Los aminoácidos son un compuesto orgánico formado por un átomo de carbono al que se le une un grupo amino básico en un extremo (NH2) y un ácido carboxílico (COOH) en el otro extremo. En las otras dos valencias del carbono se unen un átomo de hidrógeno y una molécula variable a la que denominaremos “radical libre”. Seguimos con nuestras clases de jardinería.

Forma de un aminoácido
Forma de un aminoácido

L-aminoácidos y D-aminoácidos.

Según el grupo amino este a la derecha o a la izquierda los aminoácidos se denominan L-aminoácidos o D-aminoácidos y esto es debido a la asimetría del átomo de carbono; las proteínas están constituidas únicamente por L-aminoácidos.

Configuración L de un aminoácido
Configuración L de un aminoácido
Configuración D de un aminoácido
Configuración D de un aminoácido

AMINOÁCIDOS DEXTRÓGIROS Y LEVÓGIROS.

Los aminoácidos son compuestos sólidos, no tienen color, pueden cristalizar y tienen actividad óptica y un comportamiento anfótero. La actividad óptica se manifiesta por la desviación de la luz, que es debido a la asimetría de la molécula ya que el átomo de carbono se une (excepto en la glicina) a cuatro moléculas distintas; si desvía la luz hacia la derecha se llama Dextrógiro y la desvía hacia la izquierda se denomina Levógiro. Un L-aminoácido puede ser Dextrógiro o Levógiro, al igual que los D-aminoácidos. Recientes investigaciones postulan que la aplicación constante de una fuerza (el campo magnético terrestre, la radiación electromagnética circular polarizada como la causada por la explosión de una supernova, o el efecto Coriolis, el causado por la rotación de la Tierra sobre su eje)  habría contribuido a seleccionar una determinada orientación de ciertas moléculas orgánicas; de hecho, en los aminoácidos predominan las formas levógiras y sin embargo en los azúcares predominan las formas dextrógiras.

Aminoácidos Levógiro y Dextrógiro
Aminoácidos Levógiro y Dextrógiro

                                      Levógiro                        Dextrógiro

IONIZACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS.

El carácter anfótero significa que en disolución acuosa pueden actuar como un ácido o una base:

  • A pH alcalino se comportan como un ácido y los grupos carboxilos ceden protones, pasando de -COOH a -COO.
  • Por el contrario, a pH ácido se comporta como una base y los grupos aminos captan protones, pasando de -NH2 a -NH3+.

A las moléculas con esta propiedad se le llama anfolito.

Cada aminoácido tiene un pH en el que tiende a adoptar una forma dipolar neutra (o zwitterión), con tantas cargas positivas como negativas, que se denomina punto isoeléctrico.

IONIZACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS.

  pH ácido (carga positiva)    – zwitterión (carga neutra)  –  pH básico (carga negativa)

POLARIDAD DE LOS AMINOÁCIOS.

Esta propiedad es de gran importancia pues determina la solubilidad. Podemos clasificar a los aminoácidos en función de su polaridad en cuatro grupos:

  1. Aminoácidos con radical libre no polar. Existen ocho aminoácidos con esta característica; alanina, leucina, isoleucina, valina, prolina, fenilamina, triptófano y metionina. Estos aminoácidos son menos solubles en agua que los aminoácidos con radical libre polar. El menos hidrófobo es la alanina que está en el límite entre los aminoácidos con radical libre no polar y los polares.
Aminoácidos Leucina
Aminoácidos Leucina

         Leucina

  • Aminoácidos con radical libre polar sin carga. Pueden establecer enlaces por puente de hidrógeno con la molécula de agua por lo que su solubilidad es relativamente superior a los del grupo anterior. Son la serina, treonina, tirosina (su polaridad se debe a sus grupos hidroxilo -OH), la aspargina, la glutamina (la polaridad se debe a sus grupos amídicos -NH2) y la cistina (se debe a su grupo sulfidrilo -SH). De todos ellos los más solubles son la tirosina y la cistina ya que sus grupos tilo e hidroxilo fenólico tienden a la inonización, cediendo protones, más fácilmente que el resto de aminoácidos de este grupo.
Aminoácido Tirosina
Aminoácido Tirosina

