L’ittero della Strelitzia

ResearchBlogging.orgPiante biliose. Ho una cosa in comune con l’elegante Strelitzia ed a quanto pare è la bilirubina alta. Per il resto le affinità si esauriscono rapide, la signora qui a lato è molto più fine e slanciata di me, non si discute. Una cosa però sembra non tornare: la bilirubina è un classico parametro da analisi del sangue, un catabolita dell’emoglobina che il nostro organismo animale elimina attraverso la bile. Di primo acchito sembra stonato l’abbinamento tra questo pigmento giallastro e bilioso ed una pianta, che in quanto tale non possiede fegato, cistifellea, milza e tanto meno prevede la presenza di sangue, vene e globuli rossi. Mentre infatti per un mammifero la presenza di bilirubina è normale (entro i limiti che non sconfinano nell’ittero), il suo rinvenimento nel Regno Vegetale non era mai avvenuto sino all’anno scorso e l’evento può stupire, se si ritiene l’emoglobina uno dei discriminanti tra animali e piante. Ed invece, esistono punti di contatto che sfuggono ed anche quello dell’emoglobina non è un paradigma animale. La prima volta della bilirubina in una pianta è stata con Strelitzia nicolai ed un’ulteriore conferma è avvenuta di recente, con la scoperta che a contenerne una discreta quantità è l’arillo che accompagna i semi di Strelitzia reginae, una specie nota per l’uso ornamentale. L’arillo in questione è un’escrescenza che si forma sui semi scuri della pianta sudafricana, creando una piccola parrucca assai simile ad un trucco comico da Muppet Show. Che ci sta a fare la bilirubina lì? Da dove salta fuori? Perchè mai un seme dovrebbe travestirsi da ultrà dei tulipani?

Sono qui! Per arrivarci, due righe di rincorsa. La comunicazione ecologica mediata da pigmenti è uno dei cardini nelle relazioni tra le piante e gli altri esseri viventi ed un’ampia batteria di metaboliti secondari garantisce ai vegetali un arcobaleno cromatico pressochè completo. Includendo, ovviamente, diverse sfumature di giallo e di arancione. Nel caso di quest’ultimo la colorazione è in genere ottenuta grazie a carotenoidi (che determinano l’arancio delle carote, delle zucche, dello zafferano e dei pomodori), ad alcuni flavoni (che invece impartiscono il colore alle arance, ai lupini, ai molti fiori) o a certe betalaine (sostanze azotate come le betaxantine presenti nei frutti gialli del fico d’India). Queste tre classi di sostanze sono spesso presenti contemporanemante e tuttavia hanno una stabilità relativamente bassa, soprattutto quando si trovano in tessuti delicati e proni alla rapida degradazione luminosa o enzimatica, attivata con solerzia dalle piante durante la senescenza dei loro tessuti. Dopo un certo numero di giorni o di settimane -talvolta di ore- la struttura chimica di questi pigmenti si altera, di solito per ossidazione o idrolisi, perdendo la proprietà di riflettere la lunghezza d’onda corrispondente al giallo-arancio in frutti, fiori e semi. Se queste molecole non sono rinnovate e mantenute stabili dall’apparato vitale, il loro contributo cromatico alla comunicazione va perso o nel migliore dei casi ridotto, come avviene in un fiore che appassisce. Allo stato spontaneo la Strelitzia disperde i propri semi soprattutto grazie all’azione di uccelli e piccoli roditori, per i quali l’appendice arancione ha probabilmente un ruolo di riconoscimento e facilita l’individuazione al suolo o la selezione rispetto ad altri semi. La pubblicità è l’anima del commercio e la visibilità del prodotto è il primo obiettivo da persegiure e la Strelitzia deve averlo intuito, segnalando con cura i semi ai suoi alleati ecologici. Se però l’insegna perde colore troppo presto o risente delle intemperie, la sua funzione è inutile e lo sforzo vano. La maturazione delle capsule fruttifere e la loro deiscenza in questa specie, ad esempio, sono processi particolarmente lunghi e lunghi sono anche i periodi necessari al seme per raggiungere la piena capacità germinativa, per cui il vessillo all’olandese deve assicurare una certa persistenza. L’arillo imparruccato che orna il seme della Strelitzia reginae difatti resta pigmentato di un arancio brillante molto a lungo, come se la sua colorazione dipendesse da altro, da una molecola molto più stabile dei flavonoidi e dei carotenoidi.  Si è scoperto che questa colorazione stabile è da imputarsi alla nostra bilirubina, che si cristallizza sulle pareti durante l’invecchiamento delle cellule. Fino a che queste ultime sono vitali, la colorazione è data da “normali” carotenoidi mentre poco prima della morte cellulare sia ha un graduale accumulo di bilirubina. Questo sembra avvenire per un motivo ben preciso: la bilirubina ha una elevata citotossicità per le cellule vegetali, soprattutto a seguito della sua esposizione alla luce ed un suo accumulo in cellule vive è problematico.

