Los compuestos fenólicos como antioxidantes naturales para superar situaciones de estrés abiótico

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1 44 TERRALIA Los compuestos fenólicos como antioxidantes naturales para superar situaciones de estrés abiótico Figura 1. Estructura química del fenol Entrevista a Amaya Jordá Sierra Amaya Jordá Sierra, es Ingeniera Técnica Agrícola especializada en dirección y marketing de empresas agroalimentarias por la Universidad Politécnica de Valencia. Se integra en abril de 2010 en Grupo Agrotecnología (Iberfol S.L.) como Directora del Departamento de Comunicación y Marketing. Grupo Agrotecnología es una empresa de agrobiotecnología dedicada desde hace 20 años a la investigación, desarrollo, fabricación y comercialización de productos para la protección y la nutrición de cultivos agrícolas respetuosos con el medio ambiente. Actualmente, sus productos se comercializan en más de 25 países a través de su sede central en Orihuela (Alicante) y sus filiales productivas en México y Chile. Grupo Agrotecnología se integró en AEFA en el año 2004 y actualmente su Director General, Enrique Riquelme Terrés, tiene el cargo de Secretario en la Asociación.

2 46 TERRALIA lignina y taninos. Glicósicos: saponinas, glicósidos y glucosinolatos. Alcaloides. Qué son los compuestos fenólicos? Los fenoles o compuestos fenólicos son compuestos orgánicos cuyas estructuras moleculares contienen al menos un grupo fenol, un anillo aromático unido al menos a un grupo funcional hidroxilo (figura 1). Desde el punto de vista de la estructura química, son un grupo muy diverso que comprende desde moléculas sencillas como los ácidos fenólicos hasta polímeros complejos como los taninos y la lignina. En el grupo también se encuentran pigmentos flavonoides. Muchos de estos productos están implicados en las interacciones plantaherbívoro. Los compuestos fenólicos de las plantas son biosintetizados en diferentes rutas, existen dos básicas implicadas: la ruta del ácido siquímico es responsable de la biosíntesis de la mayoría de fenoles en las plantas, y la vía del ácido malónico que aunque es una fuente importante de fenoles en hongos y bacterias, es poco empleada en plantas superiores. De dónde provienen los compuestos fenólicos en las plantas? Las plantas destinan una cantidad significativa del carbono asimilado y de la energía, a la síntesis de una amplia variedad de moléculas orgánicas que no tienen una función directa en procesos fotosintéticos, respiratorios, asimilación de nutrientes, transporte de solutos o síntesis de proteínas, carbohidratos o lípidos, y que se denominan metabolitos secundarios. Los metabolitos secundarios además presentan una distribución restringida en el reino vegetal, es decir, no todos los metabolitos secundarios se encuentran en todos los grupos de plantas. Se sintetizan en pequeñas cantidades y no de forma generalizada, estando a menudo su producción restringida a un determinado género de plantas, a una familia, o incluso a algunas especies. Los metabolitos secundarios se agrupan en cuatro clases principales: Terpenos: Entre los que se encuentran hormonas, pigmentos o aceites esenciales. Compuestos fenólicos: cumarinas, flavonoides, Cuáles son los principales fenoles naturales para su uso en la industria de los bioestimulantes? Entre los principales compuestos fenólicos naturales se encuentran los taninos y los flavonoides. Los taninos son substancias complejas que no es posible clasificar dentro de una estructura química única. Son sustancias polifenólicas hidrosolubles no nitrogenadas, de origen vegetal, de peso molecular entre 500 y 3000, que además de dar las reacciones clásicas de los fenoles, precipitan gelatina, sales de alcaloides y metales pesados. Los hay hidrolizables y condensados. El tanino se encuentra principalmente en las raíces, la corteza, y de vez en cuando en las hojas de la planta. Se encuentran especialmente en las familias de las ericáceas, leguminosas, rosáceas y salicáceas. Los flavonoides son los pigmentos amarillos derivados de la fenil-benzo γ pirona o fenil cromona. Son una familia muy diversa de compuestos, aunque todos los productos finales se caracterizan por ser polifenólicos y solubles en agua. Existen seis clases principales, las chalconas, las flavonas, los flavonoles, los flavanoles, las antocianidinas, y los taninos condensados, y otras dos más, las xantonas y las auronas. Para los vegetales, estos compuestos son importantes pues, además de ser responsables de las coloraciones de muchas flores, frutos y hojas y por ello intervienen en la polinización atrayendo a los insectos, participan en la vida del vegetal ejerciendo importantes funciones como por ejemplo protegerle de los efectos nocivos de la radiación UV y ejercer una eficaz actividad antioxidante. Dentro de este grupo de flavonoides es necesario mencionar especialmente el grupo de los

