Betalaínas: pigmentos y colores

Patricia Hernández Ledesma y Samuel Cruz Esteban 

Artículo publicado en el Portal Comunicación Veracruzana el día 16 de julio 2021

Las betalaínas son pigmentos presentes solo en un grupo muy reducido de familias botánicas, son responsables de los colores de flores y frutos de plantas como las cactáceas. Tienen un papel fundamental en la polinización y dispersión de las semillas, representan una novedad evolutiva que ha incentivado un gran número de estudios sobre sus propiedades y aplicaciones.

Palabras clave: pigmentos, betabel, betalaínas, antocianinas

Uno de los componentes más importantes de las plantas son los pigmentos, se trata de moléculas que absorben luz y reflejan una parte de ella de color especifico (el que percibimos o vemos), dando lugar a una gran variedad de colores. Los pigmentos más conocidos son las clorofilas, son las responsables de que se lleve a cabo la fotosíntesis, del color verde de las hojas y en algunos grupos de plantas del color de los tallos. Otro grupo de pigmentos son aquellos responsables de los colores de flores y frutos, que juegan un papel importante en las plantas, ya que actúan como señales visibles para atraer a diversos animales e insectos y se pueda llevar a cabo la polinización y dispersión de las semillas, además protegen a las plantas del daño de la luz solar, fitopatógenos y metales pesados (Brockington et al. 2011). Los carotenoides y los flavonoides, incluyendo las antocianinas son los tipos de pigmentos predominantes en este grupo. Sin embargo, existe un grupo de plantas con flor, dentro del orden Caryophylalles, que se caracteriza por presentar un tipo de pigmentos llamados betalaínas, este grupo incluye a 17 familias botánicas entre las que se encuentran las Cactaceae (catus), Aizoaceae (plantas piedra y afines), Nyctaginaceae (la familia de las bugambilias), Portulacaceae (la familia de las verdolagas) entre otras. 

Estos pigmentos tienen una gran relevancia evolutiva ya que, son exclusivas de los grupos de plantas en los que se presentan, (Figura 1), siendo mutuamente excluyentes con las antocianinas; así también, representan una convergencia evolutiva con algunos grupos de hongos, como Amanita muscaria y de especies de los géneros Hygrocybe y Hygrophorus (Sadowska-Bartosz y Bartosz, 2021) si bien, las funciones de las betalaínas en la coloración de flores y frutos son obvias, en los hongos no son del todo conocidas (Strack et al., 2003).

Las betalaínas fueron aisladas por primera vez en las raíces tuberosas del betabel (Beta vulgaris) y del cual deriva su nombre (Figura 2). Estos pigmentos se acumulan en las flores, frutos y en ocasiones en tallos y raíces, localizándose en las vacuolas de las células; se caracterizan por contener nitrógeno, un ácido conocido como betalámico, ser solubles al agua, por tener propiedades antioxidantes muy elevadas y por su función como barrera contra los rayos UV. Dependiendo de su estructura química se caracterizan en dos grandes grupos: las betacianinas que reflejan tonos rojo-púrpuras (Figura 3) y las betaxantinas que reflejan tonos amarillo-anaranjados (Figura 4), dentro de estos grupos se han caracterizado diversas variantes que, de acuerdo a las plantas en las que se han aislado reciben su nombre, por ejemplo, la bougainvilleina e isobougainvilleina en las bugambilias, la amarantina en el amaranto, la hylocerenina en Hylocereus sp. (pitahaya) entre otros (Sadowska-Bartosz y Bartosz, 2021). Además de la relevancia de las betalaínas en la polinización, dispersión y protección en las plantas que las presentan, en casos específicos como las cactáceas con espinas de colores llamativos como el anaranjado, rojo o amarillo (Figura 4), se ha reportado la importancia de estos pigmentos en relación a la coloración aposemática (Lev-Yadun, 2016), un mecanismo de defensa que consiste en mostrar por medio de colores brillantes y llamativos, señales de advertencia o peligrosidad a los herbívoros y que es poco estudiado en las plantas.