Fare, disfare, riciclare. Non è ancora chiaro da dove il metabolismo secondario della Strelitzia tiri fuori la bilirubina, ma qualche illazione fondata si può formulare. Innanzitutto, la bilirubina è formata da una catena lineare di quattro anelli pirrolici, che grazie alla presenza di molti legami idrogeno si presenta ripiegata come in figura. Come anticipato, nei mammiferi questa molecola è un risultato catabolico e si forma per degradazione dell’emoglobina,  precisamente per effetto dell’apertura (mediata enzimaticamente) di una struttura chiamata anello eme, nella quale i quattro pirroli creano un ciclo in grado di tenere prigionero un atomo metallico, che nello specifico dell’emoglobina è un atomo di ferro. Il gruppo porfirinico di questo anello non è però un’esclusiva del mondo animale ma è un tema trasversale negli esseri viventi, dove ricopre sempre ruoli fondamentali. Anche la clorofilla, ad esempio, ha una struttura quasi identica, con un atomo di magnesio al posto del ferro e le due molecole hanno non solo una forma simile ma anche un progenitore biosintetico comune, come descritto nello schema sottostante. In alcune alghe poi, le sostanze coinvolte nella fotosintesi sono chiamate non a caso ficocianobiline e sono in realtà proprio dei tetrapirroli ottenuti dall’apertura dello stesso gruppo eme presente nell’emoglobina, quello con l’atomo di ferro. Come se non bastasse ad abbattere il mito dell’esclusività animale dell’emoglobina, molte altre proteine legate ad un gruppo eme sono state individuate nelle specie vegetali ed anche tra i microrganismi, al punto da essere ormai considerate ubiquitarie tra i viventi. Queste origini comuni erano già note, fino ad ora però si credeva che esistessero differenze più nette nei processi di degradazione di emoglobina e corofilla, con la prima che generava biliverdina e poi bilirubina e la seconda che si apriva producendo le ficocianobiline, con tracce di bilirubina come intermedio. In questi casi, tuttavia, la presenza di bilirubina era incidentale e la sua abbondanza non era mai tale da determinare una sua funzione ecologica precisa.

