Biotrasformazioni di polifenoli biologicamente attivi catalizzate da preniltransferasi e perossidasi

1.1 CHIMICA DEI FLAVONOIDI 
I substrati delle reazioni enzimatiche descritte in questa tesi appartengono 
alla classe dei flavonoidi, composti naturali che sono da tempo al centro di 
considerevole interesse scientifico e terapeutico. 
Il termine flavonoidi è un nome collettivo che viene impiegato per un 
gruppo di pigmenti vegetali con una gran varietà di strutture. 
La struttura base dei flavonoidi è caratterizzata da uno scheletro di 15 
atomi di carbonio basato sul 2-fenilcromano (flavonoidi propriamente detti) 
o sul 3-fenilcromano (isoflavonoidi) variamente sostituiti. Un classico 
flavonoide con la sua numerazione è riportato in figura 1. 
5'
6'4'
1
B
8
O
3'
1'
7
2
2'
A
C
3
6
54
O
 Figura 1: Sistema di numerazione dei flavonoidi 
Il gruppo comprende flavoni (2-fenilcromoni), isoflavoni (3-fenil 
cromoni), flavonoli (2-fenil-3-idrossicromoni), isoflavonoli (3-fenil-2- 
idrossicromoni) flavani (2-fenil-diidro-γ-benzopirani), isoflavani (3-fenil- 
diidro-γ-benzopirani), flavanoli (2-fenil-3-idrossi-2,3-diidrocromoni) ed 
isoflavanoli (2-idrossi-3-fenil-2,3-diidrocromoni) (figura 2). 
6 
O
O
O
O
ISOFLAVONE
FLAVONE
 OOH
O
OH
O
O
FLAVONOLOISOFLAVONOLI
 O
O
O
O
ISOFLAVANONE
FLAVANONE
 OOH
O
OH
O
O
ISOFLAVANOLO
FLAVANOLOLO
Figura 2: flavonoidi 
In senso più esteso, si possono considerare tra i flavonoidi: calconi, 
diidrocalconi, auroni (benzofurani), diidroauroni e cumarine (benzopiran- 2- 
oni) (figura 3). 
7 
O
O
O
O
AURONEDIIDROAURONE
 OO
O
CUMARINE
CALCONE
 O
DIIDROCALCONE
 Figura 3: altre strutture riconducibili ai flavonoidi 
I flavonoidi sono composti fenolici e come tali possono essere ossidati a 
chinoni. Il processo che può essere accompagnato all’apertura dell’anello C 
avviene facilmente in presenza di radiazioni UV, in particolar modo se sono 
presenti metalli pesanti. Il potenziale di ossido-riduzione dei flavonoidi è 
stato determinato ed è certo che questa caratteristica sia una loro importante 
funzione fisiologica. 
8 
1.2 ATTIVITA’ BIOLOGICA DEI FLAVONOIDI 
1.2.1 Flavonoidi come free radical scavenger 
Una delle più importanti proprietà dei flavonoidi è la loro capacità di 
eliminare i radicali liberi. Questa proprietà è direttamente connessa con il 
potenziale di ossidoriduzione e con l’energia di attivazione per il 
trasferimento elettronico dei flavonoidi. Il loro basso costo e la loro bassa 
tossicità ne fanno dei radical scavenger molto apprezzati. Alcuni di essi, 
infatti, stimolano i macrofagi, interrompendo la produzione degli eicosanoidi 
responsabili del rilascio dei peptidi che inducono il dolore (sostanza P, 
bradichinina) e distruggendo l’eccesso di ossidanti, cioè ristabilendo lo stato 
normale dei tessuti infiammati. 
L’ossidazione dei flavonoidi è catalizzata da metalli pesanti e dalla luce. 
Sono facilmente ossidati a p-idrochinone, il quale in una reazione reversibile 
è ulteriormente ossidato a chinone, composto che polimerizza per formare 
una sostanza insolubile che verrà infine decomposta. 
1.2.2 Flavonoidi come inibitori enzimatici 
I principali enzimi inibiti dai flavonoidi sono: 
Idrolasi:la jaluronidasi è l’idrolasi più studiata tra quelle inibite dai 
flavonoidi per la sua importanza nella perdita dell’integrità dei tessuti 
connettivi durante i processi infiammatori. Un importante tipo di idrolasi 
9 
inibita dai flavonoidi è la fosfolipasi: essi influenzano la permeabilità di 
membrana interagendo con la PL-A, un enzima capace di liberare l’acido 
2 
arachidonico, responsabile della variazione della permeabilità delle 
membrane. 
Ossidoriduttasi: i flavonoidi competono con i substrati di tali enzimi a 
livello del sito attivo, interferendo direttamente con lo stato di transizione 
delle reazioni catalizzate dalle ossidoriduttasi. 
Uno degli enzimi appartenenti a questa classe ed inibito dai flavonoidi è 
la COX, in cui l’acido arachidonico è spiazzato a livello del sito attivo od 
ancora l’aldoso riduttasi, coinvolta nelle patologie diabetiche e 
cardiovascolari. 
Kinasi:i flavonoidi sono attivi inibitori delle fosfokinasi, enzimi coinvolti 
nella regolazione del metabolismo. 
Altri enzimi inibiti dai flavonoidi sono le isomerasi, le ligasi e le liasi. 
1.2.3 Flavonoidi come antibatterici ed antifungini 
L’uso dei flavonoidi contro i batteri ed i funghi ha due scopi: uccidere le 
cellule batteriche o fungine e neutralizzare gli effetti delle loro tossine, in 
virtù dell’effetto immunostimolante che facilita l’eliminazione dei patogeni. 