        Tirosina

  • Aminoácidos con radical libre con carga positiva. Estos aminoácidos poseen carga positiva a pH 7 y son la lisina, la arginina y la histidina. Esta última tiene sus propiedades al límite ya que a pH6 más del 50% de las moléculas de histidina están cargadas positivamente, pero a pH 7 solo el 10% de las moléculas son positivas.
Aminoácido Lisina
Aminoácido Lisina

              Lisina

  • Aminoácidos con radical libre con carga negativa. Los ácidos aspárticos y glutámico a pH entre 6 y 7 tienen un segundo grupo carboxilo ionizado con carga negativa.
Aminoácido ácido aspártico
Aminoácido ácido aspártico

     Ácido aspártico

Que un aminoácido tenga carga positiva o negativa es lo que determina las propiedades electrolíticas de las futuras proteínas, y de ellas dependen, en gran medida, sus propiedades biológicas.

El Uso de aminoácidos en las Plantas

Los aminoácidos son de vital importancia en el metabolismo de los seres vivos, dado que son las unidades estructurales que forman las proteínas, macromoléculas con funciones muy distintas. Las proteínas están formadas por la unión de aminoácidos mediante un enlace peptídico; dicho enlace se produce entre el grupo COOH de un aminoácido y el grupo NH2 de otro aminoácido.

Aminoácido en plantas
Aminoácido en plantas

Una de las principales funciones de estas proteínas es actuar como catalizadores (enzimas) de las reacciones bioquímicas del metabolismo de la planta (tanto del metabolismo primario como del secundario), gracias a los cuales se incrementa la velocidad de estas reacciones. De ahí el efecto bioestimulante de la aplicación exógena de aminoácidos.

Aminoácidos
Aminoácidos

Los aminoácidos pueden emplearse en cualquier momento o fase del ciclo de una planta ya que, aparte de ser la unidad estructural de las proteínas:

  • Ejercen una acción quelante sobre distintos iones.
  • Intervienen en la síntesis de fitohormonas.
  • Tienen actividad antioxidante.
  • Favorecen la absorción del nitrógeno.

Pero su principal uso está dirigido principalmente a desbloquear a la planta ante situaciones de estrés y ayudar le a superarlas. Las plantas, ante situaciones de estrés responden sintetizando rápidamente proteínas que ayuden a potenciar su metabolismo, pero esta síntesis de proteína tan rápida conlleva la previa síntesis de los aminoácidos que formarán la cadena peptídica lo que supone un elevado gasto energético para el vegetal. Aportando L-aminoácidos libres evitamos que la planta pueda usar su energía en otros menesteres.

Pero cada aminoácido tiene una función diferenciada e independiente dentro del metabolismo, aspecto a tener en cuenta si queremos hilar fino y hacer una bioestimulación de precisión. El aminograma (cuantificación de la cantidad de cada aminoácido) de cada producto en base a aminoácidos dependerá del material de procedencia. Normalmente proceden de la hidrólisis (rotura del enlace peptídico que une los aminoácidos para formar la proteína) enzimática o ácida de material de origen animal o vegetal, aunque últimamente están pegando con fuerza los aminoácidos de síntesis.

La calidad de un producto a base de aminoácidos dependerá del porcentaje de aminoácidos libres que contenga ya que podréis ver etiquetas de productos que dicen “aminoácidos totales 20%” y a continuación “aminoácidos libres 10%”; estos últimos son, por el tamaño de molécula (entre 0,5 y 1,2 nanómetros)  y su menor peso molecular los que pueden penetrar con mayor facilidad por los poros de la cutícula de la hoja y por la epidermis de la raíz ya que se encuentran como monómeros, es decir, no están unidos a ningún otro aminoácido. El resto son cadenas de péptidos no hidrolizadas con un tamaño entre 5 y 10 nanómetros que no pueden penetrar en la planta.

