El color de las plantas

Por Colaborador Invitado, el 14 diciembre, 2019. Categoría(s): Biología • Divulgación
Figura 1

Si os preguntan qué color tiene una planta, cerráis los ojos y tratáis de imaginar una, seguramente se os aparecerá una imagen de un tallo con hojas, todas de color verde … y seguro que si os preguntan por qué las plantas son verdes, ¡no dudaréis ni un segundo antes de contestar … porque tienen clorofila! Lo que seguramente no tendréis tan claro es por qué la clorofila es verde y por qué algunas plantas muestran otros colores aparte del verde.

En primer lugar, los compuestos químicos que dan lugar a estas coloraciones tan diversas se llaman pigmentos y no son una simple coloración que hace bonito y alegra la vista, sino que tienen una función fisiológica y de adaptación al entorno: la clorofila capta la radiación luminosa para la fotosíntesis, los pigmentos vistosos que se encuentran en flores y frutos actúan como atrayentes de polinizadores, protegen del exceso de irradiación, etc … Pero, empecemos por el principio:

La clorofila es el pigmento más abundante en las plantas superiores, se encuentra en unos orgánulos celulares llamados cloroplastos; en concreto, en unas membranas especiales llamadas tilacoides, y tiene un papel relevante en el proceso de captación de energía luminosa. La estructura química de la clorofila es similar a la del grupo hemo que encontramos en la hemoglobina, pero en lugar de tener un átomo de hierro, tiene un átomo de magnesio (Figura 1). La clorofila o, mejor dicho, las clorofilas, absorben luz de color morado-azul (400-450 nm), amarillo-naranja (650-700 nm) y un poco de color rojo, pero no demasiado, reflejando gran parte del espectro visible, particularmente, allí donde encontramos el color verde (Figura 1b), por ello la clorofila es de color verde.

Figura 2

No obstante, si cogemos hojas de acelga y extraemos la clorofila (esto se consigue muy fácilmente machacando las hojas en un mortero empleando etanol ¡el alcohol de curar!) e iluminamos el extracto con luz azul, éste emitirá fluorescencia de color rojo. Esto sucede porque la energía luminosa no puede canalizarse al resto del sistema fotosintético y se disipa de esta manera. De hecho, en fisiología vegetal, se emplea la medida de la fluorescencia de clorofilas para evaluar la actividad fotosintética en las plantas. Las plantas usan la luz solar para generar una corriente de electrones que es empleada para generar el poder reductor necesario en la fijación del dióxido de carbono atmosférico (Figura 2).

En esta primera etapa, que tiene lugar en los pigmentos antena donde se localiza el fotosistema II, el agua es la fuente de electrones y mediante un proceso llamado fotólisis del agua ésta cede los electrones a la clorofila y, posteriormente, a la cadena de transporte electrónico (flechas azules en la Figura 2). En este punto, el exceso de luz o alteraciones en la capacidad de captación de la misma o en el transporte electrónico, disminuirán el aprovechamiento de la energía lumínica e incrementarán la disipación de energía mediante calor y la emisión de fluorescencia roja. En este sentido, el aprovechamiento de esa energía para la fijación de CO2 (fotoquímica) y su disipación en forma de fluorescencia son dos procesos en competencia. Por tanto, a mayor emisión de fluorescencia menor actividad fotosintética y viceversa.

Siguiendo a las clorofilas, por abundancia e importancia, encontramos los carotenoides, estos otorgan las coloraciones amarillas y naranja que encontramos en follaje de los árboles en otoño, en las naranjas y clementinas y también en los tomates. Los carotenoides son muy importantes en nutrición porque son potentes antioxidantes y constituyen una fuente importante de vitamina A (precursor del pigmento retinal importante en el proceso de visión animal). En los vegetales, también tienen una función fisiológica muy importante protegiéndolos del exceso de radiación. De hecho, así como las clorofilas presentan dos máximos de absorción alrededor de 400 y 700 nm (Figura 1), los carotenoides absorben principalmente entre 400 y 500 nm, es decir, la parte del espectro visible más energética, evitando así que el exceso de iluminación pueda dañar el sistema fotosintético. En otoño, muchas especies vegetales entran en una fase de descanso, las especies caducifolias tiran las hojas y otras, perennifolias, las mantienen, pero en todas hay un descenso de la actividad fotosintética, acompañada de una degradación masiva de clorofilas y la aparición de los carotenoides que disipan la radiación solar y evitan así cualquier daño.

