El óxido nítrico en el control de la maduración – Mecanismos de acción

Beatriz Riverón, Bioquímico farmacéutica

El manejo de la fruta fresca requiere tecnologías que ayuden en la conservación, almacenamiento poscosecha y transporte, de modo a mitigar los efectos de la sobremaduración, manteniendo la calidad.

Entre las sustancias que a han sido objeto de investigaciión se encuentra el óxido nítrico (NO), que se ha demostrado eficaz como regulador para muchas frutas.

El óxido nítrico (NO) es un radical libre (un compuesto químico con un electrón desapareado) que ha sido estudiado en poscosecha con el objetivo de prolongar la vida útil de varias frutas y hortalizas.

Interactúa con diferentes componentes celulares, entre ellos otros radicales libres como el superóxido (O2*) y con el peróxido de hidrógeno (H2O2), y se considera una molécula señalizadora con potencial antioxidante, además de tener un efecto antagónico sobre el etileno, principal hormona responsable por la maduración del fruto y por su senescencia.

El óxido nítrico (NO, N = O) es un compuesto inorgánico que a temperatura ambiente se encuentra en estado gaseoso, es incoloro, y en el aire atmosférico, existe en pequeñas cantidades. En las plantas tiene un papel en la respuesta al estrés biótico y abiótico.

Desde la década de 1990, el NO ha sido objeto de varios estudios en horticultura y su formación endógena se ha relacionado con varios fenómenos fisiológicos como la modulación del estrés hídrico, la germinación, el crecimiento de raíces y de frutos, y la formación de flores, además, de la biosíntesis de antocianinas y producción de clorofila.

El NO se produce en las plantas tanto sin la participación de enzimas como de forma catalítica. La reducción química del nitrito (NO2 -) en condiciones ácidas lleva a la formación de NO, y también se forma a partir del NO2 (dióxido de nitrógeno) por acción de la nitratoreductasa, enzima que desempeña un papel importante en la asimilación de nitrógeno en las plantas. Se ha documentado la síntesis de NO en plantas a partir del aminoácido L-arginina a través de una vía biosintética llamada “vía L-arginina / óxido nítrico”; esta vía metabólica es catalizada por un grupo de enzimas conocido como “óxido nítrico sintetasa (NOS)”, vía encontrada y ya ampliamente estudiada en animales.

Al igual que con las especies reactivas de oxígeno, los principales sitios de producción de NO son las mitocondrias, los cloroplastos y los peroxisomas, y por ser una molécula de pequeño tamaño y poseer carácter lipófilo, así como el etileno, puede transitar fácilmente entre las células.

Cuando se diluye, el NO tiene una vida media de menos de 10 segundos debido a su rápida oxidación a nitrito (NO2-) y nitrato (NO3-). La molécula de NO, al tener un electrón desapareado, es un agente químico altamente reactivo capaz de reaccionar rápidamente con otros radicales biológicamente importantes y que interactúan con diferentes macromoléculas, afectando su funcionalidad.

La maduración es un fenómeno complejo del desarrollo del fruto que consiste principalmente en alteraciones bioquímicas de sus componentes ya existentes. Estos cambios están fuertemente influenciados por factores como la expresión genética, hormonas, luz, temperatura entre otros. De esta manera, se trata de un proceso genéticamente programado, coordinado e irreversible, que implica una serie de modificaciones que conducen a la obtención de productos comestibles con características agradables al paladar.

La maduración también puede verse como un fenómeno de estrés para la planta, acompañado de numerosos cambios en el metabolismo oxidativo. Durante esta fase se producen numerosas especies reactivas de oxígeno, como el peróxido de hidrógeno (H2O2), el radical hidroxilo (OH*) y el superóxido (O2-), que se vuelven nocivos (extremadamente oxidativos) en los compartimentos celulares y por tanto deterioran los tejidos. Para hacer frente a esta agresión, las plantas disponen de diferentes sistemas antioxidantes que contrarrestan estas especies.

Estos mecanismos pueden ser enzimáticos en que participan la superóxidodismutasa, la ascorbatoperoxidasa y la catalasa, y no enzimáticos, como el ascorbato (anión del ácido ascórbico o vitamina C) y el óxido nítrico. Cuando existe un desequilibrio entre la producción de especies reactivas y la actuación de sistemas antioxidantes, se produce una acumulación de reactivos que atacan fosfolípidos de la membrana celular y, en consecuencia, la pérdida de sus integridad y de sus funciones.

