Quando parliamo di metaboliti secondari siamo attirati dall’idea che la loro funzione, tutto sommato, non sia fondamentale per una pianta. La realtà è esattamente il contrario in quanto senza di essi, le principali attività dei vegetali non potrebbero essere sostenute. Questa terminologia che stata assegnata deriva esclusivamente dal fatto che queste sostanze non rientrano nelle grandi classi di macromolecole come amminoacidi, lipidi o proteine e sono quindi prodotte dal metabolismo secondario.
La British Nutrition Foundation, organo governativo che classifica i composti chimici destinati all’alimentazione, suddivide i Metaboliti secondari in:
- Composti fenolici;
- Alcaloidi;
- Composti contenenti zolfo;
- Terpenoidi.
I Carotenoidi fanno parte dei Terpenoidi e sono composti molto importanti anche per la salute dell’uomo e derivano dalla condensazione di otto unità isopreniche. Queste molecole vengono sintetizzate ed accumulate nei plastidi, in particolare in:
- Cromoplasti → principali produttori di carotenoidi;
- Cloroplasti.
Cloroplasti
Nei cloroplasti la funzione dei carotenoidi è quella di pigmenti accessori, servono per assorbire le radiazioni luminose che la clorofilla non riesce ad assorbire in modo efficiente e insieme alle clorofille ottimizzano la fotosintesi. I carotenoidi, nei cloroplasti, si trovano associati ai fotosistemi, in particolare ai complessi antenna e si trovano dispersi nelle membrane tilacoidali. Qui c’è un rapporto clorofilla-carotenoidi costante nelle diverse specie vegetali.
Cromoplasti
Nei cromoplasti i carotenoidi sono accumulati in diverse strutture membranose, cristalline o globulari a seconda della diversa morfologia di cromoplasti. Qui c’è un numero variabile di carotenoidi che dipende da diversi fattori come la via biosintetica, i geni, gli enzimi e la velocità di catabolismo.
La quantità di carotenoidi presente nei tessuti ed organi vegetali è influenzata anche dalla capacità della cellula di sequestrare ed accumulare tali composti. I cromoplasti sono responsabili della colorazione gialla, arancione o rossa in funzione del rapporto relativo tra caroteni e xantofille (queste sono le due classi di carotenoidi). Le xantofille sono responsabili della colorazione gialla e presentano almeno un atomo di ossigeno nella struttura e sono sotto forma di alcool, chetone, o di ciclo. Per questo motivo caroteni e xantofille insieme determinano la colorazione di molti frutti, fiori e radici.
La funzione vessillare dei carotenoidi
La principale funzione dei carotenoidi nei cromoplasti è vessillare, cioè di attrarre impollinatori o animali che disperderanno il seme e permetteranno la propagazione della specie. Le colorazioni dovute ai carotenoidi presenti nelle radici e nei tuberi invece non hanno tale funzione e non rappresentano un vantaggio per la pianta ma sono dovute alla selezione umana e a particolari incroci che sono stati fatti per esaltare una determinata caratterestica.
I carotenoidi come pigmenti accessori
Oltre alla funzione vessillare, i carotenoidi funzionano da pigmenti accessori per la raccolta della luce e proteggono l’apparato fotosintetico dai danni foto-ossidativi. La luce, che colpisce i tessuti vegetali e le clorofille, causa la produzione di radicali liberi che sono poi detossificati dai carotenoidi e per questa loro capacità hanno un ruolo fondamentale anche nell’alimentazione, infatti oltre a proteggere la pianta proteggono anche gli organismi animali che se ne nutrono. Ad eccezione degli afidi, gli animali non sono capaci di sintetizzare questi composti ex-novo ed hanno necessariamente bisogno di introdurli con la dieta.
Carotenoidi e xantofille
Come già detto i carotenoidi si dividono in due grandi gruppi: caroteni e xantofille. I caroteni sono molecole costituite esclusivamente da atomi di carbonio e idrogeno e a questa classe appartengono il licopene che è una molecola lineare a 40 atomi di carbonio, α-carotene e β-carotene che invece hanno delle estremità cicliche. Alla classe delle xantofille appartengono invece importanti pigmenti come la luteina, responsabile della colorazione del frumento e importante per la vista, e la zeaxantina responsabile della colorazione gialla del mais.
Carotenoidi famosi: β-carotene
Un’analisi più approfondita la merita il β-carotene, una provitamina terpenica (provitamina A) contenuta nelle carote e in numerosi vegetali a cui conferisce colorazione rossa o arancio. Dalla degradazione del β-carotene, principale fonte di vitamina A, si ottengono due molecole di Retinale che viene convertito in Retinolo (sostanzialmente la Vitamina A).
Ma perché è così importante questa vitamina? Circa 400 milioni di persone nel mondo sono a rischio per Deficienza in vitamina A (VAD), in particolare in Asia e Africa. La VAD rende i bambini particolarmente suscettibili alle infezioni (affezioni diarroiche, malattie respiratorie, malattie esantematiche, come morbillo e rosolia) e circa 0,3 milioni di bambini diventano ciechi ogni anno per questo motivo.
La Recommended Dietary Allowance (RDA) per la Vitamina A è di 1000 retinolo-equivalenti pari a 6 mg di β-carotene per giorno, quantità che nel mondo occidentale viene assunta molto facilmente; mentre nelle aree più povere il ricorso a supplementi in vitamina A è riuscito a ridurre i problemi legati a questa carenza del 50%, tuttavia ciò risulta molto oneroso e non sempre fattibile.
Fonti
- Ngamwonglumlert et. Al, 2019. Carotenoids. Encyclopedia of Food Chemistry, 40-52.
- Ye et. Al, 2020. Engineering the Provitamin A (β-Carotene) Biosynthetic Pathway into (Carotenoid-Free) Rice Endosperm. Science, 287, 303-305
