Resumo
The present work is a revision on the ecological significance of the production of sesquiterpenes by the marine algae of the genus Laurencia (Ceramiales, Rhodophyta).
Laurencia; sesquiterpenes; review; marine natural products; Rhodophyta; ecology
Laurencia; sesquiterpenes; review; marine natural products; Rhodophyta; ecology
REVISÃO
Sesquiterpenos das algas marinhas Laurencia Lamouroux (Ceramiales, Rhodophyta) 1. Significado ecológico
Renato Crespo Pereira e Valéria Laneuville Teixeira
Departamento de Biologia Marinha - Instituto de Biologia - Universidade Federal Fluminense - CP 100 644 - 24010-970 - Niterói - RJ
Recebido em 13/1/98; aceito em 27/7/98
Sesquiterpenes of the marine algae Laurencia lamouroux (ceramiales, rhodophyta). 1. Ecological significance. The present work is a revision on the ecological significance of the production of sesquiterpenes by the marine algae of the genus Laurencia (Ceramiales, Rhodophyta).
Keywords:Laurencia; sesquiterpenes; review; marine natural products; Rhodophyta; ecology.
INTRODUÇÃO
As algas vermelhas (Rhodophyta) são reconhecidas como as maiores produtoras de substâncias halogenadas no meio marinho1,2. Dentre elas, o gênero Laurencia Lamouroux (Rhodomelaceae, Ceramiales) destaca-se como uma fonte fascinante de novos produtos naturais3. Amplamente distribuído em mares temperados-quentes e tropicais do mundo4, o gênero compreende mais de 130 espécies morfologicamente complexas, cujos limites de separação têm sido bastante confusos5,6 .
Os estudos sobre os constituintes químicos de Laurencia tiveram início em 1953, quando Obata & Fukuzi7 verificaram que o óleo essencial de L. glandulifera apresentava sesquiterpenos como componentes majoritários. A partir de 1965, Irie e colaboradores iniciaram estudos clássicos de isolamento, purificação e elucidação estrutural de diferentes substâncias de Laurencia8-16. Seguiram-se inúmeros outros trabalhos que resultaram, em última análise, no fato de Laurencia ser o gênero de alga marinha mais estudado até o momento2.
Atualmente, sabemos que diversas espécies de Laurencia são capazes de sintetizar diferentes classes de substâncias, como sesquiterpenos halogenados (1) ou não (2), diterpenos (3), triterpenos (4) e acetogeninas (5), totalizando mais de quinhentos metabólitos secundários17. Vários destes, representam tipos estruturais exclusivos, ainda não observados em outros organismos, contribuindo significativamente para o aumento do número de substâncias com esqueletos carbônicos novos e fornecendo subsídios para proposições sobre a biogênese de produtos naturais do mar.
As acetogeninas são frequentemente isoladas de espécies de Laurencia e de moluscos herbívoros18. A maioria destas substâncias pode ser derivada de isômeros de 6,7-diidroxipentadeca-3,9,12-trienino-1 (lauredióis) (e.g. 6)19 ou, em menor número, tendo como base um éter cíclico de oito carbonos (e.g. 7)18. Devido a grande variação estrutural que apresentam, aliada a ampla distribuição nas espécies de Laurencia, as acetogeninas parecem também promissoras, juntamente com os sesquiterpenos, como marcadores taxonômicos deste gênero.
Os diterpenos são representados por poucos tipos estruturais e um reduzido número de esqueletose.g.20. Do mesmo modo que os sesquiterpenos halogenados, a ciclização induzida pelo íon bromônio constitui um passo indispensável à formação dos diterpenos.
Dos triterpenos, os mais raros terpenos de Laurencia e do meio marinho, existem poucos exemplos conhecidos e.g. 21.
Os sesquiterpenos são mais abundantes e característicos de espécies de Laurencia3, seguidos pelas acetogeninas, diterpenos e triterpenos. Os sesquiterpenos serão objeto do presente trabalho.
Significados ecológicos dos sesquiterpenos de Laurencia
Os sesquiterpenos de Laurencia como potenciais marcadores de cadeias alimentares
Vários estudos de moluscos opistobrânquios herbívoros (Opistobranchia, Aplysidae) revelaram que estes animais concentram, em suas glândulas digestivas, metabólitos secundários de diferentes espécies de algas como Laurencia e Plocamium (Rhodophyceae), Dictyota (Phaeophyceae) e Lyngbya (Cyanophyceae). A exemplo do que foi avaliado para o gênero de alga parda Dictyota22, estes metabólitos podem contribuir para o conhecimento das dietas alimentares destes herbívoros, assim como esclarecer cadeias alimentares específicas tendo como base espécies de Laurencia. Além disso, a capacidade destes moluscos de consumirem algas quimicamente protegidas permite o armazenamento e utilização de substâncias ativas contra seus próprios predadores 23.
