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Biosíntesis de carotenoides

Los carotenoides son una clase de pigmentos naturales sintetizados por diversos organismos, entre ellos plantas , algas y bacterias fotosintéticas. Se caracterizan por sus vibrantes colores amarillo, naranja y rojo, que contribuyen significativamente a la coloración de frutas y verduras. Los carotenoides desempeñan papeles esenciales en la fotosíntesis y ofrecen diversos beneficios para la salud, como propiedades antioxidantes y servir como precursores de la vitamina A. [1]

Vía biosintética

La biosíntesis de carotenoides ocurre principalmente en los plástidos de las células vegetales, particularmente dentro de los cloroplastos y cromoplastos . La vía biosintética se inicia con la condensación de dos moléculas de pirofosfato de geranilgeranilo (GGPP), un precursor isoprenoide de 20 carbonos. Los pasos clave en esta vía son los siguientes:

  1. Formación de fitoeno : La enzima fitoeno sintasa (PSY) cataliza la condensación de dos moléculas de GGPP para producir fitoeno , un carotenoide incoloro. [2]
  2. Desaturación a licopeno : El fitoeno sufre una serie de reacciones de desaturación facilitadas por enzimas como la fitoeno desaturasa (PDS) y la ζ-caroteno isomerasa (Z-ISO), lo que da como resultado la formación de licopeno , un carotenoide rojo.
  3. Ciclización a carotenoides : el licopeno se cicla en varios carotenoides, incluidos el α-caroteno y el β-caroteno , a través de la acción de la licopeno ciclasa (LCY), que cataliza la ciclización en los extremos de la molécula de licopeno. [3]
  4. Modificaciones posteriores : Las modificaciones posteriores, como la hidroxilación y la oxidación, conducen a la formación de xantofilas (por ejemplo, luteína y zeaxantina ) y otros derivados.

Enzimas clave

Varias enzimas desempeñan funciones fundamentales en la vía biosintética de los carotenoides:

  1. Fitoeno sintetasa (PSY): cataliza el primer paso comprometido en la biosíntesis de carotenoides, convirtiendo GGPP en fitoeno. [4]
  2. Fitoeno desaturasa (PDS): introduce enlaces dobles en el fitoeno, facilitando su conversión en licopeno. [5]
  3. Licopeno ciclasa (LCY): Responsable de la ciclización del licopeno en α-caroteno o β-caroteno. [6]
  4. Hidroxilasas de carotenoides : enzimas como la luteína epóxido ciclasa (LUT) introducen grupos hidroxilo en los carotenoides, lo que conduce a la formación de xantofilas. [7]

Regulación

La regulación de la biosíntesis de carotenoides está influenciada por diversos factores, entre ellos:

Significado

En las plantas

Los carotenoides desempeñan funciones en los organismos fotosintéticos al:

En la salud humana

Los carotenoides, especialmente los carotenoides provitamina A como el β-caroteno , son esenciales para la salud humana. Entre sus beneficios se incluyen:

Referencias

  1. ^ "Carotenoide | Definición, descripción, funciones, ejemplos y datos | Britannica". www.britannica.com . Consultado el 20 de octubre de 2024 .
  2. ^ van der Hart, Onno (diciembre de 2012). "El uso de imágenes en el tratamiento de fase 1 de pacientes con trastornos disociativos complejos". Revista Europea de Psicotraumatología . 3 (1). doi :10.3402/ejpt.v3i0.8458. PMC 3402145 . PMID  22893843. 
  3. ^ Fraser, Paul D; Bramley, Peter M (1 de mayo de 2004). "La biosíntesis y los usos nutricionales de los carotenoides". Progreso en la investigación sobre lípidos . 43 (3): 228–265. doi :10.1016/j.plipres.2003.10.002. ISSN  0163-7827.
  4. ^ "Centro Nacional de Información Biotecnológica". www.ncbi.nlm.nih.gov . Consultado el 20 de octubre de 2024 .
  5. ^ Cunningham, FX y Gantt, E. (1998). Genes y enzimas de la biosíntesis de carotenoides en plantas. Revista anual de fisiología vegetal y biología molecular vegetal , 49(1), 557-583. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.49.1.557
  6. ^ Cunningham, FX y Gantt, E. (2001). ¿Un anillo o dos? Determinación del número de anillos en carotenoides mediante ε-ciclasas de licopeno. Actas de la Academia Nacional de Ciencias , 98(5), 2905-2910. https://doi.org/10.1073/pnas.051618398
  7. ^ Kim, J., Smith, JJ, Tian, ​​L. y DellaPenna, D. (2009). La evolución y la función de las hidroxilasas de carotenoides en Arabidopsis. The Plant Cell , 21(11), 3850-3863. https://doi.org/10.1105/tpc.109.069757
  8. ^ Toledo-Ortiz, G., Huq, E., y Rodríguez-Concepción, M. (2010). Regulación directa de la expresión del gen de la fitoeno sintasa y la biosíntesis de carotenoides por factores que interactúan con los fitocromos. Actas de la Academia Nacional de Ciencias , 107(25), 11626-11631. https://doi.org/10.1073/pnas.0914428107
  9. ^ Jiang, Y., Liang, G. y Yu, D. (2012). La expresión activada de WRKY57 confiere tolerancia a la sequía en Arabidopsis. Molecular Plant , 5(6), 1375-1388. https://doi.org/10.1093/mp/sss080
  10. ^ Havaux, M. (2014). Productos de oxidación de carotenoides como señales de estrés en plantas. The Plant Journal , 79(4), 597-606. https://doi.org/10.1111/tpj.12386
  11. ^ Sommer, A., y Vyas, KS (2012). Una visión clínica global sobre la deficiencia de vitamina A y su prevención. Nutrition , 28(10), 728-730. https://doi.org/10.1016/j.nut.2011.12.014
  12. ^ Chew, BP y Park, JS (2004). Acción de los carotenoides en la respuesta inmunitaria. The Journal of Nutrition , 134(1), 257S-261S. https://doi.org/10.1093/jn/134.1.257S
  13. ^ Stahl, W., y Sies, H. (2012). β-Caroteno y otros carotenoides en la protección contra la luz solar. The American Journal of Clinical Nutrition , 96(5), 1179S-1184S. https://doi.org/10.3945/ajcn.112.034819
  14. ^ Rao, AV y Rao, LG (2007). Carotenoides y salud humana. Investigación farmacológica , 55(3), 207-216. https://doi.org/10.1016/j.phrs.2007.01.012