Descubre cómo los fenoles ayudan a las plantas a adaptarse al cambio climático y cómo su poder antioxidante inspira tratamientos bioecológicos de nueva generación

Por Víctor Bataller

A fecha de hoy nadie duda de que el cambio climático es una realidad aplastante que estamos experimentando en todo el planeta y cuando digo “nadie” me refiero incluso a los que en público no lo reconocen porque estoy seguro que en su fuero interno lo tienen más claro que nosotros. Tengamos la convicción de que, antes que nosotros, lo han estado constatando las plantas y animales ya que sus ecosistemas dependen de un equilibrio que al alterarse hace que la vida de todos los seres vivos que lo constituyen se vea alterada notablemente. Gracias a la sabiduría natural de las plantas, su metabolismo se va adaptando a los nuevos cambios medioambientales sintetizando una serie de sustancias que le ayudan a superar estas nuevas circunstancias limitantes.

Dentro de todas las sustancias orgánicas fabricadas por las plantas se encuentra un grupo muy amplio de compuestos englobados en un grupo conocido como los metabolitos secundarios. Son moléculas orgánicas fabricadas por las plantas que no tienen una función directa en ninguno de sus procesos metabólicos fundamentales como la fotosíntesis, la respiración, los procesos de asimilación y transporte de nutrientes en su interior o la síntesis autótrofa de sustancias esenciales para la vida como proteínas, carbohidratos o lípidos.

Los metabolitos secundarios se reparten por el reino vegetal des una forma más o menos específica, ya que no todos los metabolitos secundarios se encuentran en todos los grupos de plantas. De hecho, la formación de metabolitos secundarios se encuentra restringida a un determinado género de plantas, a una familia o, incluso, a algunas especies. Se sintetizan en pequeñas cantidades de forma no generalizada a partir de una cantidad significativa del carbono presente en la materia orgánica y de la energía obtenida gracias a procesos energéticos como la fotosíntesis.

Los metabolitos secundarios se clasifican principalmente en cuatro grandes grupos:

Terpenos: es un isómero del ácido mevalónico que a su vez proviene de la acetil coenzima A. En algunas referencias bibliográficas aparece como isómero del isopreno (un hidrocarburo de cinco carbonos) aunque nosotros nos decantamos más por la primera opción. En las plantas cumplen funciones de pigmentación (como los carotenoides), forman parte de la clorofila, de hormonas como la giberelina o el ácido abscísico, participan en procesos metabólicos como la isoprenilación (fijación de algunas proteínas hidrofóbicas a las membranas celulares) y son precursores de la formación de otras sustancias como los esteroides y los esteroles.

 Glucósidos: como las saponinas o los glucosinolatos. Son sustancias formadas por un glúcido o monosacárido y un compuesto no glúcido. Poseen una infinidad de funciones metabólicas y son una importante reserva nutricional.

Alcaloides: son metabolitos secundarios sintetizados por las plantas a partir de aminoácidos y que son solubles en agua a pH ácido y en solventes orgánicos a pH alcalino. La mayoría poseen una gran acción psicoactiva en los animales incluso a bajas dosis por lo que se emplean en la medicina para tratar problemas psiquiátricos y analgésicos (la morfina, la atropina,  la quinina, la cafeína, la estricnina, etc.).

Pero en el artículo de hoy nos centraremos en el cuarto grupo, los compuestos fenólicos que son compuestos orgánicos cuyas estructuras moleculares contienen al menos un grupo fenol, que es un anillo aromático unido al menos a un grupo funcional hidroxilo. Es un grupo de compuestos muy diverso y amplio que comprende desde moléculas sencillas como los ácidos fenólicos hasta polímeros mucho más complejos como los taninos, la lignina o los pigmentos flavonoides.

Los taninos son sustancias complejas que no se pueden clasificar dentro de una estructura química concreta. En líneas generales se pueden describir como sustancias polifenólicas hidrosolubles no nitrogenadas, de origen vegetal, de peso molecular entre 500 y 3.000 y que además de dar las reacciones clásicas de los fenoles, precipitan gelatina, sales de alcaloides y metales pesados. Se pueden clasificar en hidrolizables o condensadas y se encuentra principalmente en las raíces, la corteza y en algunos casos en las hojas de algunas planta. Se encuentran especialmente en las familias de las ericáceas, leguminosas, rosáceas y salicáceas.