Dentre estes moluscos, algumas espécies do gênero Aplysia foram intensivamente investigadas, revelando a presença de metabólitos halogenados ou não (e.g. acetogeninas, monoterpenos, sesquiterpenos e diterpenos) resultantes de suas dietas alimentares a base de Laurencia18,24-26.
A Tabela 1 apresenta alguns dados da literatura sobre sesquiterpenos presentes em algumas espécies de moluscos e a potencial fonte alimentar.
A presença dos lauranos aplysina (8), desbromoaplysina (9) e aplysinol (10) em A. kurodai se constitui o primeiro relato conhecido e, ao mesmo tempo histórico, de sesquiterpenos halogenados encontrados em molusco26. Posteriormente, estas substâncias foram encontradas em diversas espécies de Laurencia, como L. decidua27, L. distichophylla28, L. johnstonii27, L. nidifica29,30, L. okamurai14,31-33 e L. pacifica34,35, potenciais fontes alimentares desta espécie de molusco.
A espécie cosmopolita de mares quentes, A. dactylomela, foi alvo de vários estudos que revelaram a presença de diversos sesquiterpenos halogenados possuindo diferentes tipos de esqueletos carbônicos, evidenciando uma dieta composta de algas vermelhas36. Foram isolados os friedosnyderanos dactyloxenos A (11), B (12) e C (13), os poitanos dactylenol (14) e o seu acetato correspondente (15) de A. dactylomela de Bimini, Bahamas37-39. Embora sejam produtos de rearranjo18, metabólitos com este tipo de esqueleto são conhecidos nas espécies L. caespitosa40, L. filiformis41, L. flexilis42, L. implicata43-44, L. obtusa36,45,46, L. palisada47 e L. snyderiae48 as quais são possíveis fontes alimentares deste molusco.
Os chamigranos isoméricos (16 e 17) foram isolados em espécimes coletados nas Ilhas Canárias49, e apresentam ligações duplas vinílicas exocíclicas contendo bromo, sendo esta uma característica presente em metabólitos encontrados em L. majuscula 50.
O acetato de isobtusol (18) é um outro exemplo de chamigrano conhecido na A. dactylomela39. O seu enantiômero elatol foi encontrado nas espécies L. elata, L. majuscula e L. obtusa 51.
Por último, o dibromotrienol (19), isolado desta espécie de molusco39, também encontra-se presente na presumível fonte alimentar L. majuscula52.
O deodactol (20), presente em A. dactylomela coletada em Bimini, Bahamas53, é bastante semelhante aos bisabolanos caespitol (21) e isocaespitol (22) conhecidos para L. caespitosa e L. obtusa41,54-57, possíveis fontes alimentares deste molusco. Um "forma" mais oxigenada de deodactol, o monoacetato do hidroxideodactol (23), assim como o isodeodactol (24) também foram isolados de A. dactylomela39,58 e presumivelmente proveniente da mesma fonte alimentar, ou seja, L. caespitosa.
Dentre os lauranos, foram encontrados em A. dactylomela de Okinawa, Japão59, o ciclolaureno (25), o ciclolaurenol (26), o acetato de ciclolaurenol (27), o cupalaurenol (28) e seu acetato correspondente (29). Embora estes metabólitos não sejam conhecidos nas espécies de Laurencia, este tipo de esqueleto encontra-se bem representado em espécies deste gênero, tais como L. caraibica60, L. decidua27, L. distichophylla28, L. filiformis61, L. glandulifera62, L. implicata63, L. intermedia16, L. intricata51, L. johnstonii27, L. nidifica29, L. nipponica64, L. okamurai32, L. pinnatifida65 e L. subopposita66.
Os laukalapuóis A (30) e B (31), representando o esqueleto tipo eudesmânico, foram encontrados em A. dactylomela do Sri Lanka67. Embora estes não tenham sido isolados de Laurencia, as espécies L. filiformis20, L. nidifica68 e L. nipponica69-71 apresentam substâncias bastante similares e são, naturalmente, fontes para obtenção de precursores destes laukalapuóis, via cadeia alimentar.
