Neoxantina

La neoxantina appartiene alla classe dei carotenoidi ed è una xantofilla precursore dell’acido abscissico, un ormone vegetale, che si forma come ultimo prodotto della sintesi dei carotenoidi nelle piante verdi. Si trova in natura nell’Hibiscus syriacus e nella Cladonia rangiferina.

Alla fine degli anni ’30, fu descritta la presenza di una xantofilla ampiamente distribuita nelle foglie d’orzo, che fu chiamata neoxantina. Questo pigmento la cui formula molecolare è C₄₀H₅₆O è, insieme alla luteina e alla violaxantina, uno dei tre principali carotenoidi delle foglie delle piante, e ha proprietà di assorbimento vicine a quelle della violaxantina con maggiori picchi di assorbimento a 437 e 467 nm in etanolo.

La luce è il fattore fondamentale che guida la fotosintesi ma, un’irradiazione eccessiva porta alla formazione di ROS (specie reattive dell’ossigeno), che causano danni cellulari e ostacolano la crescita degli organismi fotosintetici. I pigmenti chiave coinvolti nella risposta fotoprotettiva di piante e alghe alla luce eccessiva sono le xantofille. Inoltre prove sperimentali hanno dimostrato che le xantofille come la zeaxantina, luteina, neoxantina possono essere responsabili della fotoprotezione con attività antiossidante.

Struttura della neoxantina

Nella molecola sono presenti un gruppo 5,6-epossidico, tre gruppi idrossilici e un gruppo allene. Essa è presente nelle piante e nelle alghe in due diverse forme isomeriche. I due isomeri geometrici sono all- trans -neoxantina nota anche come trans -neoxantina in cui tutti i doppi legami hanno geometria trans, e 9′- cis -neoxantina, in cui il doppio legame all’estremità

La posizione 9′ ​​ha geometria cis, mentre tutte le altre hanno geometria trans. Le due isoforme possono essere distinte mediante separazione cromatografica a causa dei diversi spettri di assorbimento: nell’etanolo, la trans -neoxantina presenta maggiori picchi di assorbimento a 418, 442 e 471 nm, mentre la 9′- cis -neoxantina a 413, 437, e 466 nm

I carotenoidi sono sensibili agli acidi, al calore, alla luce e all’ossigeno che possono compromettere la loro attività biologica. Questa molecola è particolarmente labile agli acidi a causa della sua natura epossidica: un blando trattamento acido porta alla produzione di un ossido 5,8-furanoide che ha una struttura molecolare che consiste o contiene un anello di quattro atomi di carbonio e un atomo di ossigeno come nel furano, come prodotto principale della reazione

Biosintesi

La biosintesi segue il percorso biosintetico generale delle xantofille, suddiviso in cinque fasi. Nella prima fase avviene la formazione dell’ isoprene che è l’elemento costitutivo di tutte le molecole isoprenoidi come i carotenoidi. Nella seconda fase si ha la formazione del primo carotenoide, il fitoene mediante condensazione graduale di otto unità di isoprene prodotto a partire da due molecole di geranilgeranil pirofosfato, reazione catalizzata dall’enzima fitoene sintasi.

Nella terza fase, a partire dal fitoene, si ottiene il licopene a seguito di  quattro deidrogenazioni graduali , che si verificano alternativamente su entrambi i lati del cromoforo per formare fitofluene, carotene, neurosporene e licopene

Nella quarta fase si verifica la ciclizzazione delle estremità lineari del licopene con formazione di caroteni ciclici come l’α-carotene o il β-carotene. Nella quinta e ultima fase si verifica l’introduzione graduale di ossigeno molecolare creando una vasta gamma di xantofille.

La biosintesi delle xantofille può essere suddivisa in due rami principali: quelle che derivano dall’α-carotene (ramo α) e quelle che derivano dal β-carotene (ramo β). La neoxantina appartiene al ramo β delle xantofille. Il β-carotene, infatti è convertito in zeaxantina a seguito della reazione di idrossilazione al C-3 di entrambi gli anelli e catalizzata dall’enzima β-carotene 3,3′-idrossilasi.

Come per tutti i carotenoidi, la sintesi della neoxantina avviene nel plastide, sebbene controllata da geni codificati nel nucleo e l’enzima responsabile di questo processo è stato chiamato neoxantina sintasi (NSY).

Ruolo biologico

La xantofilla, 9′-cis -neoxantina, è una delle principali xantofille fotosintetiche sia nelle alghe verdi che nelle piante superiori ed è presente sulla membrana in associazione con le proteine ​​tilacoidi: ciascun complesso di raccolta della luce del fotosistema II generalmente lega quattro xantofille, vale a dire due luteine, una violaxantina e una 9′- cis -neoxantina.

Queste xantofille raccolgono energia luminosa e la trasferiscono alle clorofille ma, mentre la luteina e la violaxantina trasferiscono energia principalmente alla clorofilla a, la 9′- cis -neoxantina trasferisce l’energia luminosa quasi esclusivamente alla clorofilla b.

La  neoxantina è l’unico carotenoide fotosintetico presente nella conformazione cis , mentre tutti gli altri carotenoidi legati al fotosistema II si trovano come all- trans. La  9′- cis -neoxantina legata al fotosistema II potrebbe avere una funzione nella dissipazione di energia e/o rappresentare una fonte facilmente disponibile per la biosintesi dell’acido abscissico a temperature elevate.

Oltre al ruolo di raccoglitore di luce e al contributo strutturale ai complessi antenna, la 9′- cis -neoxantina svolge varie funzioni fisiologiche nel fotosistema II: la sua connessione con le proteine ​​del complesso e gli altri pigmenti fotosintetici può influenzare il modo in cui l’energia viene raccolta, trasferita, e dissipato attraverso il fotosistema, con implicazioni per la fotoprotezione.