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Los flavonoides son pigmentos amarillos y son también una familia muy diversa de compuestos aunque todos los productos finales se caracterizan por ser polifenólicos y solubles en agua. Existen ocho clases: las chalconas, las flavonas, los flavonoles, los flavanoles, los antocianidinas, los taninos condensados, las xantonas y las auronas. Dentro de estos grupos se puede destacar los antocianósidos, que son los pigmentos rojos y azules de las flores que tienen características muy concretas y son muy solubles en agua.

Para los vegetales estos compuestos son muy importantes debido a las funciones que cumplen destacando principalmente las siguientes:

  • Son los responsables de las coloraciones de muchas flores, frutos y hojas (brácteas), que sirven para atraer a los insectos polinizadores.
  • Protege a las plantas de los efectos nocivos de las radiaciones ultravioletas.
  • Ejercen una eficaz actividad antioxidante y contienen en su estructura química un número variable de grupos hidroxilo fenólicos, lo que le confiere excelentes propiedades de quelatación del hierro y otros metales de transición lo que les confiere una gran capacidad antioxidante.

Los compuestos fenólicos de las plantas son biosintetizados en diferentes rutas pero existen dos principalmente:

  • La ruta del ácido siquímico o shikimico es responsable de la biosíntesis de la mayoría de fenoles en las plantas.
  • La vía del ácido malónico que, aunque es una fuente importante de fenoles en hongos y bacterias, es muy poco empleada en plantas superiores.

Otras características destacables de los fenoles son las siguientes:

  • Suelen ser ácidos.
  • 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 como los taninos.
  • Los fenoles del grupo catecol pueden quelatar metales.
  • Una de sus características más destacables es que son muy susceptibles a la oxidación, por lo que actúan como antioxidantes naturales.

Los fenoles pueden ejercer una función estructural como es el caso de la lignina y la suberina. Actúan como protectores frente a las radiaciones ultravioletas y forman los pigmentos naturales de las plantas como las antocianinas, flavonas y flavonoles e intervienen como reguladores de interacciones entre las plantas y algunos microorganismos como el rhizobium. Otro de los aspectos más destacables de los fenoles es que están implicados en los procesos autodefensivos de las plantas como es el caso de los taninos o unos isoflavonoides conocidos como furanocumarinas. Otros compuestos fenólicos tienen efectos alelopáticos como el ácido cafeico o el ácido ferúlico. De esta manera las plantas producen uno o más compuestos que influyen en el crecimiento, supervivencia o reproducción de otros organismos por lo que se suelen emplear como medicamentos para animales o para el hombre. La acción que algunos fenoles realizan sobre las plantas, y que es la que más destaca de entre todas, es que juegan un importante papel en la tolerancia ante el estrés biológico.

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 como las plantas y, en consecuencia, las protegerán frente a esos ataques oxidantes como la luz, radicales libres, componentes químicos, 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.

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 y de esta forma ayudan a mantener el grado de fluidez. Los fenoles juegan un importante papel en la tolerancia al estrés en plantas resistentes a la sequía donde 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 (a partir de ahora 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.

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Hay estudios que sugieren que el ácido abscísico (ABA) que es un regulador del metabolismo implicado en la respuesta de las plantas a diferentes tipos de estrés, como la salinidad o el déficit hídrico, y que actúa regulando el cierre estomático y la síntesis de proteínas implicadas en el estrés, ayudando a superar los períodos de déficit hídrico, también tiene un papel en la regulación de los niveles de ciertos fenoles en condiciones de estrés.

La capacidad antioxidante de un compuesto polifenólico 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 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. Un fenol puede ser mejor que otro para un cultivo determinado que está expuesto a un tipo de agresión concreta y por el contrario no funcionar en otro cultivo con un diferente tipo de estrés.

A la hora de diseñar un formulado que ayude a combatir, por ejemplo, el estrés hídrico en nuestros cultivos, el extracto empleado o la combinación de varios de ellos, se determina en base a la medición de distintos parámetros físico-químicos que denominamos especificaciones del producto. Estos productos se conocen como bioestimulantes, que es 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.

En las investigaciones que en la actualidad se están centrando en la obtención de este tipo de formulados, los fenoles forman una parte muy destacable de los estudios, unas investigaciones que cada vez se están desvelando más fundamentales para el futuro dado que nuestro planeta está en un proceso de cambio irreversible.

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