3 48 TERRALIA EQUILIBRIO REDOX DE LOS FENOLES Figura 2. Equilibrio redox producido en los compuestos fenólicos antocianósidos, pigmentos rojos y azules de las flores, que tienen características especiales, muy solubles en agua. Los flavonoides contienen en su estructura química un número variable de grupos hidroxilo fenólicos y excelentes propiedades de quelación de hierro y otros metales de transición, lo que les confiere una gran capacidad antioxidante. Cuáles son las características y funciones generales de los fenoles? Los fenoles suelen ser ácidos y pueden formar puentes de hidrógeno. Algunos fenoles son solubles en solventes orgánicos, otros son glucósidos o ácidos carboxílicos y por lo tanto solubles en agua, y otros son polímeros muy grandes e insolubles en agua. Pueden establecer interacciones con grupos peptídicos (taninos). Los fenoles del grupo catecol pueden quelar metales. Una de sus características más destacables es que son muy susceptibles a la oxidación, por lo que actúan como antioxidantes naturales. Respecto a sus funciones pueden ejercer una función estructural como el caso de la lignina y suberina. Actúan como protectores frente a las radicaciones ultravioleta y forman los pigmentos naturales de las plantas (p.ej., antocianinas, flavonas y flavonoles). Intervienen como reguladores de interacciones planta-microorganismos (p.ej., Rizobios, Agrobacterium). También están implicados en procesos defensivos de las plantas como es el caso de los taninos o las furanocumarinas (isoflavonoides). Otros compuestos fenólicos tienen efectos alelopáticos (p.ej., ácido cafeico, ácido ferúlico) y de atracción de polinizadores. Algunos fenoles también juegan un importante papel en la tolerancia al estrés. Cómo es el efecto antioxidante de los fenoles? Los fenoles son muy susceptibles a la oxidación, por lo tanto tienen un carácter marcadamente antioxidante, ya que experimentarán la oxidación antes que otras especies susceptibles de ser oxidadas y en consecuencia las protegerán frente a esos ataques oxidantes (p.ej., luz, radicales libres, químicas, etc.). Por otra parte, las estructuras fenólicas complejas tienen la capacidad de recuperar su estado reducido mediante un equilibrio redox muy favorecido por las interacciones de otros grupos funcionales de sus estructuras químicas con distintos metabolitos presentes en el medio. Con lo cual una vez oxidadas van a recuperar su hidroxilo recuperando su capacidad antioxidante, evitando nuevamente la oxidación de otros elementos de interés del medio (p.ej., proteínas, nutrientes, azúcares, etc.), tal como se muestra en la figura 2. Cómo se relaciona la función antioxidante de los fenoles con la mejora del estrés abiótico? Hay fenoles que actúan a nivel fisiológico dentro de la planta ejerciendo una función de señalización celular en condiciones de estrés abiótico. Algunos fenoles actúan como agentes estabilizadores de membranas celulares, interactuando con fosfolípidos asimétricos y formando complejos con componentes específicos de membrana, de esta forma ayudan a mantener el grado de fluidez.

4 50 TERRALIA COMPUESTOS FENÓLICOS Y ESTRÉS ABIÓTICO Algunos fenoles también juegan un importante papel en la tolerancia al estrés. En plantas resistentes a la sequía se produce un aumento neto de los niveles, mientras que en plantas sensibles, se produce un aumento inicial seguido de una pérdida neta. Estos antioxidantes actúan conjuntamente reduciendo los niveles de especies reactivas del oxígeno (ROS) en los cloroplastos, contribuyendo así a mantener un estado adecuado y a mantener la estructura y función de las membranas tilacoidales. Numerosos tipos de estrés conducen a un aumento de los niveles ROS, como la sequía, la salinidad, el exceso de luz o las bajas temperaturas, entre otros, alternando el equilibrio redox de los cloroplastos además de la posibilidad de causar daños en macromoléculas tales como lípidos, proteínas o ácidos nucleídos, que pueden conducir a la muerte celular en último lugar. Para evitar esto el conjunto de antioxidantes se coordina para detoxificar la ROS. De hecho, hay estudios que sugieren que el ácido abcísico (ABA), regulador del metabolismo implicado en la respuesta de las plantas a diferentes tipos de estrés, como la salinidad o el déficit hídrico, que actúa regulando el cierre estomático y la síntesis de proteínas implicadas en el estrés, ayudando a superar los períodos de déficit hídrico, tiene un papel en la regulación de los niveles de ciertos fenoles en condiciones de estrés. En la figura 3 se presentan algunos compuestos fenólicos y su relación con reacciones de estrés abiótico. Figura 3. Compuestos fenólicos y su relación con estrés abiótico Cómo se controla la calidad? Hay métodos para detectar los fenoles de un compuesto? Se puede medir la capacidad antioxidante de un fenol? La capacidad antioxidante de un compuesto polifénolico es difícil de evaluar cuantitativamente, pues depende en gran medida de los equilibrios bioquímicos que regulan su actividad redox y estos se ven afectados por los metabolitos que las plantas liberan en condiciones de estrés, otras sustancias presentes en el medio que actúen como potenciadores o inhibidores de la acción antioxidante, y también por los distintos tipos de ataque (p.ej., radicales libres, luz, contaminantes químicos, etc.) que experimente la planta. En general, el poder antioxidante de cualquier sustancia sí que se puede aproximar desde un punto de vista cuantitativo recurriendo a la química básica de esa especie antioxidante. Se hace midiendo su potencial de reducción, expresado en voltios. Cuanto más negativo es ese potencial de reducción, más antioxidante es una sustancia. Existen tablas que nos permiten comparar por tanto el poder antioxidante de unos fenoles frente a otros desde un punto de vista exclusivamente químico. Lo cierto es que en la práctica un polifenol puede ser mejor que otro para un cultivo determinado, expuesto a un tipo de agresión concreta, y no funcionar tan bien en otro cultivo con un diferente tipo de estrés.