Figura 3

Al respecto, cabe mencionar una curiosidad: todos los pigmentos mencionados hasta ahora poseen funciones en la absorción de luz o en la protección del sistema fotosintético del exceso de ésta, lo cual es imperativo en órganos que están expuestos a la irradiación como las hojas. Las raíces, que no están expuestas a la luz, por tanto, no desarrollan estas coloraciones, sin embargo, existen ejemplos de raíces coloreadas, como las zanahorias. La zanahoria naranja es el resultado de años de cruzamientos y selección de variedades más productivas y con características agronómicas interesantes. De hecho, la zanahoria original es como cualquier otra raíz, de color blanco (como una chirivía o un nabo). Las variedades actuales datan del s. XVI y descienden de una variedad procedente de la localidad holandesa de Hoorn1, aunque su vinculación con la familia real holandesa de Orange es mera coincidencia.

A nivel nutricional, las variedades de color naranja son importantes aportes de provitamina A, importante en el proceso de visión y como antioxidante. La deficiencia en vitamina A se ha identificado como un importante problema de salud pública en distintas regiones del planeta con una alimentación pobre en frutas y verduras ricas en carotenoides2 siendo esta la principal causa de ceguera infantil irreversible. De hecho, el arroz dorado (Golden Rice) surgió en los años 90 como iniciativa para biofortificar un alimento básico en distintas zonas del planeta como es el arroz y cuyo contenido en carotenoides es muy bajo y convertirlo en una fuente de provitamina A con el objetivo de paliar la deficiencia severa en vitamina A3. El arroz dorado (línea GRE2) contiene cantidades significativas de los carotenoides b-criptoxantina y a- y b-carotenos, mientras que en las variedades no transformadas estos compuestos no son cuantificables. Se estimó que la sustitución de arroz no transformado por arroz dorado en la alimentación supondría un suplemento en la dieta de estos compuestos que cubriría más de la mitad de la dosis recomendada en niños de hasta 14 años4.

Figura 4

Por último, pero no por ello menos importantes, cabe mencionar a los responsables de las coloraciones rojizas, moradas y azules. Estas sustancias llamadas antocianos y flavonoides son compuestos de carácter polifenólico y que se encuentran abundantemente en la piel de la uva coloreada, la corteza y el zumo de las naranjas pigmentadas o de la sangre, en los frutos rojos como arándanos o frambuesas, en el jugo de granada, en la piel de la berenjena, las cerezas, etc… Su estructura base es parecida a la que hay en la figura, que representa el kaempferol (Figura 3). Normalmente, esta estructura base raramente se encuentra sola (en forma de aglicona) y habitualmente se encuentra unida a azúcares. En este grupo, encontramos sustancias tan conocidas como las isoflavonas particularmente abundantes en las habas de soja (Figura 3). y que presentan actividad estrogénica y anticarcinogénica, aunque actualmente su eficiencia sobre este aspecto no está del todo clara. No obstante, existe evidencia que otros componentes de la soja aparte de las isoflavonas pueden tener efectos beneficiosos sobre la salud tales como reducir los niveles de colesterol y mejorar la salud cardiovascular5. También poseen una importante actividad absorbente de radiación UV, con máximos de absorción alrededor de 280 y 350 nm, variable según el tipo de aglicona. Los polifenoles que poseen coloración, como los antocianos, son muy sensibles al pH del medio y el cambio de este varia la intensidad y tonalidad. Ejemplos prácticos de ello son emplear el jugo de remolacha (rico en quercetina y la antocianina luteolina) como indicador de pH o la variación del color de las flores de las hortensias según el pH del sustrato (Figura 4).

No obstante, aparte de los flavonoides, hay otros compuestos de carácter fenólico que se pueden encontrar en distintos alimentos como los ácidos fenólicos, los taninos, responsables de la astringencia de distintos alimentos como los caquis6, los estilbenos, como el resveratrol presente en el vino o la piel de la uva tinta5, o las amidas polifenólicas, entre ellas, los capsaicinoides5,7 responsables de la pungencia de las guindillas (Figura 3). De éstos, no todos otorgan coloraciones a los vegetales que los contienen, pero si tienen un marcado carácter defensivo o protector.

Este artículo nos lo envía Vicent ArbonaDoctor en Ciencias Biológicas y Profesor Titular en la Universitat Jaume I (Castelló de la Plana). Investiga en el papel de la regulación hormonal de las respuestas fisiológicas y metabólicas al ambiente en plantas, centrándose en la reconfiguración del metabolismo primario y secundario en condiciones en las que el oxígeno o los carbohidratos son limitantes. Si no fuera científico, sería artista, que es la segunda mejor manera de acercarse a la naturaleza. Twitter: @arbona_vicent



Por Colaborador Invitado, publicado el 14 diciembre, 2019
Categoría(s): Biología • Divulgación

 

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