Por: Carlos Bolaños Rodríguez. I.A.–Ms.
Director Departamento Técnico 
Halcón Agroindustrial

El uso de aminoácidos en la agricultura se enfoca en el ahorro energético durante la síntesis de aminoácidos con miras a repotenciar el aparato enzimático celular. Sin embargo, en la última década los avances en el conocimiento de las vías de degradación de los aminoácidos para surtir diversas acciones en prácticamente todos los aspectos del metabolismo vegetal nos abre un entendimiento vital en el uso de los mismos.

En general, las plantas fijan carbono atmosférico y asimilan nitrógeno edáfico para formar bloques de elaboración de biomasa como aminoácidos y esqueletos de carbono, en una relación coordinada en cantidades y estequiometría, a lo cual se suman mecanismos de señales y de transporte para asegurar la disponibilidad de estos recursos desde sus sitios de síntesis hacia los de utilización. Pero se debe tener en cuenta que el aporte de la fotosíntesis y de los cloroplastos a estos procesos es temporal, dada su temprana degradación en el ciclo de vida. Por ello, la predominancia en el tiempo de los mecanismos de senescencia, en los que la degradación de los aminoácidos en energía y otros metabolitos se presenta, es crucial para completar los ciclos productivos, considerando que las mitocondrias conservan su funcionalidad hasta el final.

Ahora bien, la dinámica del “catabolismo” de los aminoácidos puede variar a lo largo del ciclo de vida de una planta: va a ser mayor y más importante durante etapas como la germinación, la senescencia y la ocurrencia de estrés, y menor durante el crecimiento y la maduración de las células. 

En la degradación catabólica de aminoácidos libres intervienen una gran diversidad de enzimas proteolíticas, predominantemente de cisteína y serina; también median complejas reacciones en muchos casos. En general, el nitrógeno removido de los grupos amino es transferido hacia las vías de formación de poder reductor y coenzimas (NADP+, NADPH+). Por su parte, los esqueletos de carbono de aminoácidos como Tyrosina, Leucina, Lysina e Isoleucina son capaces de rendir casi tanto ATP (29 a 34 unidades) como la glucosa misma (32 unidades). Aunque la concentración de aminoácidos libres en las hojas puede ser entre 100 y 1000 veces menor que la de aquellos enlazados a cadenas proteínicas, su disponibilidad en las células es determinante, a decir por los productos que sus reacciones generan: 

Aminoácidos de cadena ramificada (Leucina, Isoleucina, Valina): Su oxidación alimenta directamente con electrones la cadena de transporte de los mismos en las mitocondrias. Rinden también grandes cantidades de energía como ATP y reducen tantas moléculas de NADH+ (9 a 10 unidades) y de FADH+ como la glucosa (2 a 4 unidades). 

Arginina: La degradación de este aminoácido, principalmente en la senescencia, tiene por objetivo almacenar excesos de nitrógeno a través de la formación de urea y ornitina. La completa degradación de ornitina y arginina conduce a la formación de algunas poliaminas como spermidina, putrescina y spermina, fitohormonas reguladoras del crecimiento vegetal. 

Aspartato, Asparagina, Alanina y Glutamina: Partiendo de la desaminación de estos aminoácidos resulta la formación directa de piruvato, como en caso de la alanina o, indirectamente, con la previa generación de oxaloacetato, lo cual precede la formación de Acetyl Co-A, pilar del ciclo de los ácidos tricarboxílicos y motor de la producción de energía química ATP. 

Prolina, Histidina y Glutamato: Histidina y prolina pueden transformarse en glutamato, que da origen al Gama-aminobutirato (GABA), descrito como neurotransmisor inhibitorio, cuya presencia puede generar alteraciones nerviosas. Es decir, la producción de GABA se presume como mecanismo de defensa de las plantas frente a ataques de insectos aunque, debido a su acumulación en cantidades milimolares y su ocurrencia en episodios de estrés, hacen que su significancia sea todavía poco clara. Por su parte, la Prolina ha sido ampliamente documentada como “osmolito”, cuyo papel es esencial para mantener la turgidez celular en situaciones de estrés hídrico. 