Os sesquiterpenos não halogenados, brasilenol (32), o seu acetato (33), assim como o epibrasilenol (34) foram encontrados em A. brasiliana coletada na costa texana72. Estes metabólitos são encontrados, por exemplo, em L. obtusa72 e L. implicata44.
Os eudesmanos halogenados brasudol (35) e isobrasudol (36) foram encontrados em espécimes de A. brasiliana coletadas na Flórida73. Estes metabólitos não foram ainda encontrados em Laurencia, porém, as espécies L. filiformis20, L. nidifica68 e L. nipponica70 apresentam sesquiterpenos bastante similares e devem ser fontes alimentares potenciais para esse molusco.
O primeiro exemplo conhecido de halogenado derivado do monociclofarnesol, o snyderano aplysistatina (37), foi isolado de A. angasi74 e, posteriormente encontrado em L. filiformis, L. flexilis42, L. implicata36 e L. palisada49 .
Em A. californica coletada em San Diego, Califórnia, foram encontrados os chamigranos halogenados johnstonol (38), pacifenol (39) e pacifidieno (40), os lauranos aplysina (8) e desbromoaplysina (9) e o ciclolaurano laurinterol (41).
As espécies L. johnstonii75, L. okamurai 15 e L. pacifica43 apresentam o johnstonol (38). O pacifenol (39) foi isolado nas espécies L. claviformis76, L. majuscula77,78, L. nidifica71,79,80, L. pacifica34,79 e L. tasmanica81. Por outro lado, pacifidieno (40) foi isolado somente em L. pacifica34,35. Dentre os lauranos, aplysina (24) foi encontrada em L. decidua27,82, L. johnstonii27, L. nidifica30, L. okamurai31,83 e L. pacifica29,34,35 e desbromoaplysina (25) em L. decidua27,51, L. distichophylla28, L. johnstonii27, L. nidifica29, L. okamurai15,31,32 e L. pacifica34,35.
Na glândula digestiva de A. californica coletado em San Diego, também foram encontrados diferentes sesquiterpenos halogenados com esqueleto chamigrano, como o epóxido de prepacifenol (42), o diol (43) e o epóxido (44)84 . Embora os autores não tenham detectado estas substâncias nas algas vermelhas da região de coleta deste molusco, as espécies L. johnstonii75, L. nidifica3, L. okamurai31 e L pacifica85 são potencialmente fontes alimentares para este herbívoro, pois apresentam o epóxido de prepacifenol (42). Por outro lado, o diol (43) nunca foi isolado de Laurencia, porém outros dióis bastante similares foram isolados das espécies L. nidifica86,87 e L. pacifica34,35 .
Na mesma espécie de molusco, foram também encontrados além de pacifenol (39) e johnstonol (38), o epóxido de prepacifenol (42)75. Este último ocorre nas espécies L. johnstonii75, L. nidifica 3, L. okamurai 31 e L. pacifica 85.
O pacifidieno (40), assim como outros chamigranos (45 e 46) encontrados em A. californica 75 podem ser artefatos formados na glândula digestiva do molusco86.
Ainda em A. californica, foi observado o chamigrano desoxiprepacifenol (44)84, também presente nas potenciais fontes alimentares L. nipponica86 e L. okamurai31.
Os exemplos apresentados demonstram a importância destes estudos para elucidação de cadeias alimentares do ambiente marinho, particularmente na relação alga/molusco Aplysidae. Além disso, se constitui premissa para realização de estudos mais abrangentes, considerando níveis tróficos superiores para conhecimento das teias alimentares nestes ambientes.
Sesquiterpenos de Laurencia usados como defesa contra herbívoros
As algas marinhas bentônicas produzem diversos metabólitos secundários (e.g. terpenóides e polifenóis) que minimizam a ação de herbívoros87-89. Por outro lado, várias substâncias também podem apresentar, simultaneamente, outras funções, tais como defesa frente a agentes patogênicos e organismos incrustantes e, deste modo, aumentam o valor adaptativo para as algas que as produzem90. Estas substâncias ocorrem em concentrações de 0,2 a 2% do peso seco das espécies91.
Há aproximadamente duas décadas, Fenical1 chamava a atenção das substâncias halogenadas presentes em algas vermelhas, pois além de participarem em processos metabólicos primários, poderiam se constituir mensageiros de um sistema exócrino, provendo vantagem adaptativa a estas algas. Os estudos realizados até o momento indicam que a maioria das substâncias isoladas de algas vermelhas que possuem atividade contra herbívoros são sesquiterpenos.