La presencia exclusiva de las betalaínas en un grupo tan reducido de familias botánicas no sólo ha llamado la atención de los científicos para inferir las relaciones de parentesco entre estas y su evolución en el contexto de las plantas con flor, sino que además ha estimulado, en las últimas décadas, diversas investigaciones de sus propiedades antioxidantes, sus posibles beneficios a la salud humana y su uso como pigmentos naturales. Por ejemplo, los estudios de Tesoriere y colaboradores (2004) en Opuntia ficus-indica, una especie de nopal conocida en México como nopal de castilla, enfocados a la actividad antioxidante de las tunas de esta especie, sugieren que el consumo de este fruto en la dieta de los humanos representa beneficios importantes, que puede reducir el riesgo de enfermedades degenerativas y las relacionadas con la edad a nivel del estrés oxidativo corporal. Si bien en este estudio mencionan que las actividades antioxidantes u otras actividades biológicas de las betalaínas in vivo merecen una investigación más profunda. Por otro lado, en una de las revisiones más actuales de investigaciones de las propiedades biológicas y aplicaciones de las betalaínas, se menciona que éstas se han estado enfocando en su capacidad antimicrobial (contra bacterias, hongos, virus y protozoarios), anticancerígenas, en la reducción de la concentración de la glucosa, en estudiar sus efectos contra la diabetes, en sus efectos de sus propiedades de protección del hígado, en sus efecto contra enfermedades neurodegenerativas, enfermedades cardiovasculares e inflamatorias, en sus efectos diuréticos, entre otros (Sadowska-Bartosz y Bartosz 2021). 

Por otro lado, en la industria alimenticia las betalaínas han llamado la atención como colorantes naturales, de hecho, una de sus variantes, la betanina, aislada del betabel, es un colorante rojo-purpureo ampliamente utilizado como colorante alimenticio y aprobado por la Unión Europea y la FDA (Food and Drug Administration) en Estados Unidos de América (Sadowska-Bartosz y Bartosz, 2021), mientras que los colorantes de las pitayas/pitahayas y de diversos tipos de tunas en tonos amarillo-anaranjados, siguen siendo explorados en este aspecto. Otras aplicaciones de las betalaínas como colorantes naturales también incluyen a la industria textil para tintorear telas, fibras y materiales como el cuero.

En conclusión, podemos mencionar que las betalaínas no sólo representan una novedad evolutiva dentro de las plantas con flor, sino que los estudios, muchos de ellos en marcha, de sus propiedades biológicas y aplicaciones, remarcan su importancia y potencial más allá de sus funciones biológicas en las plantas. Al parecer presentan muchos efectos alentadores en problemas de salud humana, por lo que es de gran importancia motivar a los investigadores de estas áreas en profundizar en estos temas de gran relevancia.

Flores y espinas color amarillo en la biznaga dorada Kroenleinia grusonni (Cactaceae) dado por las betaxantinas.

Autor: Patricia Hernández Ledesma

Referencias

• Brockington SF., R.H. Walker, B.J. Glover, P.S. Soltis & D.E. Soltis. 2011. Complex pigment evolution in the Caryophyllales. New Phytologist 190: 854-864.
• Lev -Yadun S. 2016. Defensive (anti-herbivory) coloration in land plants. Springer, Switzerland.
• Sadowska-Bartosz I. & G. Bartosz. 2021. Biological properties and applications of betalains. Molecules 26: 2520. https://doi.org/10.3390/molecules26092520
• Strack D., T. Vogt & W. Schliemann. 2013. Recent advances in betalain research. Phytochemistry 62: 247-269.
• Tesoriere L., D. Butera, A.M. Pintaudi, M. Allegra & M.A. Livrea. 2004. Supplementation with cactus pear (Opuntia ficus-indica) fruit decreases oxidative stress in healthy humans: a comparative study with vitamin C1-3. American Journal of Clinical Nutrition 80: 391-395. https://doi.org/10.1093/ajcn/80.2.391