BIOSINTESIS DE LOS GLUCOSINOLATOS E IMPORTANCIA NUTRICIONAL HUMANA Y FUNCIONES DE PROTECCIÓN A LAS

PLANTAS.

Alfonso Rincón Pérez

Facultad de Estudios a Distancia, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Tunja.

e-mail: alfonsouptc@gmail.com

RESUMEN Los glucosinolatos provienen de los matabolitos secundarios en las plantas de las familias de las crucíferas entre las que se destacan col de bruselas, brócoli, coliflor y repollo, la cantidad de glucosinolatos varía de una especie a otra e influye de manera directa el tipo de tejido de la planta. El objetivo de esta revisión es identificar los diferentes procesos biosintéticos de los glucosinolatos, destacando su importancia nutricional para el ser humano, sus funciones de protección a las plantas y su comportamiento en la transformación. Los glucosinolatos se hidrolizan mediante la acción de la enzima mirosinasa, fruto de este fase se obtienen compuestos biológicamente activos entre los que se destacan, isotiocianatos sulfuranos, nitrilos y tiocianatos, estos procesos dependen de las condiciones de reacción y la presencia de proteínas. El proceso de hidrólisis ocurre en los glucosinolatos cuando el tejido del vegetal se rompe como consecuencia de un daño mecánico, entonces, la enzima tioglucosidasa o mirosinasa se pone en contacto con el sustrato y libera moléculas de glucosa, de bisulfato y de la correspondiente aglucona. En las diferentes rutas de biosíntesis de los glucosinolatos se lleva a cabo la fase de elongación de la cadena de aminoácidos de proteína, en ésta, están implicadas tres etapas: etapa uno alargamiento de aminoácido de cadena, etapa dos formación de la estructura del núcleo y etapa tres modificación secundaria del glucosinolato. Los glucosinolatos se almacenan en la vacuola de la célula de la planta y se transportan por el floema y pueden ayudar a la planta a defenderse de los organismos que se alimentan de los productos del floema y también adquirir la capacidad para coordinar la síntesis y el uso de los recursos de protección entre los distintos órganos, el más sobresaliente en esta actividad es el thioglicósido. Palabras claves: Isotiocianatos, mirosinasa, crucíferas, hidrólisis, tiocianatos

ABSTRACT

The glucosinolates are from secondary metabolites in plants of the families of the cruciferous among which are highlighted brussels sprouts, broccoli, cauliflower and cabbage, the amount of glucosinolates varies from one species to another and directly affects the type of tissue plant. The objective of this review is to identify different glucosinolates biosynthetic processes, highlighting its importance for human nutrition, functions of plant protection and transformation behavior. Glucosinolates are hydrolyzed by the enzyme myrosinase product of this process results in biologically active compounds, among which are highlighted sulfuranos

Vol 22, No 31 (2014), Revista Alimentos Hoy - 64

isothiocyanates, nitriles and thiocyanates, these processes depend on the reaction conditions and the presence of protein; the hydrolysis process takes place in glucosinolates when plant tissue is broken as a result of mechanical damage, then thioglucosidase or myrosinase enzymes are brought into contact with the substrate and releases glucose molecules bisulfate and the corresponding aglucona. On different routes of glucosinolate biosynthesis takes place the process of elongation of the chain of amino acids of proteins, in this process involving three stages: Stage one amino acid chain elongation, step two, forming the core structure and stage three secondary modification of glucosinolate. The glucosinolates are stored in the vacuole of the plant cell and transported through the phloem and can help the plant to defend against organisms that feed on phloem products and also acquire the ability to coordinate the synthesis and use protection of resources between different organs, one that stands out in this activity is the thioglycosides. Key words: Isothiocyanates, myrosinase, cruciferous, hydrolysis, thiocyanates INTRODUCCIÓN

El término glucosinolatos hace referencia a la fracción de glucosilo (" gluco "), la presencia de un grupo sulfato (ate), y la propiedad de ser un precursor de un aceite de mostaza (sinol) (Niels et al,. 2012). Las principales fuentes de los glucosinolatos son las plantas de las familias de las crucíferas entre las que se destacan y que tiene interés comercial, col de bruselas, brócoli, coliflor y repollo, de acuerdo con (Shahidi et al., 1997) y la cantidad de glucosinolatos varía de una especie a otra e influye de manera directa el tipo de tejido de la planta. Los glucosinolatos son hidrolizados por la enzima mirosinasa, fruto de esta fase se obtienen compuestos biológicamente activos entre los que se destacan isotiocianatos sulfuranos, nitrilos y tiocianatos, estos procesos dependen de las condiciones de reacción y la presencia de proteínas asociadas (Inis et al, 2011). El proceso de hidrólisis ocurre en los glucosinolatos cuando el tejido del vegetal se rompe como consecuencia de un daño mecánico, entonces las enzimas tioglucosidasa o mirosinasa se pone en contacto con el sustrato y libera moléculas de glucosa, de bisulfato y de la

correspondiente aglucona; posteriormente, esta última experimenta un acomodamiento (Olga N. et al, 2009). Las rutas de biosíntesis de los glucosinolatos comprenden procesos de elongación de la cadena de aminoácidos de proteínas. De igual manera, en el proceso biosintético de los glucosinolatos están implicadas tres etapas: etapa uno alargamiento de aminoácido de cadena, etapa dos formación de la estructura del núcleo y etapa tres modificación secundaria del glucosinolato inicial ( Sonderby et al, 2010.) Por otra parte existen tres categorías de glucosinolatos: glucosinolatos de origen alifático derivados de metionina, glucosinolatos indol o indólico de fuente de triptófano y glucosinolatos aromáticos formados a partir de fenilalanina. Estos glucosinolatos se transportan por el floema y pueden ayudar a la planta, a defenderse de los organismos que se alimentan de los productos del floema y también adquirir la capacidad para coordinar la síntesis y el uso de los recursos de protección entre los distintos órganos (Sixue et al., 2001). Los glucosinolatos se almacenan en la vacuola de la célula de la planta, cuando se presenta ataque de plagas, los glucosinolatos cianogénicos reaccionan