Questo scenario mostra un altro aspetto curioso circa la presenza di bilirubina nei vegetali ed introduce un altro piccolo paradigma vacillante. Siamo abituati a pensare ai metaboliti secondari delle piante come ad un qualcosa costruito attraverso processo che “assembla” molecole un pò come si costruiscono case, accrescendo gradualmente strutture piccole e facendole crescere sino alla dimensione ed alla forma prevista. In realtà un risultato analogo viene conseguito nei vegetali anche attraverso i processi catabolici, quelli che smontano molecole che hanno già terminato di svolgere la loro funzione primaria.  Ad esempio, come l’emoglobina dei globuli rossi morti viene recuperata e smaltita dal metabolismo animale, anche la clorofilla ha un fato preciso nelle piante le quali, in assenza di un apparato escretore, hanno esigenze ancora maggiori di recupero e riciclo di ogni risorsa. E’ possibile, quindi, che la bilirubina della Strelitzia derivi dalla degradazione della clorofilla delle cellule dell’arillo e che la conversione avvenga poco prima della morte delle cellule stesse. Esiste però un’altra ipotesi, che passa attraverso l’aspetto che più sorprende chi non mastica di fisiologia vegetale. In molte piante infatti sono presenti delle emoglobine, strutture che combinano un gruppo eme e proteine assai simili a quella stessa che ossigena i nostri globuli rossi, che spesso si considera un limen tra vegetali ed animali. Nelle Leguminose, ad esempio, sono presenti emoglobine (leg-emoglobine) che fanno parte di quel patto simbiotico tra batteri rizobi azoto-fissatori e pianta che va in scena nei noduli radicali. Il loro ruolo, assai simile a quello che ben conosciamo, è quello di dare ossigeno a questi batteri aerobi, che così possono prosperare anche nel sottosuolo. In altre piante non-simbiotiche il loro compito è probabilmente quello di “sensori di ossigeno” e sono comunque presenti in quantità minime. La bilirubina della Strelitzia, quindi, potrebbe essere anche il risultato di una “normale ” degradazione di un gruppo eme emoglobinico e non derivare dall’apertura dell’anello porfirinico della clorofilla.

Frequenti spesso questo posto? Non ti ho mai visto. Probabilmente la bilirubina non era mai stata trovata prima perchè nessuno si era messo a cercarla ed è probabile, vista la vicinanza con sostanze fondamentali per la vita delle piante, che la sua presenza come pigmento a lunga durata sia più frequente del previsto. Già un primo screening ha permesso la sua individuazione anche in altre specie di Angiosperme tropicali “parenti” della Strelitzia, in quantità compatibili con un ruolo ecofisiologico (per curiosità, in un arillo di Strelitzia è presente circa un decimo della bilirubina prodotta giornalmente da un uomo) e questo ha permesso di aggiungere questi tetrapirroli all’armamentario della coloreria vegetale. Probabilmente la bilirubina non è ubiquitaria, ma è un buon esempio di come anche il catabolismo e non solo il metabolismo sia in grado di ottimizzare ogni suo prodotto in funzione delle esigenze.

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C. Pirone, Jodie V. Johnson, J. Martin, E. Quirke, H. A. Priestap, & D. Lee (2010). The Animal Pigment Bilirubin Identified in Strelitzia reginae, the Bird of Paradise Flower HortScience (45), 1411-1415

Pirone, C., Quirke, J., Priestap, H., & Lee, D. (2009). Animal Pigment Bilirubin Discovered in Plants Journal of the American Chemical Society, 131 (8), 2830-2830 DOI: 10.1021/ja809065g

Pirone, C., Johnson, J., Quirke, J., Priestap, H., & Lee, D. (2010). Bilirubin present in diverse angiosperms AoB Plants, 2010 DOI: 10.1093/aobpla/plq020

2 thoughts on “L’ittero della Strelitzia

  1. Altri molecola che mi ha sorpreso tempo fa è la melatonina, oltre ad essere prodotta dalla ghiandola pineale, è stata individuata in ciliegie e uva. Hai altre notizie? grazie!

  2. Si! In realtà la meletonina è parecchio diffusa nelle piante ed una studentessa ha iniziato una tesi da poco proprio su questo tema. Stiamo raccogliendo bibliografia da qualche settimana, con l’intendo di redigere una tabella con i quantitativi rilevati per ogni specie e vedere se alcune piante ne contengono quantità sensibili dal punto di vista alimentare. Purtroppo la letteratura è molto sparsa e spesso viene da pubblicazioni poco reperibili, per cui occorre tempo. In campo cosmetico esiste almeno una linea di prodotti basati proprio su melatonina di derivazione vegetale ed in alcuni casi si spinge anche verso un uso foraggero ad hoc.

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