología … Agronomía-U. C. V. Nociones de Toxicología … Dosis Letal (DL 50 ) Es la cantidad de sustancia que se requiere para causar la muerte del 50% de un grupo de animales de experimentación, bajo condiciones controladas y administrada por una vía específica. Se expresa en miligramos (mg) de sustancia por kilogramo (kg) de peso corporal del animal. Curva de frecuencia dosis-respuesta Sensibilidad diferencial entre especies … En extremo … Grado de diferenciación o complejidad del SNC DL 50 Nivel de evolución de los mecanismos reguladores de las Aflatoxina B 1 15 µg/kg funciones corporales (temperatura, respiración, etc) Cafeína 4000 mg/kg Estructuración y diferenciación del sistema digestivo y respiratorio (75 tazas en 30 min. ) Características y diferenciación de la piel Williams y Burson (1985)

Metabolismo Secundario Inhibidores de Proteasas … Agronomía-U. C. V. Inhibidores de Proteasas . . . Sustancias presentes en tejidos de plantas (fund. leguminosas) y animales, que tienen la capacidad de inhibir la actividad de enzimas proteolíticas (ej. Tripsina y Quimiotripsina). En. . . Mayoría de las leguminosas Caso clásico: Grano de soya (6% de su proteína) Efectos. . . Hipertrofia y tumores pancreáticos Reducción en valor de PER (GDP / proteína ingerida) Incremento en excreción fecal de AA’s azufrados

Inhibidor de tripsina y actividad Control. . . pancreática. . . Tostado (195 ºC / 15 min), Hervir en agua, Autoclave (120 º C / 30 min), Radiación de microondas e infrarrojo, Radiación gamma, Extrusión y Micro-ionización; entre otros. Tripsinógeno (Páncreas) Actividad de Inhibidor Metabolismo Secundario Inhibidores de Proteasas … Agronomía-U. C. V. CCK (Mucosa) 100 80 Proteína dietaria 60 Tripsina (Intestinal) PERInhibidor (Kunitz / Bowman-Birk) 40 20 Proteolísis Inhibidor Tripsina - Inhibidor 0 2 4 6 10 15 20 Minutos a 100 º C Fuente: Liener (1990)

Metabolismo Secundario Inhibidores de Proteasas … Agronomía-U. C. V. Tratamiento térmico de Psophocarpus sp. , metabolitos secundarios y valor biológico en ratas I T Hemoaglut. Taninos Valor Tratamiento (mg/g) (U /mg) (mg/g) Biológico Ninguno 17, 7 200 7, 6 - 0, 74 Microondas 17, 9 196 7, 4 - 0, 70 Infrarrojo 0, 7 10 6, 7 0, 70 Autoclave 0, 7 nd 5, 1 0, 53 Hervir 0, 4 nd 2, 5 0, 71 I T: Inhibidor de tripsina; nd: No detectado Fuente: Kadam et al. (2002)

Lectinas. . . Metabolismo Secundario Lectinas … Agronomía-U. C. V. (Del latín legere, que significa preferir, escoger) Compuestos de distribución paralela a los inhibidores de proteasas, que causan aglutinación de los eritrocitos de varias especies animales, capaces de unirse a las glicoproteínas de la superficie de membrana celular y generar reacciones de incremento de tasa de recambio celular. En. . . Mayoría de las leguminosas, aunque de toxicidad variable. En soya (prácticamente inocua), ricino (muy tóxica), Canavalia, Phaseolus spp. , Dolichos spp. (Jacinto) Ej. Concanavalina A y Aglutinina de germen de trigo. Efectos. . . Hemoaglutinación y generación de anticuerpos Inhibición de enzimas que hidrolizan carbohidratos (ej. soya y Phaseolus spp) Destrucción del borde de cepillo y secreción de mucus intestinal Promueve colonización de intestino delgado por coliformes Fuente: Kik et al. (1990)