Vol 22, No 31 (2014), Revista Alimentos Hoy - 65

con la enzima β-glucosidasa, liberando el hidrógeno tóxico cianhídrico. La mirosinasa se cree que es un sistema de defensa química que se activa al daño en los tejidos de las plantas y actúa como primera barrera química para disuadir a un amplio espectro de patógenos (Koroleva et al., 2000). Los glucosinolatos que cumplen la función de defensa de las plantas son los tioglicósidos que son derivados del ácido amino (Nabamita et al., 2013). Por otra parte, investigaciones recientes han demostrado que el método de cocción de las crucíferas, afecta considerablemente el contenido de glucosinolatos en este tipo de hortalizas.

GENERALIDADES DE LOS GLUCOSINO LATOS

El término glucosinolatos fue sugerido por primera vez en 1961 por GP Dateo (Ettlinger y Kjaeer 1968), la interpretación dada, hace referencia a la fracción de glucosilo (" gluco "), la presencia de un grupo sulfato (ate), y la propiedad de ser un precursor de un aceite de mostaza (sinol). Las últimas sílabas se derivan de América sinapi (mostaza) y ácido sulfúrico fumante (aceite) (Niels et al., 2012).

Los glucosinolatos son el producto de metabolitos secundarios de las plantas de las familias de las crucíferas, entre las que se destacan y que tienen interés comercial como, col de bruselas, brócoli, coliflor y repollo, de acuerdo con (Shahidi et al. 1997) la cantidad de glucosinolatos varía de una especie a otra e influye de manera directa el tipo de tejido de la planta según se observa en la tabla 1.

Los glucosinolatos comparten las estructuras del núcleo que contiene residuos β-D-glucopiranosa unidas a través de un átomo de azufre (S) a un éster de sulfato de - N -hidroxiimino y se distinguen entre sí por un grupo de variables R derivado de varios aminoácidos. De igual manera se forman enlaces de un azúcar reductor y de un azufre que no tiene carácter de hidrato de carbono y que es conocida como aglucona, además son solubles en agua ya que su molécula de glucosa imparte características hidrofílicas; por su propiedades, estos compuestos no son volátiles, además carecen de fragancia. Los glucosinolatos se clasifican como S-glucosidos y se sintetizan y se almacenan en las crucíferas como precursores estables de los isotiocianatos que poseen propiedades hidrofóbicas, es importante destacar que los glucosinolatos son hidrolizados por la enzima mirosinasa, fruto de este proceso se obtienen compuestos biológicamente activos entre los que se destacan isotiocianatos sulfuranos, nitrilos y tiocianatos, dependiendo de las condiciones de reacción y la presencia de proteínas asociadas (Inis et al, 2011). Otro importante grupo son los glocosinolatos que tienen un hidroxilo y forman hidroxi-isotiocianatos inestables y que se transforman en estructuras cíclicas y se denominan oxazolidinotinas, compuestos que tienen actividad bociogénica y también se les denomina goitrinas. Un tercer grupo son los glucosinolatos que tiene un núcleo indol y con denominación indol glicosinolato o glucobrasicina que luego de su hidrólisis se generan tiocianatos.

Tabla 1. Contenido de glucosinolatos en algunas hortalizas

Hortalizas Contenido glucosinolatos (mg/g)

Vol 22, No 31 (2014), Revista Alimentos Hoy - 66

Calabaza 0.26- 1.56

Col de bruselas 0.60 – 3.90

Coliflor 0.61 – 1.14

Nabo 0.21 – 2.27

Rábano 0.42 – 1.19

Rábano picante 33.2 – 35.4

Mostaza 22.0 – 52.0

Fuente. Verkerk et al., 1997.

La estructura de los glucosinolatos

constituyen un grupo muy bien definido de metabolitosde los vegetales especializados, estructuralmente son aniones de compuestos thiohidroximatos que lleva una S residuo β-glucopiranosil-ligado y una O -ligada al residuo de sulfato, con un derivado de aminoácidos y cadena lateral variable; en ocasiones, otros sustituyentes están unidos a O, S o N átomos de la cadena lateral o glucosilo (Niels et al., 2012).