O laurano isolaurinterol (47), presente em diversas espécies subtropicais e tropicais de Laurencia e o chamigrano elatol (1), isolado de L. obtusa, porém, presente em diversas outras espécies deste gênero, mostram fortes efeitos defensivos frente a espécies de peixes e contra o ouriço Diadema antillarum92. O ciclolaurano aplysina (8) inibe peixes no Caribe91. Entretanto, o snyderano palisadina A (48) inibe apenas alguns peixes91. O ciclolaurano desbromolaurinterol (49), amplamente distribuído em Laurencia, diminui a herbivoria exercida pelo peixe Siganus doliatus91.
Estes exemplos, assim como poucos outros conhecidos na literatura88,92, revelam que metabólitos que diferem pouco em estrutura podem variar bastante em seus efeitos frente a herbívoros. No caso dos produtos halogenados de Laurencia, o elatol (1) se caracteriza como amplamente ativo, palisadina A (48) detém apenas alguns tipos de peixes e que aplysistatina (37) não apresenta efeito defensivo.
Perspectivas em Diversidade
Os dados apresentados na Tabela 1 revelam que a maioria (63%) dos sesquiterpenos encontrados em espécies de moluscos (gênero Aplysia) não foram observados em espécies de Laurencia. Dos 35 exemplos de sesquiterpenos citados, somente 13 (37%) ocorrem em espécies de Laurencia. Assim, estes dados levam a duas hipóteses prováveis: os sesquiterpenos de Laurencia constituem fontes primárias para a produção de derivados por espécies de Aplysia, ou os sesquiterpenos encontrados nos moluscos ocorrem em pequenas concentrações e ainda não foram encontrados nas espécies de Laurencia.
Moluscos dos gêneros Aplysia e Dolabella também apresentam diterpenos com esqueletos típicos de algas pardas da família Dictyotaceae22. Entretanto, a grande maioria dos produtos isolados destes moluscos não foi ainda obtida destas algas, sugerindo possíveis modificações estruturais promovidas pelo metabolismo dos herbívoros. Além disso, os carotenóides isolados de animais marinhos parecem ser resultantes de absorção seletiva e transformações metabólicas realizadas ao longo de cadeias alimentares94.
Estes dois exemplos sugerem que a primeira hipótese ser verdadeira. Assim, considerando-se a hipótese da passagem de sesquiterpenos de Laurencia através do trato digestivo de espécies de Aplysia ser um multiplicador importante de diversidade química em ecossistemas marinhos, algumas considerações tornam-se pertinentes quanto a importância de sesquiterpenos de Laurencia para a diversidade química em ambientes marinhos.
Recentemente, a importância dos metabólitos secundários foi demonstrada na promoção e manutenção da biodiversidade marinha aos níveis genéticos e de estrutura de comunidades93, através de diversas relações biológicas mediadas quimicamente.
Vários trabalhos demonstraram a capacidade de metabólitos secundários de algas bentônicas atuarem como defesa contra herbívoros87, incluindo alguns sesquiterpenos de Laurencia mencionados previamente. Entretanto, alguns herbívoros mais especializados protegem-se de predadores vivendo associados à algas produtoras de defesas, contribuindo para a manutenção da biodiversidade87.
Se considerarmos que cada passo numa cadeia alimentar pode significar o aumento da diversidade química, a relação de algas produtoras de defesas com herbívoros especializados pode ser extremamente importante para o aumento ou a manutenção da diversidade química em sistemas marinhos.
A multiplicação da diversidade química torna-se ainda de maior relevância se considerarmos que espécies de Laurencia são as mais ricas fontes de produtos naturais marinhos93 e estão associadas aos moluscos herbívoros do gênero Aplysia. Portanto, o entendimento dos efeitos multiplicadores e promotores de diversidade química, assim como o conhecimento da variabilidade espacial na produção de metabólitos secundários são aspectos relevantes para serem considerados nas tomadas de decisão sobre iniciativas e políticas de preservação ambiental. Por outro lado, torna-se extremamente relevante termos em mente que a forma é somente uma parte da expressão fenotípica de uma espécie95, ou seja, temos que saber de que forma a diversidade química se expressa na constituição da biodiversidade de espécies.
Apesar do considerável progresso da ecologia química marinha de interação alga-herbívoro nos últimos anos88, muito pouco foi feito com as inúmeras substâncias conhecidas para Laurencia.
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Datas de Publicação
-
Publicação nesta coleção
03 Maio 2000 -
Data do Fascículo
Jun 1999
Histórico
-
Aceito
27 Jul 1998 -
Recebido
13 Jan 1998