Los aminoácidos se pueden obtener de tres maneras:

  1. Hidrólisis enzimática.
  2. Hidrólisis ácida.
  3. Hidrólisis alcalina.

Las dos primeras dan como resultado una preponderancia de L-aminoácidos, diferenciándose las dos en que la hidrólisis ácida produce una mayor cantidad de aminoácidos libres que la hidrólisis enzimática. La hidrólisis alcalina produce un 5 de ambas formas, L y D.

SINTESIS DE AMINOÁCIDOS.

Las plantas sintetizan aminoácidos a partir del nitrógeno inorgánico absorbido vía radicular, del hidrógeno y del carbono. En las plantas existen cinco vías de síntesis de aminoácidos que se denominan en función de la molécula precursora:

  1. Ruta del piruvato; por esta ruta se sintetizan la alanina, valina y leucina.
  2. Ruta del oxalacetato; se sintetizan el ácido aspártico, la treonina, lisina, metionina e isoleucina.
  3. Ruta del alfacetoglutarato; se sintetizan el ácido glutámico, la prolina, hidroxiprolina y arginina.
  4. Ruta del siquimato; tirosina, fenilamina, triptófano e histidina.
  5. Ciclo de Calvin; glicina, serina y cistina.

AMINOÁCIDOS ESENCIALES.

Existen cientos de aminoácidos, pero solo 20 forman parte de las proteínas y estos son: Ácido aspártico (Asp, D), Ácido glutámico (Glu, E), Alanina (Ala, A), Arginina (Arg, R) Asparagina (Asn, N), Cisteína (Cys, C), Fenilalanina (Phe, F), Glicina (Gly, G), Glutamina (Gln, Q),  Histidina (His, H), Isoleucina (Ile, I), Leucina (Leu, L), Lisina (Lys, K), Metionina (Met, M), Prolina (Pro, P), Serina (Ser, S), Tirosina (Tyr, Y), Treonina (Thr, T), Triptófano (Trp, W) y Valina (Val, V).

De estos 20 aminoácidos proteicos citados anteriormente los seres autótrofos son capaces de sintetizarlos todos, pero los seres heterótrofos no y deben incorporar algunos a través de la dieta. Éstos son los que se conocen como aminoácidos esenciales y en el caso de los vegetales, al ser organismos autótrofos son capaces de sintetizar todos los aminoácidos, pero como ya veremos, esta síntesis es muy costosa desde el punto de vista energético.

En los vegetales, a parte de los aminoácidos proteicos, se han catalogado hasta 250 aminoácidos no proteicos que desempeñan otras funciones fisiológicas y metabólicas, siendo precursores de otras moléculas imprescindibles para el metabolismo de la planta como hormonas, coenzimas, nucleótidos, polímeros de la pared celular, etc.

BENEFICIOS DEL APORTE DE AMINOÁCIDOS EN LAS PLANTAS.

  • Favorece el enraizamiento de las plantas y estimula el crecimiento radicular en fases en las cuales los frutos no dejan pasar los fotoasimilados a la raíz.
  • Promueve el cuajado y estimula la floración al potenciar la multiplicación celular.
  • Incrementa el rendimiento y calidad de la cosecha, al disminuir el consumo energético que conlleva la propia síntesis de aminoácidos.
  • Estimula el desarrollo y formación del fruto.
  • Mejora las propiedades del suelo al promover la microflora y fauna.
  • Mitiga los efectos negativos procedentes del estrés ambiental.

CLASIFICACIÓN Y FUNCIONES DE LOS AMINOÁCIDOS EN LAS PLANTAS.

1.-AMINOÁCIDOS ALIFÁTICOS.

Se denominan así a aquellos aminoácidos cuyo grupo radical es una cadena hidrocarbonada y son:

1.1.- Glicina, Gly, G.

Glicina
Glicina

Posee una gran acción quelante, por lo que un alto contenido en este aminoácido favorece la asimilación de los nutrientes. Es recomendable su aplicación al suelo para complejar nutrientes bloqueados en él o incorporarlo al tanque de fertirrigación (siempre que el pH del mismo sea compatible con el propio aminoácido). La glicina también actúa mejorando el proceso de floración y fecundación, por lo que también tiene interés utilizarlo en los momentos previos a la floración. Es el pilar fundamental de la molécula de la clorofila y de los citocromos, por lo que está muy relacionado con la clorofila y la fotosíntesis y su aplicación también fomenta el desarrollo y salida de nuevos brotes. Participa, junto con la lisina, en los sistemas de autodefensa de la planta.

          1.2.-Alanina, Ala, A.

Alanina
Alanina

La alanina está relacionada la ayuda en el proceso de fotosíntesis potenciando los mecanismos de síntesis de clorofila. Su aplicación fomentará una planta más verde y una mayor actividad metabólica. Promueve la germinación de las semillas, por lo que se puede utilizar en los primeros riegos o directamente en impregnación de semillas antes de su plantación.

          1.3.-Valina, Val, V.

Valina
Valina

La valina potencia y promueve la germinación de semillas. Favorece la resistencia de la planta ante situaciones de estrés, tanto biótico como abiótico.

          1.4.-Leucina, Leu, L.

Leucina
Leucina

Incrementa la producción potenciando la floración y cuajado de frutos y reduciendo la posterior caída de frutos cuajados (aborto de frutos). Mejora la calidad del fruto. Interesante su aplicación en olivar.

          1.5.-Isoleucina, lle, I.

Isoleucina
Isoleucina

Aminoácido regulador. Equilibra los mecanismos internos de la planta, mejorando las características de los tejidos foliares y aportando un choque energético.

          1.6.-Prolina, Pro, P.

Prolina
Prolina

La prolina, aunque, también tiene una cadena lateral de naturaleza alifática, difiere de los demás aminoácidos alifáticos en que su cadena lateral está unida tanto al carbono alfa como al nitrógeno del grupo amino. Actúa como regulador del funcionamiento interno de la planta y la planta lo sintetiza en situaciones de estrés incrementando sus niveles hasta 25 veces el nivel normal, produciendo una bajada de la arginina y la serina. Las aplicaciones externas de este aminoácido son muy favorables para permitir una salida de la situación negativa que produce el estrés en la planta. Tiene un papel fundamental en el balance hídrico de la planta. Favorece la apertura estomática y favorece la polinización del grano de polen,

2.-AMINOÁCIDOS AROMÁTICOS.

Encuadra a aquellos aminoácidos cuyo radical es una cadena aromática.

          2.1.-Fenilanina, Phe, F.

Fenilanina
Fenilanina

Es un componente especial en la formación de proteínas y síntesis de compuestos fenólicos o aceites. El origen de estas sustancias es el ser utilizadas por las plantas como sistema de defensa ante situaciones adversas. Es interesante potenciar su presencia en plantas de las cuales se extraen extractos botánicos (aromas, aceites, resinas, etc.), que pueden tener uso farmacéutico.

La activación de la ruta del ácido shikímico está muy relacionada con el aminoácido fenilalanina (el ácido shikímico es un material de partida esencial en la síntesis de oseltamivir, uno de los medicamentos antivirales más efectivos disponibles para el control del virus de la influenza AH1N1. La principal fuente del ácido shikímico ha sido el anís estrellado de China).

          2.2.-Tirosina, Tyr, Y.

Tirosina
Tirosina

Supone un aporte de energía al ciclo de Krebs y una defensa ante situaciones de estrés biótico (ataque de plagas y herbívoros) estimulando la producción de los precursores de los alcaloides.

          2.3.-Triptófano, Trp, W.

Triptófano
Triptófano

Precursor de las auxinas, fitohormona relacionada con la división celular. Influye, al igual que la tyrosina, en la activación de las rutas de defensa de las plantas frente a situaciones de estrés (ataque de animales, daños mecánicos, sequía, etc.).

