¿Qué son los carotenoides?

 

Los carotenoides son pigmentos orgánicos de naturaleza liposoluble responsables de los colores amarillo, naranja, rojo y morado en una amplia variedad de plantas, animales y microorganismos. Los carotenoides presentes en la naturaleza forman el grupo más representativo de los tetraterpenos, compuestos caracterizados por una estructura con 40 atomos de carbono formando cadenas polienicas conjugadas, simétricas y lineales. Este esqueleto básico puede modificarse de varias maneras: por hidrogenación, deshidrogenación, ciclación, cambio de posición del doble enlace, acortamiento o extensión de la cadena, reordenamiento, isomerización, introducción de funciones oxigenadas o por combinaciones de estos procesos, dando como resultado una gran diversidad de estructuras.

 

La demanda industrial de pigmentos carotenoides, tales como β-caroteno y astaxantina, es cada vez mayor debido a la amplia variedad de aplicaciones como agentes colorantes de alimentos (ej.: margarina, bebidas no alcoholicas, bollería,…), como precursores de la vitamina A (pro-vitamina A) en alimentos y piensos, como aditivos para cosméticos y preparados multivitamínicos, y en la ultima década como antioxidantes para reducir el daño celular o tisular.

 

 

Figura 1: Color característico de la margarina debido a la adición de carotenos.

 

A todo ello, los carotenoides presentan multiples propiedades terapéuticas, tanto como agentes anticancerígenos, fotoprotectores, antioxidantes, protectores cardiovasculares, previenen degeneracion macular,..

 

Estructuralmente, los carotenoides pueden ser divididos en carotenos  (hidrocarburos carentes de oxigeno) y xantofilas (hidrocarburos oxigenados). Las funciones oxigenadas más comunes son los grupos hidroxi (OH) y epoxi (epóxidos 5,6 ó 5,8); aldehído (CHO), ceto (C=O), carboxi (CO2H), carbometoxi (CO2CH3) y metoxi (OCH3). Tanto los carotenos como las xantofilas pueden ser aciclícos, como el fitoflueno, el α-caroteno y el licopeno; monocíclicos o bicíclicos. La ciclización ocurre en uno o ambos extremos de la molécula, formando uno o dos anillos β de seis miembros (β-ionona) o anillos α (α-ionona). Así, el monocíclico α-caroteno tiene un anillo β mientras; los bicíclicos β-caroteno, β-criptoxantina, zeaxantina y astaxantina tienen dos anillos. Los bicíclicos α- caroteno y luteína contienen un anillo β y un anillo α.

 

Estructura del B-caroteno

 

Figura 2: Estructura del β-caroteno.

 

Respecto a su distribución, no hay duda de que los carotenoides son pigmentos ampliamente distribuidos en la naturaleza; se encuentran en todo el reino vegetal, en bacterias, algas, hongos, vertebrados e invertebrados. En los organismos fotoautótrofos, los carotenoides son componentes esenciales del aparato fotosintético y se localizan en los centros de reacción de los fotosistemas y en los complejos antena, unidos a proteínas integrales de membrana, donde participan en la absorción de luz y en la protección del aparato fotosintético frente a daños fotooxidativos. Ya que solo los organismos fotosintéticos y ciertas bacterias son capaces de sintetizar carotenoides, los animales que no pueden sintetizarlos de novo, deben incluirlos en la dieta para adquirir sus colores característicos (ej.: salmones, flamencos, gambas y crustáceos en general) o como precursores de compuestos esenciales, tales como la vitamina A. Las microalgas destacan por el amplio abanico de carotenoides que pueden sintetizar (ej.: carotenos y xantofilas como violaxantina, anteraxantina, zeaxantina, neoxantina, luteína, loroxantina, astaxantina y cantaxantina; así como diatoxantina, diadinoxantina y fucoxantina, estas últimas derivadas de microalgas pardas).

 

Propiedades de los carotenoides

 

En el ser humano, las reacciones de oxidación impulsadas por las especies reactivas de oxígeno puede conducir a daño celular y/o mutación; éstos pueden a su vez conducir a varios síndromes, enfermedades cardiovasculares, algunos tipos de cáncer y enfermedades degenerativas y envejecimiento en general. Como potentes antioxidantes biológicos, los carotenoides son capaces de absorber la energía de excitación de los radicales de oxígeno singlete, protegiendo a los tejidos del daño químico. También pueden retrasar la propagación reacciones en cadena como las iniciadas por la oxidación de ácidos grasos poliinsaturados, que se sabe que contribuyen de manera espectacular a la degradación de los lípidos de membrana, dificultando seriamente la integridad celular.


Un ejemplo ilustrativo es la disminución de la capacidad cognitiva que acompaña a la enfermedad de Alzheimer, que aparentemente es causada por el estrés oxidativo persistente en el cerebro. Utilizando ratones transgénicos alimentados con extractos de Chlorella sp. que contienen β-caroteno y luteína, Nakashima et al. reportaron una prevención significativa del deterioro cognitivo. Wu et al. utilizaron igualmente extractos de Chlorella sp. que contenían 2-4 mg de luteína, e informaron de una reducción en la incidencia de cáncer, así como la prevención de la degeneración macular. Del mismo modo, los carotenoides extraídos específicamente de Chlorella ellipsoidea y C. vulgaris inhibieron el desarrollo del cáncer de colon. Además, la astaxantina obtenida a partir de H. pluvialis disminuyó la expresión de ciclina D1, pero aumentó la de p53 y algunos inhibidores de la ciclina quinasa de líneas celulares de cáncer de colon.

 

Cultivos industriales de microalgas para la posterior extracción de carotenoides.

 

Figura 3: Cultivos industriales de microalgas para la posterior extracción de carotenoides.


Los carotenoides tienen también la capacidad de estimular el sistema inmunológico, por lo tanto están potencialmente implicados en más de 60 tipos de enfermedades, incluyendo diversas formas de cáncer, enfermedades coronarias, envejecimiento prematuro y artritis; esto es especialmente representativo en el caso de la cantaxantina y astaxantina.