Dinámica de los antioxidantes en la maduración y post-cosecha de pimiento (capsicum annuum l.)

Resumen

La maduración y post-cosecha de frutos de pimiento son procesos que tienen asociados cambios drásticos en el metabolismo, así como en sus características fenotípicas, siendo el cambio de color el más evidente, como resultado de la degradación de las clorofilas y la concomitante síntesis de nuevos pigmentos. Dentro de los cambios metabólicos que se producen hay que destacar los asociados a los sistemas antioxidantes, tanto enzimáticos como no enzimáticos, que están implicados en la modulación de los niveles de las especies de oxígeno reactivo (ROS). Esta Tesis Doctoral se ha centrado en el estudio de la dinámica de los sistemas antioxidantes que operan durante la maduración y la post-cosecha en el fruto de pimiento, en especial en el ascorbato (AsA), y en los de naturaleza enzimática catalasa (CAT), superóxido dismutasa (SOD), ascorbato peroxidasa (APX) y peroxidasas (POD), empleándose aproximaciones bioquímicas y moleculares. Por otro lado, debido a que el pimiento es una de las hortalizas con mayor contenido en ascorbato, durante este trabajo se han investigado algunos de los mecanismos implicados en su síntesis y degradación. Para ello se han estudiado a nivel bioquímico y molecular enzimas implicadas en la ruta de biosíntesis de AsA, y se han aportado datos preliminares sobre los niveles de metabolitos implicados en la síntesis y degradación del mismo. Asimismo, se ha investigado la interacción de estas enzimas del metabolismo del ascorbato con las RNS y su potencial regulación por estas especies durante la maduración de los frutos. El óxido nítrico (NO) es un radical implicado en numerosos procesos fisiológicos. Durante esta memoria Doctoral se ha estudiado el efecto de la aplicación de atmósferas enriquecidas en NO sobre los niveles de antioxidantes enzimáticos y no enzimáticos en frutos de pimiento. En base a todo lo expuesto, los objetivos planteados en esta Tesis Doctoral han sido los siguientes: • Caracterizar bioquímica y molecularmente los sistemas enzimáticos antioxidantes implicados en la eliminación de H2O2 en frutos de pimiento en distintos estados de maduración, fundamentalmente, catalasa y peroxidasas. • Estudiar la modulación de las distintas isoenzimas de superóxido dismutasas (SODs) en frutos de pimiento, con especial atención a la ferro-superóxido dismutasa (Fe-SOD). • Investigar y caracterizar las enzimas implicadas en las rutas de biosíntesis, regeneración y catabolismo del ácido ascórbico, L-galactono-1,4-lactona deshidrogenasa (GalLDH) y ascorbato peroxidasa (APX). Estudiar la modulación de las mismas por diferentes RNS. • Estudiar la enzima nitrosoglutation reducatasa (GSNOR) durante la maduración de frutos de pimiento, así como su correlación con el contenido de S-nitrosotioles (SNOs) proteicos durante este proceso. En conjunto, los datos obtenidos en esta Tesis Doctoral nos han permitido profundizar en cómo los sistemas antioxidantes y el NO participan en la maduración de frutos de pimiento en una forma que parece indicar la existencia de una inter-comunicación muy activa entre ellos durante dicho proceso fisiológico. Obteniendo las siguientes conclusiones: 1. Durante la maduración del fruto de pimiento se produce un estrés oxidativo, caracterizado por una peroxidación lipídica moderada, lo cual podría ser debido a una modulación negativa de las enzimas implicadas en la eliminación del H2O2 celular, especialmente la catalasa. Estos datos, junto a otros previos que demostraban el incremento de la nitración de proteínas, fundamentalmente de la enzima catalasa, permiten concluir que durante la maduración de los frutos se produce un estrés nitro-oxidativo, donde el H2O2 y la catalasa son elementos claves. 2. Los frutos de pimiento presentan un alto contenido de ascorbato, que es uno de los antioxidantes no enzimáticos más importantes en plantas. En esta Tesis se han analizado dos enzimas implicadas en su metabolismo, la L-galactono-1,4-lactona deshidrogenasa (GalLDH), que cataliza la última etapa en la ruta de biosíntesis de ascorbato, y la ascorbato peroxidasa (APX) que lo utiliza para descomponer el H2O2. Durante la maduración, la actividad de la GalLDH no sufre variaciones, posiblemente para mantener los niveles de producción de ascorbato. Sin embargo, la actividad APX aumenta, y probablemente podría compensar parcialmente la reducción observada de la actividad catalasa. Asimismo, durante la maduración también se produce un incremento de la actividad superóxido dismutasa (SOD), en concreto de la Fe-SOD que se localiza en los peroxisomas. Por tanto, estos datos sugieren que el metabolismo de las especies de oxígeno reactivo (ROS) participa activamente en la maduración de frutos de pimiento, donde componentes enzimáticos de los peroxisomas (catalasa y SODs) pueden jugar un papel esencial. 3. En previos estudios de nuestro grupo de investigación se ha descrito que el óxido nítrico (NO) disminuye durante la maduración del fruto de pimiento. En esta Tesis Doctoral se ha profundizado en el metabolismo de las especies de nitrógeno reactivo (RNS) en dicho proceso fisiológico y se comprobado que el contenido de nitrosotioles proteicos (SNOs) aumentaba, y que podrían actuar de reservorio de NO. Por tanto, se puede concluir que el NO, junto con la enzima nitrosoglutation reductasa (GSNOR) están directamente implicados en la maduración de los frutos de pimiento. 4. Dentro de los estudios post-cosecha, los frutos de pimiento fueron expuestos a atmósfera enriquecidas de NO. Esto provocó un retraso en el proceso de maduración que fue acompañado con un incremento del contenido de ascorbato de aproximadamente un 40%. Así, nuestros datos permiten concluir que el NO aplicado exógenamente a los frutos de pimiento podría tener una doble repercusión en la industria agro-alimentaria, puesto que dicho gas alarga la conservación post-cosecha a la par que aumenta el contenido en ascorbato, lo que le daría un valor añadido a los frutos de pimiento. Los resultados presentados en esta Tesis Doctoral indican que parece existir una interacción finamente regulada entre las especies de nitrógeno reactivo y los antioxidantes enzimáticos de los frutos de pimiento que podría dirigir los procesos metabólicos que cursan durante la maduración. Este mecanismo podría ser reflejo de lo que ocurre en otras especies agrícolas lo que, dado en conocimiento que se ha generado en pimiento, permitiría usar sus frutos como un modelo donde poder establecer patrones metabólicos de maduración.