La astaxantina y su bios雲ntesis - UAM-I

La astaxantina y su bios¶³ntesis
Ma r g a r it a S a la z a r Go n z a¶ le z
D e p t o . d e B io t e c n o lo g ¶ ³a . U A M-I. A p d o . P . 5 5 -5 3 5 .M¶e xic o .D . F. 0 9 3 4 0 .
Introducci¶
on
Los carotenoides son tetraterpenos de 40 carbonos,
que se encuentran como pigmentos fotosint¶eticos o
complejos prote¶³nicos en plantas superiores y bacterias fototr¶o¯cas, incluyendo cianobacterias. Actualmente se han aislado m¶as de 400 tipos en plantas, animales y hongos. En el caso de las plantas, el
principal inter¶es est¶a dado por la funci¶on que desempe~
nan en la c¶elula, como es el caso de la s¶³ntesis de
astaxantina en las microalgas, la cual se sintetiza como una funci¶on de fotoprotecci¶on del aparato fotosint¶etico bajo diferentes condiciones de stress (Borowitzka et al., 1991; Boussiba y Vonshak,1991; Kobayashi et al., 1997).
Qu¶³mica de la astaxantina
La astaxantina libre es una xanto¯la roja de tipo carotenoide, su nombre se deriva del g¶enero del cangrejo Astacus astacus, qu¶³micamente se le conoce como
3,3'dihidroxi-¯, ¯ caroteno-4,4'diona, la cual es una
mol¶ecula que presenta 40 carbonos (C40 H52 O4 ), con¯gurada con dos funciones alcohol y dos cetonas (Figura l). En la naturaleza, puede existir bajo cuatro
con¯guraciones debido al arreglo asim¶etrico de los
carbonos 3 y 3'; en el reino vegetal, frecuentemente
se presentan los is¶
omeros 3S y 3S', esta mol¶ecula posee un peso molecular de 596.9 daltons, con un punto de fusi¶
on de 224 ± C. (Renstrom et al., 1981). Este carotenoide es altamente soluble en diclorometano, cloroformo, acetona y dimetilsulf¶
oxido a concentraciones de 30100.2 y 0.5 gl¡1 , respectivamente. Su coe¯ciente de extinci¶
on es de 2200 a 480 nm
(Goodwin, 1965).
Existen dos grandes grupos de carotenoides: los carotenos y las xanto¯las, los primeros son hidrocarburos y se encuentran representados en forma minoritaria, en cambio las xanto¯las contienen al menos un ¶
atomo de ox¶³geno en sus mol¶eculas y representan la gran mayor¶³a de los carotenoides.
La forma libre puede estar esteri¯cada por ¶acidos
grasos, formando mono¶esteres y di¶esteres de astaxantina, o bien puede estar asociada a una prote¶³na, la carotenoprote¶³na, modi¯cando su coloraci¶
on roja, como por ejemplo en la crustace¶³na de los
crust¶
aceos, la cual adquiere un color verde, azul o
gris. La astaxantina tambi¶en puede dar origen a la
formaci¶
on de hidrocarburos como consecuencia de la
p¶erdida de las funciones oxigenadas y llegar a generar mol¶eculas estables, que se han encontrado en sedimentos f¶
osiles.
El carotenoide astaxantina presenta un gran inter¶es
cient¶³¯co y comercial, ya que es una mol¶ecula activa de origen natural de alto valor agregado, que tiene grandes perspectivas de aplicaci¶on, en la industria farmac¶eutica como marcador en el seguimiento de c¶elulas, como agente antioxidante y antitumoral; en la industria de cosm¶eticos como colorante en
diversos aspectos y antioxidante; en la industria alimenticia como suplemento y complemento en la coloraci¶
on directa e indirecta de diversos productos, como en la dieta de las aves de corral con la ¯nalidad de
incrementar la coloraci¶on en la yema del huevo; en la
acuacultura como fuente de pigmentaci¶on en la dieta de crust¶
aceos (camar¶on, langosta), de peces en la
¯jaci¶
on del colorante en el m¶
usculo de la trucha arcoiris y principalmente del salm¶on, dependiendo de
la etapa de desarrollo del pez, as¶³ como del estado de maduraci¶on sexual y de la forma libre o esteri¯cada del pigmento, lo que incrementa el valor comercial de los productos a trav¶es de la bioacumulaci¶
on y metabolismo de las diferentes formas de astaxantina en los m¶
usculos, piel y exoesqueleto (Borowitzka, 1988; Boussiba, 1992; Quinio, 1993; Fan et
al., 1994).