Los glucosinolatos en la actualidad se

clasifican en subgrupos basados en la biosíntesis de aminoácido que son precursores estándar tales como: alanina, leucina, isoleucina, valina, fenilalanina, tirosina y triptófano, sin embargo, el precursor inmediato de los glucosinolatos, es el homólogo de cadena alargada, por ejemplo homoVal, homoMet, dihomoMet, homoPhe, homoGlu, entre otros, (Niels et al,. 2012); estos homólogos de cadena alargada se produce mediante la adición de acetato al ácido α-ceto con posterior proceso de isomerización y reducción, (Sawada et al., 2009 y Sonderby et al., 2010), debido al incremento de los glucosinolatos se vio la necesidad de diseñar una nomenclatura basada en la estructura, actualmente existen nomenclaturas sistemáticas para nombrar los glucosinolatos de una manera simplificada, en gran medida por la convención de nomenclatura de toda la

estructura de núcleo aniónico, el C central, así como el que conecta, sustituido S y N "glucosinolatos". En su mayoría, los glucosinolatos naturales pueden ser nombrados simplemente añadiendo el nombre sistemático de la cadena lateral como un radical, por ejemplo benzilglucosinolato, abreviada benzylGSL (Niels et al., 2012). La nomenclatura sistemática tiene como finalidad considerar el carbono thiohidroximato como número de cero, por lo que la estructura 61 se denomina (S)-1-metilpropilGSL o, igualmente correcta, (S) - sec –butilGSL Figura 1. Aunque esta nomenclatura semisistemática es recomendable y de aceptación general, algunos de los nombres resultantes son elaborados, y un sistema ad-hoc abreviatura intuitiva y sencilla basada en estructuras de cadena lateral (por ejemplo, sólo 4MSOB de (R )-4-metilsulfinilbutilGSL) (Brown et al., 2003), este sistema ha ganado gran importancia para describir los diferentes glucosinolatos, (Schranz et al., 2009, Pfalz et al., 2011 y Stotz et al., 2011).

Una característica importante en la

nomenclatura sistemática es que el mismo nombre de la cadena lateral es válida para los diferentes pares de glucosinolatos e isotocianatos, todos los isotiocianatos, son llamados como tal, incluso si un grupo funcional con una prioridad más alta está presente en la molécula; esta práctica, en

Vol 22, No 31 (2014), Revista Alimentos Hoy - 67

comparación con el uso ocasional del prefijo isotiocianato, facilita en gran medida la comunicación y está en conformidad con las recomendaciones generales en el preámbulo de las actuales IUPAC (Niels et al,. 2012). Los derivados de los glucosinolatos como por ejemplo Met o sus homólogos contienen azufre en un C, S, C en la cadena lateral, ya sea en

una reducida S, parcialmente oxidado, SO, o totalmente oxidado estado SO2, cuando el azufre es reducido, la nomenclatura clásica (tio) todavía se utiliza generalmente por razones tradicionales, pero la más reciente adaptación de una nomenclatura diferente (sulfanil) por la IUPAC puede conducir al cambio de esta práctica (Kim et al., 2004).

Figura 1. Representación de las dos primeras rondas de la elongación de la metionina (Kimberly et al., 2004).

Vol 22, No 31 (2014), Revista Alimentos Hoy - 68

HIDRÓLISIS

El proceso de hidrólisis ocurre en los glucosinolatos cuando el tejido del vegetal se rompe como consecuencia de un daño mecánico, entonces la enzima thioglucosidasa o mirosinasa se pone en contacto con el sustrato y libera moléculas de glucosa, de bisulfato y de la correspondiente aglucona; posteriormente, esta última experimenta un acomodamiento (Olga N. et al, 2009), las diferentes variaciones en las reacciones de hidrólisis de glucosinolatos se conoce sobre la base de la participación adicional de proteínas vegetales o herbívoros, las características estructurales de los glucosinolatos son condiciones generales de reacción. Por ejemplo, los isotiocianatos, la aglucona, a veces dan lugar a una o más de las cinco clases alternativas de productos de hidrólisis durante la pérdida de sulfato, de igual manera existen productos alternativos como la aglucona y oxazolidina-2-tionas, que se cicla a isotiocianatos formados por reacción del electrófilo isotiocianato, en los cuales un grupo hidroxi nucleofílico presente en una posición adecuada en la molécula original de isotiocianato (Niels et al,. 2012), según (Agerbirk et al., 2009) los iones tiocianato (SCN ) y arilmetanol

reactiva (Ar-CH 2 OH) la hidrólisis espontánea de ciertos isotiocianatos arilmetilo. Los nitrilos y azufre R-CN y "S", probablemente S son hidrolizados debido al efecto de una proteína o un especificador de nitrilo de alto o bajo pH (Kissen et al., 2009 y Burow et al., 2009), en el caso de algunas estructuras de glucosinolatos sin dobles enlaces terminales, la presencia de proteínas epitiospecifier resultan nitrilos en lugar de epitionitrilos (Zabala et al., 2005).

Los glucosinolatos son compuestos

estables, localizados en las vacuolas y están separados físicamente de la enzima mirosinasa en plantas intactas, sin embargo, los glucosinolatos se hidrolizan rápidamente cuando se mezcla con mirosinasa, que elimina el azúcar de los glucosinolatos, dando como resultado isotiocianatos, nitrilos, cianuros orgánicos y tiocianato iónico (Figura 2.) (Fahey et al., 2001). Es importante destacar que después de la cosecha ocurre una ruptura física de las plantas cuando los productos son sometidos a picado, mezclado, prensado, cocción, congelación, descongelación y alta temperatura esto conduce a una pérdida de la estructura celular y la posterior mezcla de los glucosinolatos y la mirosinasa para formar isotiocianatos (Rosa et al., 1997).

Vol 22, No 31 (2014), Revista Alimentos Hoy - 69

Figura 2. Esquema de la biosíntesis de glucosinolatos e hidrólisis que muestra el camino que conduce a la isotiocianato sulforafano, un potente anti-cancerígeno (Kimberly et al., 2004).