Metabolismo Secundario Lectinas … Agronomía-U. C. V. Su acción. . . Tripsina Dieta Lectina Hipertrofia e Hiperplasia 30 - 90 % HECES Hipertrofia e Hiperplasia Vellosidad intestinal Menor Consumo Pepsina Normal R Fuente: Pizzani et al (1999) Menor Consumo Quimiotripsina Fuerte Epitelio Intestinal

Metabolismo Secundario Alérgenos … Agronomía-U. C. V. Alérgenos. . . Son compuestos usualmente nitrogenados, que generan reacciones clínicamente definidas como alérgicas, las cuales se caracterizan por el desarrollo de mecanismos inmunológicos, que a través de Ig. E inducen la liberación de mediadores responsables de las reacciones tisulares comunes en este desorden. En. . . Mayoría de las leguminosas. Reportada en Pisium spp. y Glicine spp. Efectos. . . Digestión insuficiente y diarrea Respuesta inmune Pobre comportamiento productivo

Metabolismo Secundario Fotosensibilizantes … Agronomía-U. C. V. Sustancias fotosensibilizantes. . . Animal hipersensible a la presencia de la luz solar, particularmente a los rayos U. V. , provocando inflamaciones acuosas bajo la piel y eventualmente necrosis Lesiones. . . dérmica. Se reconocen Fototoxia (sólo quedan afectadas las zonas expuestas al sol) y la Fotoalergia, donde la sustancia suele ser inmunológicamente inactiva, pero al ser irradiada produce una molécula con carácter antigénico que desencadena una reacción alérgica que afecta a zonas expuestas y no expuestas al sol. Signos. . . Mecanismo de acción. . . Clorofila En Diarrea Irritación en piel despigmentada Enrojecimiento Edema e Ictericia Filoeritrina Hígado Excreción Bilis Microorganismos . . . ruminales Hierba de San Juan (Hypericum perforatum) Los AGI´s de membranas se Cariaquito naranja (Lantana camara) Fotosensibilidad alteran y los lisosomas liberan las Pastos diversos (Panicum spp. ) en piel no enzimas hidrolíticas y/o Cuernos de chivo (Tribulusmediadores químicos de la terrestris) pigmentada Hongos (Pithomyces chartarum) inflamación

Metabolismo Secundario AA´s No Proteicos … Agronomía-U. C. V. Aminoácidos No Proteicos. . . Ubicados en una amplia variedad de leguminosas tropicales, y a menudo varios por especie (600 identificados), existen compuestos tóxicos que mantienen analogía estructural con aminoácidos esenciales o sus neurotransmisores derivados del sistema nervioso central del animal. En. . . Mayoría de las leguminosas, particularmente sus semillas. Comunes en: Canavalia ensiformis, Leucaena leucocephala, Indigofera spicata, Gliricidia sepium, Mimosa spp. , Acacia spp. y algunas especies de Astragalus. Efectos. . . Síntesis de proteínas anómalas Neurotóxicos y Latirismo (AA´s análogo del glutamato) Inhibición de enzimas, disfunción renal y depilación; entre otros.

Metabolismo Secundario AA´s No Proteicos … Distribución y toxicidad de aminoácidos no proteicos Aminoácidos Especie g/kg MS semilla Efectos Tóxicos -cianoalanina Vicia spp. 1, 5 Convulsiones, espasmos tetánicos y muerte -(N) oxalylaminoalanina Lathyrus spp. 25 Convulsiones, muerte Indigofera spp. 51 40 9 Reducción del crecimiento Disfunción sistema inmune Daño en utilización de N Leucaena spp. 145 Caída de la lana Daños orgánicos y muerte Neurolatirógenos Análogos de Arginina Canavalia spp. Gliricidia spp. Aromáticos Mimosina Fuente: Mello (1990)