Los mecanismos principales que se han descrito como modo de acción del NO hasta el momento son la alteración de la estructura y de la función de las proteínas por nitración, por S-nitrosación y por nitrosilación de metales.

La nitración es una reacción que le permite agregar un grupo nitrito (NO2-) a un compuesto químico, incluidas proteínas, ácidos grasos o ácidos nucleicos. Esta es una modificación postraduccional, generalmente mediada por peroxinitrito, reacción del NO con radicales superóxido de O2 -. En el caso de las proteínas, la modificación más estudiada es la nitro-tirosina, aunque existen otros aminoácidos susceptibles de ser nitrados, como el triptófano, la cisteína y la metionina. Este grupo formado puede causar un incremento de función, una pérdida de función o ningún efecto sobre la proteína afectada.

La S-nitrosación, es la unión covalente de un grupo NO a la cadena lateral tiol (–SH) de un residuo del aminoácido cisteína (Cys). Esta modificación postraduccional es reconocida como uno de los mecanismos más relevantes para la señalización de NO. La nitrosación de las proteínas, como el glutatión, da lugar al S-nitrosoglutatión; otros S-nitrosotioles pueden interactuar con grupos sulfhidrilo (-SH) para producir proteínas S-nitrosadas en un proceso llamado S-transnitrosación, que puede mediar los procesos de señalización.

La nitrosilación de metales implica la interacción entre el NO y los metales proteicos (por ejemplo, cofactores enzimáticos). Hay poca información sobre este proceso en plantas.

Aunque la mayoría de los estudios se ha centrado en estos mecanismos, existen hallados que indican que el NO también participa en la regulación génica, modificando factores de transcripción.

El etileno, un mediador en la maduración de la fruta, tiene su biosíntesis iniciada con un precursor llamado L-metionina, que se convierte en S-adenosilmetionina en condiciones ambientales. Esta sustancia, por acción catalítica de la enzima aminociclopropanosintasa produce ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico que, a través de otra enzima, ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílicooxidasa en condiciones aeróbicas, forma etileno (CH2=CH2).

El contenido de NO disminuye progresivamente durante la maduración del fruto, con aumentos concomitantes en la nitración y nitrosación de proteínas. Durante la maduración, los contenidos de etileno y NO están inversamente correlacionados, habiendo una reducción de NO en paralelo con un aumento de etileno. El tratamiento con NO exógeno mantiene la calidad postcosecha ya que disminuye la biosíntesis de etileno.

Cuando se incrementa el tenor de NO por aplicación externa sobre los frutos, el proceso de maduración puede retrasarse ya que el NO actúa como una molécula antagonista del etileno, disminuyendo su producción.

Las vías por las cuales se restringe la biosíntesis de etileno mediada por NO pueden actuar a través de la regulación transcripcional de genes ACCO: ACO1, ACOH2 y ACO4 que codifican para enzimas que catalizan la biosíntesis de etileno, mediante la modificación de factores de transcripción (compuestos de naturaleza química proteica, en su mayoría).

Mediante la modificación de enzimas que participan en la biosíntesis de etileno como la reacción de S-nitrosilación postraduccional de la enzima metioninaadenosiltransferasa.

Por formación de un complejo entre NO y 1-amino-ciclopropano-1-carboxílicooxidase (ACCO-NO) que por su vez se asocia a ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico (ACC) para producir un complejo ternario estable (ACC-ACCO-NO), impidiendo la formación de etileno.

La formación de complejos entre poliaminas y NO a través de un mecanismo no identificado, reducen el etileno a etano e inhiben la enzima aminociclopropanosintasa por acción competitiva sobre el precursor común S-adenosilmetionina.

El NO es también es un inhibidor de la cadena respiratoria mitocondrial, donde se une a las proteínas hierro-sulfúricas en los complejos de la cadena de transporte de electrones e inhibe su función, disminuyendo la producción de CO2 en los frutos. Este fenómeno desacelera el proceso de maduración.

 

Fuentes
Marina Reggio Machado
Cambios fisioquímicos, fisiológivos y bioquímicos en papaya con la aplicación de óxido nítrico
Disertación presentada como requisito para la obtención de una Maestría en Agricultura Tropical y Subtropical, Campinas, São Paulo, 2021.

Imagen
https://alavoura.com.br/cenario-agro/comercio-exterior/apesar-de-pandemia-exportacao-de-frutas-segue-em-alta-em-2020/ Acceso el 30/11/2021

Beneficios del NO en producción vegetal, poscosecha y alimentación humana

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