Los glucosinolatos se hidrolizan por

mirosinasas para producir una amplia gama de productos de degradación. Estos incluyen una glucosa y aglicona inestable, que posteriormente se reordena para formar diferentes productos, dependiendo de la estructura de aglicona, pH, concentración de iones ferrosos y proteínas epitiospecifier (ESP), la reorganización de la aglicona dará lugar a la formación de un isotiocianato a pH

neutro, mientras que el pH ácido del derivado de nitrilo es el producto dominante. (Figura 3.). Los glucosinolatos que contienen un doble enlace terminal producen un epitionitrilo cuando se degrada en la presencia de ESP y los iones ferrosos (Sixue et al., 2001), el indol benzilglucosinolato derivado de aglicona son inestables y se reordenan para formar el alcohol y tiocianato correspondiente (Palmieri et al,. 1998)

Vol 22, No 31 (2014), Revista Alimentos Hoy - 70

Figura 3. Degradación de glucosinolatos mediante la enzima mirosinasa que cataliza la formación de aglicona.

BIOSÍNTESIS

Las rutas de biosíntesis de los glucosinolatos comprende procesos de elongación de la cadena de aminoácidos de proteínas, en los cuales la descarbixilación oxidativa de los aminoácidos a su correspondiente aldoxima, la conversión de la oxima en estructura básica de los glucosinolatos y sus modificaciones secundarias (Sixue et al., 2001); de igual manera, en los procesos de biosíntesis de los glucosinolatos se incluyen una serie de pasos responsables de la formación de la estructura del núcleo, así como diversos procesos responsables de la cadena lateral y la otra la diversificación (Niels et al,. 2012). La biosíntesis de los

glucosinolatos son subconjuntos significativos de metabolitos especializados, sin embargo, en la degradación enzimática de estos, existe mucha diversidad (figura 3.), este proceso ocurre en las plantas intactas, pero la enzimología y reacciones involucradas son poco conocidos (Grubb et al., 2006). En el proceso biosintético de los glucosinolatos están implicadas tres etapas (figura 3): primera alargamiento de aminoácido de cadena; segunda, formación de la estructura del núcleo y tercera, modificación secundaria del glucosinolato inicial (Sonderby et al., 2010), de igual manera, existen tres categorías de glucosinolatos: glucosinolatos de origen alifático derivados de metionina, glucosinolatos indol o indólico de fuente

Vol 22, No 31 (2014), Revista Alimentos Hoy - 71

de triptófano, y glucosinolatos aromáticos formados a partir de fenilalanina (Yan y Chen 2007 y Sonderby et al., 2010), los glucosinolatos comparten una estructura de núcleo común de una β- D -tioglucosa grupo ligado a un resto aldoxima sulfonado. La diversidad estructural de los glucosinolatos se puede atribuir a sus diferentes cadenas laterales y modificaciones ( Yazhou, et al., 2011).

Elongaci

Figura 3. Ciclo de alargamiento de aminoácidos en la biosíntesis de glucosinolatos en tres pasos (1) condensación con acetil-CoA, (2) isomerización, y (3) oxidación-descarboxilación. El átomo de carbono de la función original de COOH se muestra de color azul y se pierden en cada ronda. Los átomos de carbono que aporta acetil-CoA se muestran de color rojo y son retenidos en cada ronda.

Aminoácidos

2- Oxo Ácido

Condensación

2- Derivado de malato

Isomerización

3- Derivado de malato

Elongación 2- Oxo Ácido

Transaminación

Elongación de aminoácidos

Formación de glucosinolatos

Ciclo de elongación

Desaminación

Descarboxilación oxidativa CO2

Vol 22, No 31 (2014), Revista Alimentos Hoy - 72

Los glucósidos cianogénicos son grupos de metabólicos secundarios de las plantas y están relacionados directamente con los glucosinolatos. La conversión desde el aminoácido a aldoxima es catalizada por el citocromo P450, que cataliza dos NADPH consecutivamente y O2 dependientes de N-hidroxilaciones, lo que conlleva a la formación de N, N -dihidroxi aminoácidos que espontáneamente se deshidratan y descarboxila para rendir oximas (Sixue et al., 2001). Existen tipos de enzimas dependientes del citocromo P450 como son: Monooxigenasas, que contiene flavina y peroxidasas que se encuentran en la membrana plasmática son las encargadas de catalizar la conversión del aminoácido a aldoxima. (Según Bennett et al., 1997) Los microsomas aislados de S. alba, Tropaeolum majus y Carica papaya fueron capaces de convertir los aminoácidos aromáticos fenilalanina y tirosina a sus correspondientes oximas. Las actividades fueron sometidas a la inhibición photorreversible monóxido de carbono, además de ser inhibida por los inhibidores del citocromo P450. La flavina-monooxigenasas que contiene en la formación de aldoximas de homofenilalanina y derivados de metionina de cadena-alargada se ha caracterizado en una variedad de especies productora de glucosinolatos, pero sin proponer ningún mecanismo catalítico, en cuanto al sistema de peroxidasa de membrana plasmática se dice que es capaz de catalizar la conversión de triptófano en indol acetaldoxima proceso involucrado en glucosinolatos y posiblemente, la biosíntesis de aminoácidos (Sixue et al., 2001). Estudios realizados con plantas maduras de col china (B. campestris ssp. pekinensis), mostraron una correlación entre el perfil de glucosinolatos indol y la actividad

peroxidasa en la membrana plasmática, este mecanismo implica la oxidación del nitrógeno del grupo amino por el peróxido de hidrógeno, seguido de deshidrogenación y descarboxilación,(Ludwig et al., 1990). TRANSPORTE DE GLUCOSINOLATO EN PLANTAS