Metabolismo Secundario AA´s No Proteicos … Agronomía-U. C. V. Susceptibilidad depende de . . . Especie animal Dieta y tiempo de exposición Diferencias geográficas Novillos pastoreando Leucaena sp. y bacterias degradadoras de DHP Tratamiento GDP (6 -19 sem. ) DHP (a 13 sem. ) Tiroxina en suero (a 13 sem) No tratados 0, 52 0, 28 Tratados 1, 03 0, 00 85 Fuente: Mello (1990)

Metabolismo Secundario Glucósidos … Agronomía-U. C. V. Glucósidos . . . Oligosacáridos. . . Compuestos como los -galactósidos presentes en leguminosas que inhiben la acción de galactosidasa, generando metano, hidrógeno y CO 2 en intestino grueso y con ello provocando diarreas, flatulencia y nauseas Polisacáridos no amiláceos. . . Comúnmente referidos como “Fibra dietaria”, son polisacáridos vegetales asociados a la lignina (celulosa, hemicelusosa, gomas, mucílagos, pectina, etc. ), incompletamente digeridos en intestino delgado, pero disponibles en intestino grueso, donde su fracción soluble es rápidamente transformada en AGV’s. En pollos se reporta que modifican la viscosidad de las heces, generando efecto de “cama húmeda”, y por lo tanto problemas de manejo y disminución de la producción.

Metabolismo Secundario Saponinas … Agronomía-U. C. V. Otros Glucósidos. . . Saponinas Inicialmente asociadas a la Sapindus saponaria, y con gran poder espumante, son compuestos amargos que reducen la palatabilidad de los alimentos. En rumiantes se han empleado como reguladores de la flora microbial del rumen. En. . . Alfalfa, frijol de soya, follaje de yuca, Sapindus sp. etc. Efectos. . . Reducción del consumo de alimento Irritante de membrana bucal y garganta Inhiben fermentación y síntesis bacteriana Hemorragias

Metabolismo Secundario Saponinas … Agronomía-U. C. V. DESFAUNACIÓN Y POBLACIONES MICROBIALES (log 10/ml fluido ruminal) Sapindus saponaria en dieta (g/animal/día) 0 25 50 Sdx Amonio (mg N-NH 3/100 ml) 196, 0 194, 9 117, 3 9, 8 Protozoos 5, 4 a 5, 0 b 4, 6 c 0, 1 Hongos 7, 6 a 8, 1 b 8, 5 c 0, 1 Bacterias Totales 10, 3 a 11, 3 b 11, 7 c 0, 2 Celulolíticas 7, 5 a 8, 1 8, 8 c 0, 1 Deg. MS (%) % (24 h) 12, 5 a 18, 6 25, 9 c 0, 9 69, 7 66, 6 5, 7 T 1/2 Díaz et al. (1993) 72, 9

Continuac… Metabolismo Secundario Fitoestrógenos … Agronomía-U. C. V. Fitoestrógenos . . . Compuestos derivados del fenilpropano presentes en las plantas (estrona, estriol y β-sitoesterol), que son estructural o funcionalmente similares al estrógeno (14 -β-Estradiol). Destacan los lignanos, isoflavones, cumestanos, lactonas (estos dos últimos en animales) y triterpenos. Se conocen actualmente 30 tipos de fitoestrógenos. En. . . Soya, linaza, trébol, avena, Oriza spp. , col, alfalfa, lentejas, algunas frutas (ej. manzana) y verduras (ej. remolacha). Efectos. . . Infertilidad temporal o permanente Cambios anormales en los órganos reproductivos Lactación en hembras vírgenes o no preñadas Prolapso vaginal Cáncer