5 52 TERRALIA La calidad de un extracto se determina en base a la medición de distintos parámetros físico-químicos que denominamos especificaciones del producto. Estos van desde su aspecto (p.ej., color, olor, etc.), ph y densidad a sus riquezas químicas en distintas especies. Existe una reglamentación para estos productos? Estos productos entrarían dentro del futuro Reglamento Europeo de Fertilizantes y Bioestimulantes. La Definición actual de los productos que actúan sobre los procesos biológicos (productos bioestimulantes) es: Sustancia en un producto fertilizante que, con independencia de su contenido en nutrientes estimula los procesos biológicos de la planta mejorando la eficiencia de la planta en el uso de nutrientes, su tolerancia al estrés abiótico o la calidad de la cosecha. Un compuesto fenólico es una sustancia que puede formar parte de un producto bioestimulante. Se pueden integrar dentro de la agricultura ecológica? En el Reglamento 834/2007, sobre producción y etiquetado ecológico así como el Reglamento 889/2008, por el que se establecen disposiciones de aplicación del Reglamento 834/2007, y sus posteriores modificaciones, se contemplan los productos y subproductos de origen vegetal, como sustancias aptas para su uso en Agricultura Ecológica. Por ejemplo, los extractos vegetales tales como el de cola de caballo (Equisetum arvense), el de ortiga (Urtica dioica) o el de mimosa (Mimosa púdica y/o Mimosa spegazzinii), son ricos en compuestos polifenólicos (aunque también en otros principios activos como los alcaloides) y es muy extendido su uso en Agricultura Ecológica, como productos bioestimulantes. Se cree que gran parte del efecto de los extractos de plantas se produce por un fortalecimiento estructural de la planta incrementando su resistencia y estimulando un desarrollo vigoroso (1998, N. Lampkin). Las empresas de AEFA logran estar en esta vanguardia ofreciendo nuevos productos Bioestimulantes? Por supuesto que sí!, Las empresas que conforman AEFA son empresas innovadoras y respaldadas por profesionales altamente cualificados, y además, se apoyan mediante colaboraciones de investigación con prestigiosas universidades y entidades públicas y privadas. Las empresas que forman AEFA tienen en su cartera de productos los bioestimulantes más efectivos del mercado y atesoran el conocimiento necesario para seguir desarrollándolos. La fisiología vegetal supone hoy en día la herramienta más importante de la que disponemos y la más desconocida. Conocer el funcionamiento de los órganos y tejidos vegetales de las plantas, así como el estudio de los procesos físicos y químicos, que ocurren en las plantas durante la realización de sus funciones vitales, examinar los mecanismos internos para procesos de síntesis y su integración, analizar interacciones de plantas con otros organismos influyentes en su desarrollo y la influencia de factores del medio es clave para encontrar nuevos productos y soluciones para la agricultura profesional. Sin duda la vanguardia de los productos nutricionales del futuro está en manos de la creación de productos que sepan intervenir en estos procesos naturales fisiológicos de las plantas. Las empresas que conforman AEFA lo sabemos y, por eso, repetidamente lanzamos al mercado productos innovadores que den respuesta a los problemas con los que se encuentra el productor. Además de una manera natural y sostenible. Todo un reto el que tenemos en nuestras manos y del que, con toda fe, vamos a salir reforzados. Bibliografía L. Taiz y E. Zeiger (2006). Fisiología vegetal. Ed.Publicacions de la Universitat Jaume I. Ávalos y E. Pérez-Urria (2009). Metabolismo secundario de las plantas. Departamento de Biología Vegetal I (Fisiología Vegetal). Facultad de Biología. Universidad Complutense de Madrid. Nicolas Lampkin (1998). Agricultura Ecológica. Ed. Ediciones Mundi-Prensa. Juana Labrador (2006). Conocimientos, técnicas y productos para la agricultura y la ganadería ecológica. Ed. Juana Labrador Sociedad Española de Agricultura Ecológica (SEAE). Agarwal PK, Jha B (2010) Trasncription factors in plants an ABA dependent and independent abiotic stress signaling. Biol Plant 54 Apel K, Hirt H (2004) Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress and signal transduction. Annu Rev Plan Biol 55 Buchanana, B.B; Gruissen, W. y Jones, R Biochemistry and molecular Biology of Plants. American Society of Plant Physiologist. Rockville, Merylan Willians, C.A. y Graver, R.J Anthocyanins and other flavonoids. Natural Products Reports 21 Para más información: