L-Galactose dehydrogenase and L-Gulone-1,4-lactone dehydrogenase influence in biosynthesis of vitamin C in Myrciaria dubia (Kunth) McVaugh “camu-camu”
Juan C. Castro, Angel Araujo, Freddy Gutiérrez, Sixto A. Imán
Laboratorio de Biotecnología. Centro de Investigaciones de Recursos Naturales de la Amazonía (CIRNA),bUniversidad Nacional de la Amazonia Peruana (UNAP). Pasaje Los Paujiles S/N. AAHH Nuevo San Lorenzo. Distrito de San Juan Bautista-Iquitos
Instituto Nacional de Innovación Agraria (INIA). San Roque. Iquitos-Perú.
DOI: https://doi.org/10.33017/RevECIPeru2012.0024/
Resumen
La vitamina C es un nutriente esencial para el hombre y una de sus fuentes naturales son los frutos de Myrciaria dubia. Pero esta planta muestra amplia variación en contenido de vitamina C. Para ayudar a esclarecer las bases bioquímicas de esta variación, nos planteamos como objetivos determinar si las enzimas L-Galactosa deshidrogenasa (L-GalDH) y L-Gulono-1,4-lactona deshidrogenasa (L-GuLDH) están presentes en las hojas y frutos (pulpa y cáscara) del camu-camu y comparar la actividad catalítica de ambas enzimas en la pulpa de frutos cosechados de plantas que producen alto y bajo contenido de vitamina C. Las hojas y frutos fueron obtenidos de seis plantas (tres que producen bajo y tres que producen alto contenido de vitamina C) de la colección de germoplasma del INIA. La vitamina C fue extraída y cuantificada mediante HPLC. Posteriormente, de ambos grupos de plantas, se purificó parcialmente las enzimas y midió por triplicado su actividad catalítica mediante espectrofotometría. Tanto L-GalDH como L-GuLDH fueron detectadas en las hojas, pulpa y cáscara. Ambas enzimas mostraron diferencias en sus actividades catalíticas entre los tejidos analizados (p < 0,05). Al comparar la actividad de estas enzimas entre plantas que producen frutos con alto (2258±217 mg Vit. C/100g pulpa) y bajo (1570±46 mg Vit. C/100g pulpa) contenido de vitamina C se encontró diferencias significativas (p < 0,05) entre ambos grupos. Siendo mayor la actividad catalítica de L-GalDH y L-GuLDH en frutos con alto contenido de vitamina C y mostraron menor actividad catalítica en los frutos con bajo contenido de esta vitamina. Adicionalmente, ensayos cinéticos realizados con la L-GuLDH del camu-camu mostraron que esta enzima tiene una alta afinidad (Km = 2,37 M y Vmax = 9,23 mol.mg prot-1 .min-1) por su sustrato L-Gulono-1,4-lactona. En conclusión, las enzimas L-Galactosa deshidrogenasa y L-Gulono-1,4-lactono deshidrogenasa están presentes en las hojas y frutos del camu-camu, lo que nos indica que las dos vías biosintéticas de vitamina C propuestas para las plantas (vía de Smirnoff-Wheeler y vía de Wolucka), determinan la producción de vitamina C en M. dubia. Asimismo, las evidencias experimentales sugieren que la acumulación de vitamina C en la pulpa de los frutos del camu-camu depende por lo menos de dos procesos: biosíntesis in situ y transporte desde otros tejidos con capacidad biosintética. Además, se evidencia que la actividad catalítica de L-GalDH y L-GulDH influyen en el contenido de vitamina C de la pulpa, de tal modo que una mayor actividad catalítica de ambas enzimas está asociada con más contenido de vitamina C en este tejido.
Palabras clave: L-galactosa deshidrogenasa, L-gulono-1,4-lactona deshidrogenasa, biosíntesis de vitamina C, Myrciaria dubia.
Abstract
Vitamin C is an essential nutrient for humans and one their natural sources are fruits of Myrciaria dubia. But this plant shows wide variation in vitamin C. To help clarify the biochemical basis of this variation, we plan aims to determine whether the enzymes L-Galactose dehydrogenase (L-GalDH) and L-Gulone-1,4-Lactone dehydrogenase (L-GuLDH) are presents in leaves and fruits (pulp and peel) of camu-camu and compare catalytic activity of both enzymes in pulp of fruits harvested from plants that produce high and low content of vitamin C. Leaves and fruits were obtained from six plants (three producing low and three that produce high content of vitamin C) in the germplasm collection of INIA. Vitamin C was extracted and quantified by HPLC. Subsequently, from both groups of plants, was partially purified enzymes and measured by triplicate their catalytic activity by means of spectrophotometry. Both L-GalDH and L-GuLDH were detected in leaves, pulp and peel. Both enzymes showed differences in their catalytic activities among the tissues analyzed (p < 0.05). By comparing the activity of these enzymes between plants that produces fruits with high (2258±217 mg Vit. C/100g pulpa) and low (1570±46 mg Vit. C/100g pulpa) content of vitamin C significant differences were found (p <0.05) between groups. Being higher the catalytic activity of L-GalDH and L-GuLDH in fruits with high content in vitamin C and showed lower catalytic activity in fruits with low content in this vitamin. In addition, kinetic assays performed with the L-GuLDH of camu-camu showed that this enzyme has a high affinity (Km = 2.37 M y Vmax = 9.23 mol.mg prot-1 .min-1) for its substrate L-Gulone-1,4-lactone. In conclusion, the enzymes L-galactose dehydrogenase and L-gulone-1,4-lactone dehydrogenase are present in leaves and fruits of camu-camu, which indicates that the two biosynthetic pathways of vitamin C proposals for plants (pathway of Smirnoff-Wheeler and pathway of Wolucka) determine production of vitamin C in M. dubia. Furthermore, experimental evidences suggest that the accumulation of vitamin C in the pulp of the fruits of camu-camu depends at least of two processes: in situ biosynthesis and transport from other tissues with biosynthetic capacity. Furthermore, it is evident that catalytic activity of L-GalDH and L-GulDH influence in vitamin C content of pulp, so that a higher catalytic activity of both enzymes is associated with more vitamin C content in this tissue.
Keywords: L-galactose dehydrogenase, L-gulone-1,4-lactone dehydrogenase, biosynthesis of vitamin C, Myrciaria dubia.