Es importante destacar que los glucosinolatos sintetizados en las hojas maduras se cargan fácilmente y son transportados por el floema, junto con fotoasimilados en la corriente de translocación osmóticamente impulsado desde la fuente al sumidero, además de la posible función nutritiva en caso de estrés ambiental, el transporte por el floema de glucosinolatos puede ayudar a la planta a defenderse contra los organismos que se alimentan de floema y también adquirir la capacidad para coordinar la síntesis y el uso de los recursos de protección entre los distintos órganos (Sixue et al., 2001). Los glucosinolatos se encuentran en todos los órganos de las crucíferas, pero la capacidad biosintética varía entre los órganos en diferentes etapas, por ejemplo la actividad biosintética es alta en las hojas jóvenes, brotes y paredes y disminuyen a medida que madura el tejido, sin embargo estudios demuestran que la actividades enzimática implicadas en la formación de oximas a partir de aminoácidos de cadena alargada y de la disminución de triptófano con la creciente madurez de las hojas, además de la reducción de los glucosinolatos podría ser debido a la degradación y translocación (Clossais et al,. 1991). El producto de los metabólitos secundarios se transportan en las plantas, es el caso de la nicotina, la cafeína y la citoquinina que se producen en las raíces y son trasladadas a las

Vol 22, No 31 (2014), Revista Alimentos Hoy - 73

hojas, y en el de los glucosinolatos para ser transportados activamente en las plantas es necesario altas cantidades de benzilglucosinolato, producto que es sintetizado en las hojas (Sixue et al., 2001), el análisis de perfil de glucosinolatos de las semillas y tejido de las hojas de B. napus híbridos F1 de cruces recíprocos entre cv.Cobra y una línea sintética mostró que el perfil de los glucosinolatos alifáticos en la semilla era idéntico al perfil en las hojas de la matriz materna (Magrath et al,. 1993), por lo tanto, se puede afirmar que la biosíntesis de glucosinolatos y las diferentes interconversiones de glucosinolatos, hidroxilación o sulfatación, no se forman en el embrión y que los glucosinolatos completamente formados se transfieren a partir de tejido materno en las semillas en desarrollo. (Sixue et al., 2001). IMPORTANCIA NUTRICIONAL

Las crucíferas como la col de bruselas, col China, brócoli, repollo, coliflor son ricas en glucosinolatos (Kushad et al., 1999 y Padilla et al., 2007). El aumento de la ingesta diaria de verduras crucíferas está asociado con un menor riesgo de ciertos tipos de cáncer (Keck y Finley 2004, Kim y Park 2009, Tang et al., 2008 y Wu et al., 2004). El sulforafano, el isotiocianato derivado de glucorafano, presenta propiedades anticancerígenas (Keck y Finley 2004 y Zhang et al 1994) Indol-3-

carbinol, un derivado de glucobrasicina, también tiene propiedades anticancerígenas (Choi et al., 2010), además, isotiocianato de fenetilo puede bloquear la conversión de varios agentes carcinógenos a sus formas cancerígenas (Hecht 2000 y Nakajima et al., 2001). Desde el punto de vista nutricional humana, los tiocianatos han sido estudiados en detalle y se considera que son los principales responsables de la acción anticancerígena (Conaway et al., 2000, Milthen et al., 2010 y Zhang et al., 2006). Estos compuestos pueden inducir la formación de enzimas de desintoxicación de fase II que protegen contra los agentes carcinógenos. Uno de los más importantes inductores de este tipo de enzimas de fase II es el isotiocianato de bencilo, (Nilsson et al., 2006) comúnmente conocido como glucotropaeolin.

INFLUENCIA DE LOS PROCESOS TÉRMICOS EN LOS GLUCOSINOLATOS

En la actualidad existen muchas formas de manejo pos cosecha de las crucíferas sin embargo no se sabe si estas prácticas que tienen como fin mantener la calidad visual de los vegetales, mantenga la calidad fotoquímica. Investigación reciente ha demostrado que el método de cocción afecta considerablemente el contenido de glucosinolatos en las crucíferas de acuerdo con lo propuesto en la tabla 2

Tabla 2. Diferencia de contenido de glucosinolatos en productos crudos y procesados

Hortalizas

Cantidad Glucosinolato (mg/ 100 g)

Crudo

Cocido

Brócoli 61.1 37.2

Col de bruselas 247 148

Vol 22, No 31 (2014), Revista Alimentos Hoy - 74

Col 108.9 78.6

Coliflor 62 42

Nabo 56 29.1

Fuente: Marks et al., 2003

Los procesos térmicos son importantes tenerlos en cuenta para identificar la estabilidad y disponibilidad de los glucosinolatos en las crucíferas, considerando que estas hortalizas se les aplican procesos de cocción antes de ser consumidas y que pueden verse afectadas cada una de sus propiedades. Según estudios, los glucosinolatos presentes en las crucíferas se pierden en el proceso de cocción a través de la lixiviación en el agua de cocción (McNaughton y Marks, 2003) al hervir el brócoli, la col de bruselas, coliflor y la col durante 40 minutos, o al vapor durante 10 minutos, dio lugar a la degradación térmica significativa de indol glucosinolatos (Slominiski y Campbell, 1989), pero es poco probable que la degradación térmica sea una de las principales causas de la disminución de glucosinolatos presentes en las crucíferas cuando se cocinan durante menos de 10 min (Rosa et al., 1997).