Metabolismo Secundario Cianógenos … Agronomía-U. C. V. Cianógenos . . . Glicósidos cuya hidrólisis libera ácido prúsico o cianuro de hidrógeno (HCN). Esta cianogénesis ocurre durante la masticación de la planta o por acción microbiana en el rumen. En. . . Niveles no tóxicos en la mayoría de las leguminosas. De importancia en Acacia sp. y yuca Efectos. . . DL 50 (2 -4 mg/ kg P. V. ) Efectos goitrogénicos (inducción de bocio) Su efecto depende de: Tamaño y tipo de animal, tasa de tránsito de digesta y capacidad de metabolizar el HCN Tratamiento: Premarchitado o deshidratado de plantas ó suministro por vía endovenosa de 125 -250 ml solución (v/v) con 1, 2% Nitrito de sodio + 7, 4% tiosulfato de sodio

Metabolismo Secundario Fitatos … Agronomía-U. C. V. Otros Metabolitos Secundarios. . . Fitatos El ácido fítico y sus sales, los fitatos, agrupan 2/3 del fósforo de Fósforo (%) Actividad de origen vegetal de los monogástricos. Presentan gran habilidad Total Fítico Total/Fítico fitasa (U/kg) quelatante, formando complejos insolubles con algunos cationes. Se puede reducir su presencia por germinación, uso de fitasas fúngicas y CEREALES autolisis. Trigo 0, 33 0, 18 55 Maíz 0, 27 0, 17 73 En. . . Arroz Granos de cereales, semillas y aceites de leguminosas. Grano 0, 12 0, 08 65 Pulidura 1, 57 1, 13 72 Sorgo 0, 26 0, 17 66 Efectos. . . 1565 24 112 134 24 OLEAGINOSAS (Subprpd) Incrementa requerimientos de minerales Algodón (semilla) 0, 64 0, 49 77 51 Harina de Soya 0, 57 0, 37 65 62 Inhiben enzimas digestivas (ej. Pepsina, pancreatina y amilasa) Harina de Palma 0, 51 0, 29 57 34 Quelación de calcio reduce actividad de tripsina y amilasa Harina de coco 0, 43 0, 24 56 37 Reducido por fitasas (endógenas y exógenas) Godoy et al. (2005)

Metabolismo Secundario Taninos … Agronomía-U. C. V. Taninos . . . Son compuestos fenólicos, más o menos solubles en agua, y con capacidad para precipitar la gelatina y otras proteínas. Se agrupan en hidrolizables (de importancia en leguminosas) y condensados. En. . . Mayoría de las leguminosas: Acacia, Proteínas ricas en prolina . . . Leucaena, Prosopies, Albizia, etc. Presente Ausente Venado Bovinos Ratones Ovinos Conejos Marmota Efectos. . . Alta afinidad por las proteínas de la digesta Reducción del consumo voluntario Monos Pollos Baja absorción de hierro y otros minerales Cabras Efecto beneficioso en rumiantes (20 mg/kg MS) Humanos

Boca Rumen ( p. H 5 -7 ) Abomaso ( p. H 2. 5 - 3. 5 ) Duodeno ( p. H 8 -9 ) Fuente: Mello (1990) Taninos condensados + Proteínas Protección del complejo Masticación Complejo insoluble Tanino / Proteína Taninos condensados libres Fermentación de CHO”s Disociación del complejo Proteínas Digestión y absorción Taninos Condensados Libres

Metabolismo de nitrógeno . . . Agronomía-U. C. V. Metabolismo Secundario Taninos … GRUPO Consumo N (g/día) Taninos PEG 42, 4 47, 6 Nitrógeno en digesta (g/kg MS) Rumen 39, 9 Abomaso 48, 8 Ileum 33, 6 Heces 38, 3 Digestibilidad en (%N) : Rumen 13 Inst. delgado 53 Inst. grueso 1 Total 67 33, 0 43, 3 20, 7 22, 7 26 55 0 81 Menor consumo . . . Destoxificación . . . Menor tasa de fermentación microbial Secado del forraje Menor concentración de NH 3 en rumen Uso de PEG Disminución de tasa de recambio ruminal Suplementación con plantas libres de taninos y urea Manipulación de microflora ruminal Menor producción de AGV´s Fuente: Waghorn et al. (1994)