L’effetto battericida dei flavonoidi è il risultato di una perturbazione 
10 
metabolica sull’agente patogeno, all’interno del quale i bersagli principali 
sono i canali ionici. 
11 
1.3 FLAVONOIDI PRENILATI 
I flavonoidi prenilati costituiscono una sottoclasse abbastanza ricca sia 
dal punto di vista della varietà strutturale sia dell’attività farmacologica [3] 
Negli ultimi anni sono state isolate da specie vegetali e caratterizzate molte 
nuove molecole. La prenilazione dei flavonoidi è tipica delle piante superiori 
e, nell’ambito di queste, limitata a poche famiglie. Tre superordini 
(Urticales, Fabales ed Asterales) forniscono l’ottanta per l’80% dei 
flavonoidi prenilati in natura; all’interno delle Urticales le famiglie delle 
Moraceae e delle Cannabinaceae sono le più importanti famiglie produttrici 
di questo tipo di flavonoidi. 
La presenza della catena isoprenoide in queste molecole conferisce 
importanti cambiamenti nell’attività biologica, dovuti soprattutto ad una 
maggiore affinità per le membrane biologiche e ad un’aumentata interazione 
con diverse proteine, come rivelato anche da studi SAR (structure-activity 
relationship).[4] 
La ricerca sui flavonoidi prenilati si è focalizzata negli anni sull’attività 
chemioterapica antitumorale di questi composti, che peraltro mostrano anche 
altri effetti, come ad esempio effetti antiproliferativi su cellule cancerose 
(cancro della mammella, del colon e dell’ovaio in vitro), [5], [6] ed in 
generale effetti inibitori ad ogni stadio della cancerogenesi, incluse le fasi di 
iniziazione, promozione e progressione, senza essere tossici per le cellule 
12 
sane alle concentrazioni terapeutiche. Questi effetti sono dovuti alla capacità 
dei flavonoidi prenilati di diminuire l’attività degli enzimi coinvolti nel 
metabolismo di xenobiotici come i farmaci ed i procarcinogeni. Gli enzimi 
più importanti sono quelli Cyt P450- dipendenti, responsabili delle reazioni 
di iniziazione nella carcinogenesi. 
Altri membri della famiglia dei flavonoidi prenilati sono potenti inibitori 
delle glicoproteine che inducono la resistenza a diversi farmaci (multidrug 
resistance proteins), principali responsabili dell’insuccesso delle 
chemioterapie anticancro, legandosi con alta affinità a questi trasportatori in 
modo da inibire l’espulsione del farmaco. 
L’attività antitumorale in generale non è comunque l’unica ad essere stata 
rilevata negli anni di studio su questi composti, attivissimi dal punto di vista 
farmacologico, tanto da essere stati testati sia come coadiuvanti nel 
metabolismo glucidico, per la loro somiglianza strutturale ai composti 
steroidei, sia come antifungini (ad esempio su vari ceppi di Candida sp.). 
L’introduzione di un gruppo prenile rende la molecola sufficientemente 
lipofila da poter superare la membrana cellulare del microrganismo. Il 
meccanismo d’azione sembrerebbe coinvolgere l’inibizione di alcuni enzimi 
microbici essenziali per la vita. 
Numerosi studi sui flavonoidi prenilati hanno portato inoltre alla scoperta 
di importanti attività antivirali, come ad esempio una forte attività anti-HIV 
mostrata da alcuni flavonoidi diprenilati nelle posizioni 6 ed 8 [7]. 
13 
1.4 FLAVANOLIGNANI 
1.4.1 Biogenesi della silibina 
Nella medicina tradizionale l’estratto totale di cardo (Silybum marianum), 
noto con il nome di Silimarina, veniva usato come coadiuvante nei disturbi 
epatici [8], soprattutto in caso di tossicità provocata da alcune sostanze come 
le tossine micotiche. 
Silibina (1) e (2), silidianina (3) e isosilibina (4) e (5) (figura 4) sono tra i 
composti più noti appartenenti alla classe dei flavanolignani, che derivano da 
una combinazione delle strutture dei flavonoidi e dei lignani grazie a processi 
di accoppiamento ossidativo tra un flavonoide ed un fenilpropanoide, che di 
solito è l’alcool coniferilico (7). Il meccanismo proposto per questa 
condensazione è rappresentato nello schema 1. La perdita di un elettrone del 
diidroflavonolo taxifolina (6) da’ origine ad un radicale libero che si combina 
con quello generato dall’alcool coniferilico (7). Questo porta ad un addotto 
che ciclizza, per attacco nucleofilo dell’ossidrile fenolico sul chinonemetide 
dell’unità coniferilico, per dare la silibina (1) e (2). L’isolamento di questo 
composto da S. marianum come miscela di due diastereoisomeri (1 e 2) è in 
accordo con la mancanza di stereospecificità nell’accoppiamento radicalico 
originale. Da S. marianum è stato isolato anche il regioisomero isosilibina, 
anch’esso come miscela di diastereoisomeri (4 e 5) (figura 4). 
14 
O H 
O H 
O 
( S ) 
( S ) O 
H O O O M e 
( R ) 
O 
( ) ( R ) 
H O O O M e 
( ) 
O 
( R ) 
O H 
( R ) 
O H 
O H O 
O H 
O H 
O H O 
S i l ib i na A 
Si l i b i n a B 
1 
2
 b 
Silidianina 
3 
O M e 
O M e 
O H 
O H 
O 
( R ) 
O 
( R ) 
H O O ( S ) 
( R ) O ( S ) 
H O O 
( R ) 
O 
( R ) 
O H 
O H 
( R ) 
O H 
O H O O H 
O H O 
I so s i l ib i na A 
Is o s i l i b in a B 
5
4
 b 
a 
Figura 4: flavanolignani 
15