DEFENSA DE LAS PLANTAS

La mirosinasa se cree que es un sistema de defensa química que se activa al daño en los tejidos de las plantas y actúa como primera barrera química para disuadir a un amplio espectro de patógenos (Koroleva et al., 2000). Los glucosinolatos que cumplen la función de defensa en las plantas son los tioglicósidos que son derivados del ácido amino (Nabamita et al, 2013) y sus principales fuentes son las col de bruselas, repollo, brócoli y rábano, de igual manera existen otros compuestos que

desempeñan un papel de defensa de muchas plantas, como son los glucósidos cianogénicos (GCN); en el reino vegetal existen más de 2500 especies de plantas que poseen este sistema de defensa y algunas de estas especies son fuentes importantes de alimentos para la nutrición del ser humano por ejemplo yuca, sorgo, almendras, habas, frutas de hueso y brotes de bambú, son notables ejemplos de alimentos que contienen glucósidos cianogénicos (Ganjewala et al., 2010). Los glucosinolatos se almacenan en la vacuola de la célula de la planta, cuando se presenta ataque de plagas, los GCN reaccionan con la enzima β-glucosidasa, liberando el hidrógeno tóxico cianhídrico (HCN) (Nabamita et al., 2013). El sistema binario GNC-β-glucosidasa es similar al sistema de glucosinolatos-mirosinasa en el cual ambos conjuntos de componentes son químicamente inertes cuando se separan, proporcionando plantas con una defensa inmediata contra intrusos herbívoros y patógenos, sin embargo el HCN puede ser letal para los seres humanos, con una dosis de 1,5mg/kg de peso corporal (Kermanshai et al., 2001). Los insectos que se alimentan del floema de productos de degradación gluosinolatos, actúan como aleloquímicos y desempeñan un papel en la defensa de las plantas, por ejemplo, isotiocianatos de origen natural poseen un rango de actividad antifúngica, antibacteriana y antimicrobiana, y por lo tanto repelen microorganismos e insectos (Sixue et al., 2001).

Los glucósidos cianogénicos son

moléculas con un grupo azúcar unido a través de un átomo de carbono con

Vol 22, No 31 (2014), Revista Alimentos Hoy - 75

enlaces glucosídicos, este azúcar comúnmente es la D –glucosa y se conoce como glicona, el grupo no-azucarado se llama aglicona, en los glucósidos cianogénicos, la aglicona que contiene el cianuro se forma por biosíntesis de amino-ácidos por ejemplo prunasina de L –fenilalanina (Ganjewala et al., 2010). Los glucosinolatos están separados físicamente de las enzimas hidrolíticas, mirosinasas, en la planta intacta; en el proceso de interrupción del tejido por ataque de plagas, los glucosinolatos entran en contacto con la enzima mirosinasa que hidrolizan los glucosinolatos para formar isotiocianatos, bajo la influencia de algunas proteínas específicas como epithiospecifier, (ESP), proteína de tiocianato de formación (PTF), la PTF que está presente en muchas plantas que contienen glucosinolatos como por ejemplo brócoli, la col y las coles de Bruselas (Matusheski et al., 2004) de igual manera forma productos alternativos tales como nitrilos y tiocianatos (Zhang et al., 2006).

CONCLUSIONES

Los glucosinolatos desde el punto de vista nutricional humana han sido estudiados en detalle y se considera que son los principales responsables de la acción anticancerígena. Por otra parte, queda abierta la posibilidad de investigar sobre el manejo poscosecha de las crucíferas, que tenga como propósito mantener la calidad visual de los vegetales y sus propiedades fisicoquímicas, ya que investigaciones recientes han demostrado que los procesos térmicos afectan considerablemente el contenido de glucosinolatos de estas.

REFERENCIAS Agerbirk, N., De Vos, M., Kim, J.H., Jander, G., 2009. Indole glucosinolate breakdown and its biological effects. Phytochem. Rev. 8, 101–120. Bennett R.N., Kiddle G., Wallsgrove R.M., 1997. Involvement of cytochrome P450 in glucosinolate biosynthesis in white mustard, Plant Physiol.1283–1291. Brown, P.D., Tokuhisa, J.G., Reichelt, M., Gershenzon, J., 2003. Variation of glucosinolate accumulation among different organs and developmental stages

of Arabidopsis thaliana. Phytochemistry 62, 471–481. Burow, M., Losansky, A., Müller, R., Plock, A., Kliebenstein, D.J., Wittstock, U., 2009. The genetic basis of constitutive and herbivore-induced ESP-independent nitrile formation in Arabidopsis. Plant Physiol. 149, 561–574. Choi, H., Cho, M., Lee, H., Yoon, D., 2010. Indole-3-carbinol induces apoptosis through p53 and activation of caspase-8 pathway in lung cancer A549 cells. Food Chem. Toxicol. 48 (3), 883–890. Clossais-Besnard N., Larher F., 1991. Physiological role of glucosinolates in Brassica napus. Concentration and distribution pattern of glucosinolates among plant organs during a complete life cycle, J. Sci. Food Agric. 56 25–38. Conaway, C.C., Getahun, S.M., Liebes, L.L., Pusateri, D.J., Topham, D.K.W., Botero-Omary, M., Chung, F.L., 2000. Disposition of glucosinolates and sulforaphane in humans after ingestion of steamed and fresh broccoli. Nutr. Cancer 38, 168–178.