Metabolismo Secundario Micotoxinas … Agronomía-U. C. V. Micotoxinas . . . Son compuestos de naturaleza no proteica, de peso molecular intermedio, que se generan del crecimiento y multiplicación de los hongos en un sustrato apropiado. El término se deriva de las palabras griegas mykes (hongos) y toksikon (veneno). Condiciones óptimas . . . Concentración de oxígeno de 20, 9% p. H entre 6, 0 y 7, 0 Temperatura superior a 20 ºC Humedad de 14 a 20% Otros (integridad de cutícula del grano, etc. )

Metabolismo Secundario Micotoxinas … Agronomía-U. C. V. Micotoxinas en el mundo. . . Localidad Oeste de Europa Este de Europa Norteamérica Sudamérica Africa Asia Australia Micotoxinas ocratoxinas, desoxinivalenol, zearalenona, desoxinivalenol ocratoxinas, desoxinivalenol, zearalenona, aflatoxinas, fumonisinas, ocratoxinas, desoxinivalenol, toxina T-2 aflatoxinas, fumonisinas, zearalenona aflatoxinas, fumonisinas Contaminación por Micotoxinas (%) en alimentos para aves Maíz (10 muestras) Otros ingredientes Alimento para aves Aflatoxina 24 33 92 Vomitoxina 50 44 88 Acrotoxina 24 22 80 Zearolina 40 66 60 T-2 Toxina 0 33 36 Fremonixina 50 78 88 Micotoxina Países: Taiwán, Malasia, Tailandia, Singapur, Indonesia e India González (2005)

De mayor interés. . . Toxina Aflatoxina Hongo Aspergillus sp. DL 50 (mg/kg PV)1 Principales efectos Cultivos más sensibles 3 Crecimiento reducido, daños de hígado, ictericia, reducción de inmunidad Todos los cereales, Semilla de algodón, Maní, grano de soja Todos los cereales, alfalfa, yuca, maní y sorgo Zearalenona Fusarium sp. 10 Infertilidad, anestros, mortalidad embrionaria, prolapso rectal, calidad del semen Tricotecenos (T 2, DAS, DON) Fusarium sp. 10 Inapetencia, vómito, reducción de inmunidad Todos los cereales Ocratoxina y Citrinina Aspergillus sp. Penicillum sp. 10 Crecimiento reducido, daños bazo/hígado Cereales, maní y sorgo 19 Reduce ingesta y crecimiento, problemas respiratorios, edema pulmonar Todos los Cereales Fumoninisina Fusarium sp. 1= En caso de cerdos Fuente: Devegowda et al (1998)

Metabolismo Secundario Micotoxinas … Agronomía-U. C. V. Control de Micotoxinas. . . Uso de antimicóticos (ej. base de ácido propiónico) Tratamiento: Físico: Calor, luz ultravioleta y dilución del alimento contaminado, Químico: Amoniaco, bisulfito de sodio, formaldehído, ácido ascórbico y ozono Uso de secuestrantes Minerales: Arcillas (bentonita), zeolitas, aluminosilicatos de Ca y Na Biológicos: Glucomananos Degradación biológica (bacterias, levaduras y hongos)

Metabolismo Secundario En general … Agronomía-U. C. V. ¿ Existe control ? . . . Manipulación Genética (Clásica o por Ingeniería Genética) Rotación de potreros Formulación de las dietas g Selección de ingredientes g Dilución de dietas g Suplementación con nutrientes (nitrógeno, vitaminas, sales yodadas, etc. ) Tratamiento de materiales g Primarios: Tratamientos químicos, enzimáticos, físicos (fraccionamiento, aplicación de calor) g Secundarios: Extrusado, peletizado, etc.

Importancia en la Producción Animal… Metabolismo Secundario Agronomía-U. C. V. “La canción a los campos retorne en el alba sembremos la voz, explotar a la tierra y no al hombre es consigna de un hombre mejor ” Antonio Esteves Himno Facultad de Agronomía, U. C. V.