Lysina: La conversión catabólica de Lysina en sacaropina y mediando reacciones no completamente dilucidadas da como resultado la generación de Acetyl Co-A, que ingresa al ciclo de los ácidos tricarboxílicos con la consecuente producción de ATP. Esta producción de energía es comparable en cantidad con la glucosa como ya fue mencionado, y eso presume una gran importancia para el metabolismo vegetal bajo escasez de carbono, como puede ser durante ausencia de luz o situaciones extremas de estrés. Adicionalmente, Lysina puede ser transformada en L-pipecolato, compuesto al que se le ha identificado como regulador de respuestas inmunes en las plantas (Resistencia Sistémica Adquirida – SAR). 

Glycina, Serina y Threonina: Estos aminoácidos se interconvierten y son, en contraste, importantes durante el día debido a su participación en la “fotorrespiración” de las plantas de metabolismo fotosintético C3. Hacen parte del conjunto de reacciones de fijación carbono mediante la formación de carbohidratos (glicerol, 3-fosfoglicerol) en presencia lumínica y de la mano de la fotosíntesis. 

Cisteina: El esqueleto de carbono proveniente de la remoción de los grupos amino y sulfhidrilo, a partir de este aminoácido azufrado, es convertido en Piruvato para originar energía en el ciclo de los ácidos tricarboxílicos. Así, la Cisteína es fuente de H2S, compuesto-señal en la reversión de apertura estomática. Ambas funciones hacen a la Cisteína particularmente importante en situaciones de estrés. 

Methionina: a partir de reacciones de metilación de este aminoácido, metionina es precursor de fitohormonas como poliaminas, etileno y biotina. Aunque también su completa degradación da origen a Acetyl Co-A; también funge como iniciador de la síntesis de Isoleucina, aminoácido de cadena ramificada.

Tyrosina y Fenilalanina: Un camino de degradación de Tyrosina origina precursores de “Tocoferoles”,sustancias antioxidantes encargadas de proteger las células vegetales de los daños ocasionados por las denominadas “Especies Reactivas de Oxígeno – ROS”. Estas sustancias son producidas en abundancia como consecuencia de las reacciones de protección frente al estrés. Por su parte, la degradación de Fenilalanina resulta al parecer en la formación de Tyrosina. 

Triptófano: Si bien no son muy estudiados los caminos de degradación de Triptófano, sigue siendo de resaltar ampliamente su papel como precursor de las fitohormonas del grupo de las auxinas, así como de defensa frente a ataques de plagas y enfermedades tales como fitoalexinas y alcaloides. 

Así, las multifacéticas vías de aprovechamiento de los aminoácidos en el suministro energético de las células vegetales, en combinación con nutrientes minerales quelatados y en alta concentración, conforman parte protagónica en la apuesta de Halcón Agroindustrial con FORMADOR 2000 hacia una exitosa incursión en la floricultura colombiana. Una apuesta tecnológica en la formulación integradora y portadora de “Energía al instante para su cultivo”. 

Referencias 

  • BORGHI, M. and FERNIE, A. “Floral metabolism of sugars and amino acids: implications for pollinators’ and seed and fruit set”. Max Plank Institute of Molecular Plant Physiology, 14476 Postdam – Golm, Germany. En: Plant Physiology. Vol. 175: pp 1510-1524, diciembre de 2017. 
  • HILDEBRANDT, T. et al. “Amino acid catabolism in plants”. Institut für Pflanzengenetik, Leibniz Universität Hannover, Herrenhäuser Strabe 2, 30419 Hannover, Germany. En: Molecular Plant 8, 1563-1579. Noviembre de 2015. 
  • GRIFFITHS, C. et al. “Metabolite transport and associated sugar signaling systems underpinning source/sink interactions”. Plant Biology and Crop Science, Rothamsted Research, Hertfordshire AL5 2JQ, UK. En: Biochimica et Biophysica Acta. 1857: 1715-1725. 2016. 
  • SALISBURY, F. and ROSS, C. 1985. “Plant Physiology”. University of Minnesota. Wadsworth Publising Company. ISBN: 0534044824, 9780534044824. 540 p. 
  • TAKHUR, T.S. and KAI, V.K. “Exogenously supplied amino acids and water déficits in Zea mays cultivars”. Department of Bio-Sciences, Himachal Pradesh University. Simle – 171005, India. En: Biologia Plantarum. 27 (6): 458-461, 1985.