Vol 22, No 31 (2014), Revista Alimentos Hoy - 76

Ettlinger, M.G., Kjær, A., 1968. Sulfur compounds in plants. Recent Adv. Phytochem. 1, 59–144. Fahey, J.W., Zalcmann, A.T., Talalay, P., 2001. The chemical diversity and distribution of glucosinolates and isothiocyanates among plants. Phytochemistry 56, 5–51. Ganjewala, D., Kumar, S., Devi, A., Ambika, K., 2010. Advances in cyanogenic glycosides biosynthesis and analysis in plants: a review. Acta Biologica Szegediensis 54, 1–14. Grubb, C.D., Abel, S., 2006. Glucosinolate metabolism and its control. Trends Plant Sci. 11, 89–100. Hecht, S., 2000. Inhibition of carcinogenesis by isothiocyanates 1. Drug Metab. Rev. 32 (3–4), 395–411. Inis Winde, Ute Wittstock, 2011. Insect herbivore counteradaptations to the plant glucosinolate–myrosinase system, Phytochemistry, Volume 72, Issue 13, September, Pages 1566-1575. Keck, A., Finley, J., 2004. Cruciferous vegetables: cancer protective mechanisms of glucosinolate hydrolysis products and selenium. Integr. Cancer Ther. 3 (1), 5 12. Kermanshai, R., McCarry, B.E., Rosenfeld, J., Summers, P.S., Weretilnyk, E.A., Sorger, G.J., 2001. Benzyl isothiocyanate is the chief or sole antihelminthic in papaya seed extract. Phytochemistry 57, 427–435. Kim, S.-J., Jin, S., Ishii, G., 2004. Isolation and structural elucidation of 4-(b-D-glucopyranosyldisulfanyl)-butyl glucosinolate from leaves of rocket salad

(Eruca sativa L.). Biosci. Biotechnol. Biochem. 68, 2444–2450. Kimberly L. Falk, Christine Vogel, Susanne Textor, Stefan Bartram, Alastair Hick, John A. Pickett, Jonathan Gershenzon, 2004. Glucosinolate biosynthesis: demonstration and characterization of the condensing enzyme of the chain elongation cycle in Eruca sativa. Fitoquímica, Volumen 65, Número 8 de abril de 2004, páginas 1073 a 1084. Kissen, R., Bones, A.M., 2009. Nitrile-specifier proteins involved in glucosinolate hydrolysis in Arabidopsis thaliana. J. Biol. Chem. 284, 12057–12070. Koroleva O.A., Davies A., Deeken R., Thorpe M.R., Tomos A.D., Hedrich R. 2000. Identification of a new glucosinolate-rich cell type in Arabidopsis flower stalk, Plant Physiol. 124 599–608. Koroleva O.A., Davies A., Deeken R., Thorpe M.R.,Tomos A.D., Hedrich R., 2000. Identification of a new glucosinolate-rich cell type in Arabidopsis flower stalk, Plant Physiol. 124 599–608. Kushad, M.M., Brown, A.F., Kurilich, A.C., Juvik, J.A., Klein, B.P., Wallig, M.A., Jeffery, E.H., 1999. Variation of glucosinolates in vegetable crops of Brassica oleracea. J. Agric. Food Chem. 47, 1541– 1545. Liang H, Yuan QP, Xiao Q. 2005. Purification of sulforaphane from Brassica oleracea seed meal using low-pressure column chromatography. J Chromatogr B 828 (1-2), 91–96. Ludwig-Mueller J., Rausch T., Lang S., Hilgenberg W., 1990. Plasma membrane

Vol 22, No 31 (2014), Revista Alimentos Hoy - 77

bound high plant isoenzymes convert tryptophan to indole-3-acetaldoxime, Phytochemistry. 29 1397–1400. Magrath R., Mithen R., 1993. Maternal effects on the expression of individual aliphatic glucosinolates in seeds and seedlings of Brassica napus, Plant Breeding 111 249–252. Matusheski, N.V., Juvik, J.A., Jeffery, E.H., 2004. Heating decreases epithiospecifier protein activity and increases sulforaphane formation in broccoli. Phytochemistry 65, 1273–1281. McNaughton, S.A., Marks, G.C., 2003. Development of a food composition database for the estimation of dietary intakes of glucosinolates, the biologically active constituents of vegetables. Br. J. Nutr. 90, 687–697. Mithen, R., Bennett, R., Marquez, J., 2010. Glucosinolate biochemical diversity and innovation in the Brassicales. Phytochemistry 71, 2074–2086. Nabamita Basu, Sajal Kumar Maity, Aritra Chaudhury, Rina Ghosh, 2013. Trichloroisocyanuric acid (TCCA): an efficient green reagent for activation of thioglycosides toward hydrolysis, Carbohydrate Research, Volume 369, 22 March, Pages 10-13. Nakajima, M., Yoshida, R., Shimada, N., Yamazaki, H., Yokoi, T., 2001. Inhibition and inactivation of human cytochrome P450 isoforms by phenethyl isothiocyanate. Drug Metab. Dispos. 29 (8), 1110–1113. Niels Agerbirk, Carl Erik Olsen, 2012. Glucosinolate structures in evolution,