S¶³ntesis (v¶³a de bios¶³ntesis-meval¶
onica)
Los carotenoides son sintetizados a partir de la v¶³a
de los terpenoides o isoprenoides, la cual es tambi¶en utilizada para la bios¶³ntesis de una amplia variedad de compuestos importantes. Todos los isoprenoides van a ser sintetizados a partir de una unidad isopreno de 5 carbonos. Los precursores isoprenoides, especialmente el ¶
acido meval¶
onico (MVA)
e isopentenil difosfato, tienen que ser transportados al cloroplasto o bien sintetizados en su interior
(Kleinig, 1989). En otros trabajos se ha reportado al cloroplasto como un organelo aut¶
onomo, capaz de biosintetizar carotenoides a partir del CO2 ,
v¶³a la acetil-coenzima A (Co A) y ¶
acido meval¶onico,
lo que se ha llamado v¶³a meval¶
onica (Grumbach y
Bach, 1979). De tal manera, que las enzimas es61
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F ig ura 1 . F ¶o rmula de sa rro lla da de la a sta x a ntina (Y o ung y Britto n, 1 9 9 3 ).
pec¶³¯cas para la bios¶³ntesis de carotenoides est¶
an codi¯cadas en el n¶
ucleo y son sintetizadas en los ribosomas citopl¶
asmicos, siendo transportadas posteriormente hacia los cloroplastos.
La astaxantina como los otros carotenoides, son un
producto de la v¶³a meval¶onica, a trav¶es del acetato proveniente de la fotos¶³ntesis y de la respiraci¶
on.
A esta v¶³a se le conoce como la v¶³a de los terpenos, la cual a partir del acetato forma ¶acido meval¶
onico, dando origen al pol¶³mero isopentenil difosfato de 5 carbonos, al geranil difosfato (C10 ), formando monoterpenos (C10 ) y triterpenos (C30 ); al
farnesil difosfato (C15 ), el cual da origen al escualeno y sesquiterpenos (C15 ), ¯nalmente se forma el
geranil-geranil difosfato, originando por un lado los
diterpenos (C20 ), los ¯toles y la cloro¯la; por otro lado compuestos de cadena larga como los poliprenoles, la ubiquinona y plastiquinona y por u
¶ltimo al
¯toeno incoloro. Este por reacciones de desaturaci¶
on origina el licopeno, (el carotenoide rojo del jitomate), la doble ciclizaci¶on del licopeno da origen
al ¯-caroteno (coloraci¶on amarillo-naranja de la zanahoria) y a la formaci¶on de dos n¶
ucleos de ¯-ionona.
La oxigenaci¶
on del ¯-caroteno, con¯ere la coloraci¶
on
naranja de la cantaxantina, posteriormente la hidroxilaci¶
on de ¶esta, dar¶a la formaci¶on de xanto¯las
y los diversos pigmentos carotenoides: ¯-caroteno,
lute¶³na, zeaxantina, equinenona, cantaxantina y ¯nalmente astaxantina (Goodwin, 1980; Goodwin,
1984; Young and Britton, 1993; Margalith, 1999),
(Figura 2, p¶
ag. 63).
Es importante mencionar que esta v¶³a de bios¶³ntesis,
conduce a la formaci¶on de feromonas (mono, sesqui
y algunos terpenos), de ¯tohormonas como el ¶
acido
abs¶³cico (sesquiterpenos) o giberelinas (diterpenos)
y algunos triterpenos que se utilizan biol¶ogicamente
como simuladores o inhibidores del crecimiento en ¯siolog¶³a vegetal. Tambi¶en puede conducir a la formaci¶
on de esteroles, deriv¶andose de aqu¶³ la importancia en la formaci¶on de hormonas animales. Por otra
parte, es importante remarcar que a partir del ¯caroteno, cualquier pigmento carotenoide puede dar
origen a la formaci¶
on de la vitamina A, a partir de
la cual se van a sintetizar los precursores de los retinoles importantes en la visi¶
on.
La importancia de este estudio, se basa en el inter¶es del conocimiento b¶
asico, de la qu¶³mica y de
la bios¶³ntesis del pigmento carotenoide astaxantina, la cual radica en la excelente alternativa de producci¶
on de pigmentos de alto valor agregado de origen natural que representa, ya que es una mol¶ecula
que tiene diferentes aplicaciones de gran importancia cient¶³¯co-econ¶
omica a escala industrial; aunado a la gran demanda de pigmentos a nivel mundial por parte de Ho®man-La Roche de 20 toneladas anuales.
Literatura citada
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La astaxantina y su bios¶³ntesis. Margarita Salazar Gonz¶
alez.
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London. 498 pp.
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