          2.4.-Fenil-alanina, Phe, F.

Fenil-alanina
Fenil-alanina

          Interviene en la síntesis de precursores de los alcaloides y potencia la síntesis de pigmentos.

3.-AMINOÁCIDOS AZUFRADOS.

Hay dos aminoácidos cuyas cadenas laterales poseen átomos de azufre; son la cisteína, que posee un grupo sulfhidrilo, y la metionina, que posee un enlace tioéster.

          3.1.-Cisteína, Cys, C.

Cisteína
Cisteína

          Es rica en péptidos antimicrobianos (defensinas y tioninas) que ejercen acción antifúngica inhibiendo el crecimiento de un amplio rango de microorganismos patógenos. También influye en los mecanismos de resistencia abiótica de las plantas.

          3.2.-Metionina.

Metionina
Metionina

Vía foliar y como precursor del etileno, esta relacionado con la maduración y coloración de los frutos; aplicado en fertirrigación favorece el desarrollo radicular. Favorece la asimilación de los nitratos.

4.-AMINOÁCIDOS HIDROXILADOS.

Son aquellos cuyo radical libre está ocupado por un grupo alcohólico. Esto hace que sean más hidrofílicos y reactivos.

          4.1.-Serina, Se, S.

Serina
Serina

Está relacionado con los mecanismos de actuación frente a estrés abiótico (heladas, granizo, temperaturas altas, etc.). Es muy frecuente encontrarla en los centros activos de los enzimas.

          4.2.-Treonina, Thr, T.

Treonina
Treonina

Interviene en diversas rutas del metabolismo celular por lo que influye sobremanera en el crecimiento vegetal. Al ser la diana Diana para la O-glicosilación y la fosforilación, aumenta el contenido energético en los vegetales.

5.-AMINOÁCIDOS ÁCIDOS.

Sus cadenas laterales están cargadas negativamente a pH fisiológico.

5.1.-Ácido aspártico, Asp, D.

Ácido aspártico
Ácido aspártico

Aminoácido comodín, actúa en todas las rutas metabólicas de la planta.

5.2.-Asparragina, Asn, N.

Asparragina
Asparragina

Derivado sin carga del ácido aspártico. Relacionado con el flujo xilemático del nitrógeno. Su aplicación foliar palía los síntomas de deficiencia de nitrógeno.

5.3.-Acido glutámico, Glu, E.

Ácido Glutámico
Ácido Glutámico

Uno de los aminoácidos más importantes. Interviene en la estimulación de los procesos fisiológicos en hojas jóvenes. Interviene en la activación de los mecanismos de defensa frente a factores bióticos y abióticos. Potencia el poder de germinación del grano de polen y la elongación del tubo polínico. Vía foliar ayuda a la planta a sintetizar el resto de aminoácidos que necesita en cada momento. Es precursor de otros aminoácidos.

5.4.-Glutamina.

Glutamina
Glutamina

          Derivado sin carga del ácido glutámico. Interviene en las reacciones de reducción del nitrógeno dentro de la planta.

6.-AMINOÁCIDOS BÁSICOS.

Sus cadenas laterales están cargadas positivamente a pH fisiológico.

          6.1.-Lisina, Lys, K.

Lisina
Lisina

Aporta resistencia en situaciones adversas, especialmente en sequía. Se le relaciona con la síntesis de clorofila. Catalizador en la absorción de nitrógeno.

6.2.-Arginina, Arg, R.

Arginina
Arginina

Aminoácido utilizado como estimulante. Precursor de la hormona natural auxina por lo que favorece la división celular y por lo tanto el desarrollo de hojas, tallos y brotes.

Estimula el desarrollo radicular (como también lo hace la metionina).

Uso recomendado foliar (como estimulante) y en fertirrigación (complejación de nutrientes en suelo y estimulación desarrollo raíces).

6.3.-Histidina, His, H.

Histidina
Histidina

Interviene en los mecanismos de autoprotección de las plantas frente a daños por radiación. Relacionada en la síntesis del triptófano.