Los carotenoides no solo ejercen funciones críticas para las plantas, sino que también son metabolitos clave para la nutrición y la salud humanas
Beatriz Riverón,
Bioquímico farmacéutica
INFORMACIÓN
Los carotenoides son un grupo de pigmentos naturales ampliamente distribuidos en la naturaleza. Dan a muchas plantas los colores rojo, naranja y amarillo brillantes, así como el aroma y el sabor. Constituyen uno de los grupos más representativos de metabolitos primarios especializados producidos por las plantas, algas y cianobacterias fotosintéticas, así como por varios hongos ejerciendo distintas funciones.
Se han identificado más de 1 000 carotenoides químicamente diferentes. Constituyen una subclase de metabolitos isoprenoides; todos consisten en una cadena de polieno con dobles enlaces conjugados y se pueden dividir en carotenos y xantofilas, careciendo los primeros y conteniendo los últimos, átomos de oxígeno en sus moléculas. Debido a estas estructuras específicas, los carotenoides producen colores.
En los cultivos hortícolas, las cantidades y composiciones totales varían ampliamente, tanto entre como dentro de la misma especie.
El color por la acumulación de pigmentos es un rasgo significativo de calidad esencial de frutas y hortalizas, importante para la comercialización de los productos.
Los carotenoides son esenciales para la supervivencia de las plantas ya que son responsables de la fotoprotección del aparato fotosintético eliminando los estados excitados de la clorofila (estados “triplete” y “singulete”) y las especies reactivas de oxígeno. Además, son pigmentos accesorios importantes en la captación de luz para la fotosíntesis. Absorben energía radiante en una región espectral en la que las clorofilas no pueden hacerlo (400–550 nm), lo que aumenta el intervalo de captación de luz.
Los carotenoides proporcionan metabolitos precursores para la biosíntesis de las fitohormonas como el ácido abscísico y las estrigolactonas, y para la formación de varias moléculas de señalización.
En los tejidos fotosintéticos, los carotenoides comprenden principalmente luteína, β-caroteno, zeaxantina y violaxantina, en orden descendente de abundancia.
En tejidos no fotosintéticos como frutas, raíces y flores, se acumulan como metabolitos especializados de diversa composición y contenido, proporcionando coloración, y al descomponerse, producen sustancias con aroma y sabor, con el objetivo principal de atraer insectos polinizadores y animales para la dispersión de semillas.
Aunque los carotenoides se pueden sintetizar en casi todos los plástidos, los cromoplastos y los cloroplastos son los principales tipos que los acumulan. En los cloroplastos, la concentración y composición de carotenoides son relativamente constantes para las funciones de captación de luz y fotoprotección.
Por el contrario, el contenido y la composición de carotenoides de los cromoplastos pueden variar mucho entre una especie y dentro de ella. La acumulación en estos organelos es responsable de los diversos tonos que se encuentran en muchas flores, frutas y verduras.
Los carotenoides no solo ejercen funciones críticas para las plantas, sino que también son metabolitos clave para la nutrición y la salud humana.
Carotenoides en la nutrición
Nutricionalmente, los carotenoides son los precursores de la biosíntesis de la vitamina A (retinol), un micronutriente esencial con muchas funciones extremadamente importantes que incluyen la visión, las respuestas inmunitarias y la reproducción. La deficiencia de vitamina A es una de las más dañinas del mundo y según Organización Mundial de la Salud, la afecta a unos 250 millones de niños en edad preescolar y a un gran número de mujeres embarazadas.
Estructura química del β-caroteno
No todos los carotenoides tienen actividad de provitamina A, y el potencial radica en sus estructuras químicas. Solo los que poseen anillo β como α-, β-, γ-caroteno y β-criptoxantina tienen actividad de provitamina A.
Entre ellos, el β-caroteno es el carotenoide provitamina A más potente porque cada molécula se divide en dos de retinol (vitamina A).
Estructura química de la vitamina A o retinol
Los carotenoides también son bioactivos. Como antioxidantes, el licopeno y el β-caroteno pueden reducir el riesgo de diversas enfermedades crónicas, incluidas las enfermedades cardiovasculares y el cáncer.
Además, la luteína y la zeaxantina ayudan a disminuir la aparición de enfermedades oculares maculares como las cataratas, y son importantes para el desarrollo cognitivo.
Contenido de carotenoides en frutas y hortalizas
Los cultivos alimentarios como una amplia gama de hortalizas y frutas son las principales fuentes de carotenoides. Por ejemplo, el tomate y la sandía son ricos en licopeno, que está asociado con la salud del corazón, la prevención del cáncer y la función cerebral. La zanahoria, la coliflor, el boniato y el melón almacenan abundantes carotenoides provitamina A.
Algunas verduras de hoja, como el brócoli, las coles de Bruselas, la col rizada y las espinacas, contienen grandes cantidades de luteína, β-caroteno y zeaxantina. Muchas otras frutas y verduras brindan una variedad mixta de compuestos provitamina A, así como otros carotenoides con beneficios nutricionales y para la salud.
Por sus funciones críticas para la nutrición y la calidad de las frutas y verduras, los carotenoides se han convertido en un importante tema de investigación. Durante los últimos años, el conocimiento sobre su acumulación y regulación en varios cultivos hortícolas ha aumentado considerablemente, en particular tras los avances tecnológicos y la disponibilidad de recursos.
Las tecnologías “ómicas” como la transcriptómica, la genómica, la proteómica y la metabolómica proporcionan herramientas para comprender mejor las complejas redes metabólicas de los carotenoides.
La secuenciación avanzada de genomas completos junto con análisis genéticos y moleculares proporciona nuevas estrategias para identificar rápidamente los loci o genes responsables de la acumulación de carotenoides. Con frecuencia, los polimorfismos naturales en genes clave afectan en gran medida su expresión y actividades, lo que puede explicar las variaciones en la acumulación de carotenoides entre una especie de cultivo en particular.
Una mayor comprensión de varios aspectos de la acumulación de carotenoides en cultivos hortícolas permitirá traducir el conocimiento y las herramientas moleculares para el enriquecimiento en cultivos básicos, con un amplio impacto en la mejora de la nutrición y la salud humanas.
Fuentes
Hermanns, A. S.; Zhou, X.; Xu, Q.; Tadmor, Y.; Li, L. (2020).
Carotenoid Pigment Accumulation in Horticultural Plants
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Russo , G, L.; Moccia , S.; Russo , M.; Spagnuolo, C. (2021).
Redox regulation by carotenoids: Evidence and conflicts for their application in cancer
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Imágenes
InformacionGastronomica.com – “desciende el consumo de frutas y hortalizas” Acceso el 18/05/2023.
pt.wikipedia.org/wiki/ Betacaroteno – Acceso el 18/05/2023.
Pt.wikipedia.org/wiki/ Vitamina A – Acceso el 18/05/2023.
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