Phytochemistry, Volume 77, May, Pages 16-45. Nilsson, J., Olsson, K., Engqvist, G., Ekvall, J., Olsson, M., Nyman, M., et al. 2006. Variation in the content of glucosinolates, hydroxycinnamic acids, carotenoids, total antioxidant capacity, and low-molecular-weight carbohydrates in Brassica vegetables. Journal of the Sciences of Food and Agriculture, 86, 528–538. Olga N. Campas-Baypoli, Carolina Bueno-Solano, Diana M. Martínez-Ibarra, Francisco Camacho-Gil, Alma G. Villa-Lerma, Jesús R. Rodríguez-Núñez, Jaime López-Cervantes, Dalia I. Sánchez-Machado. 2009. Contenido de sulforafano (1-isotiocianato-4-(metilsulfinil)-butano) en vegetales crucíferos. Archivos Latinoamericanos de Nutricion. Vol 59, 95 – 100. Padilla, G., Cartea, M.a.E., Velasco, P., 2007. Variation of glucosinolates in vegetable crops of Brassica rapa. Phytochemistry. 68, 536–545. Palmieri S., Rollin P., Sørensen H., Sørensen S.,1998. Myrosinase technology for a potential glucosinolate utilization in agro-industry, Agro. Food Inst. Hi-Tech. Jan./Feb. 24–27. Park, J.Y., et al., 2009. Physical mapping and microsynteny of Brassica rapa ssp. Pekinensis genome corresponding to a 222 kb gene-rich region of Arabidopsis chromosome 4 and partially duplicated on chromosome 5. Mol. Gen. Genomics 274, 579–588. Pfalz, M., Mikkelsen, M.D., Bednarek, P., Olsen, C.E., Halkier, B.A., Kroymann, J., 2011.Metabolic engineering in Nicotiana

Vol 22, No 31 (2014), Revista Alimentos Hoy - 78

benthamiana reveals key enzyme functions in Arabidopsis indole glucosinolate modification. Plant Cell 23, 716–729. Rosa, E.A.S., Heaney, R.K., Fenwick, G.R., Portas, C.A.M., 1997. Glucosinolates in crop plants. Hortic. Rev. 19, 99–215. Sawada, Y., Kuwahara, A., Nagano, M., Narisawa, T., Sakata, A., Saito, K., Hirai, M.Y., 2009. Elongation in Arabidopsis: characterization of the genes encoding methylthioalkylmalate isomerase and methylthioalkylmalate dehydrogenase. Plant Cell Physiol. 50, 1181–1190. Schranz, M.E., Manzaneda, A.J., Windsor, A.J., Clauss, M.J., Mitchell-Olds, T., 2009. Ecological genomics of Boechera stricta: identification of a QTL controlling the allocation of methionine- vs. branched-chain amino acid-derived glucosinolates and levels of insect herbivory. Heredity 102, 465–474. Shahidi F. Daun JK. De Clereq. 1997. Glucosinolates in Brassica oilseeds: Processing effects and extraction. Antinutrients Phytochemicals in Food 622: 152- 170. Sixue Chena, Erik Andreassonb., 2001. Update on glucosinolate metabolism and transport. Plant Physiol. Biochem 743- 758. Slominski, B.A., Campbell, L.D., 1989. Formation of indole glucosinolate breakdown products in autolyzed, steamed and cooked brassica vegetables. J. Agric. Food Chem. 37, 1297–1302. Sonderby, I.E., Geu-Flores, F., Halkier, B.A., 2010. Biosynthesis of

glucosinolates—gene discovery and beyond. Trends Plant Sci. 15, 283–290. Stotz, H.U., Sawada, Y., Shimada, Y., Hirai, M.Y., Sasaki, E., Krischke, M., Brown, P.D.,Saito, K., Kamiya, Y., 2011. Role of camalexin, indole glucosinolates, and sidechain modification of glucosinolate-derived isothiocyanates in defense of Arabidopsis against Sclerotinia sclerotinium. Plant J. 67, 81–93. Tang, L., et al., 2008. Consumption of raw cruciferous vegetables is inversely associated with bladder cancer risk. Cancer Epidemiol. Biomark. Prev. 17 (4), 938–944. Valdés MSE. Hidratos de Carbono. En: Badui SD. Química de los Alimentos. 4ta ed. México D.F: Pearson Educación; 2006. p. 41-46. Verkerk, R., Van der Gaag, M.S., Dekker, M., Jongen, W.M.F., 1997. Effects of processing conditions on glucosinolates in cruciferous vegetables. Cancer Lett. 114, 193–194. Wu, L., et al., 2004. Dietary approach to attenuate oxidative stress, hypertension, and inflammation in the cardiovascular system. PNAS 101 (18), 7094–7099. Yan, X.F., Chen, S.X., 2007. Regulation of plant glucosinolate metabolism. Planta 226,1343–1352. Yazhou Chen, Xiufeng Yan, Chen Sixue. 2011. El análisis bioinformático de la red molecular de la biosíntesis de glucosinolatos. Biología y Química Computacional , Volumen 35, No. 1, páginas 10-18.

Vol 22, No 31 (2014), Revista Alimentos Hoy - 79

Zabala, M., de, T., Grant, M., Bones, A.M., Bennett, R., Lim, Y.S., Kissen, R., Rossiter, J.T., 2005. Characterisation of recombinant epithiospecifier protein and its overexpression in Arabidopsis thaliana. Phytochemistry 66, 859–867. Zhang Y., Talalay P., 1994. Anticarcinogenic activities of organic isothiocyanates: chemistry and mechanisms, Cancer Res. 54 1976S–1981S. Zhang, Z., Ober, J.A., Kliebenstein, D.J., 2006. The gene controlling the quantitative trait locus EPITHIOSPECIFIER MODIFIER1 alters glucosinolate hydrolysis and insect resistance in Arabidopsis. Plant Cell 18, 1524–1536.

Vol 22, No 31 (2014), Revista Alimentos Hoy - 80