En el desarrollo de un fármaco han de estudiarse una serie de características muy importantes: las propiedades ácido-bases, la flexibilidad conformacional, el papel del farmacóforo (un conjunto de rasgos estéricos y electrónicos necesarios para asegurar las óptimas interacciones supramoleculares con un blanco biológico específico y desencadenar (o bloquear) su respuesta biológica) o la estereisomería de dicha molécula. Además, de todo esto, las organizaciones mundiales como la FDA siguen unos protocolos descritos para la aprobación de un medicamento, aunque no pueden garantizar de forma absoluta la seguridad de dichas moléculas.
En este artículo, se va a profundizar sobre la estructura tridimensional de compuestos orgánicos. Moléculas que solo difieren entre sí en el ordenamiento espacial de sus átomos, pero no en la forma en la que éstos se conectan. A estos compuestos se llama estereisómeros y se estudiará la relación entre la estereisomería y la acción farmacológica.
Panorama general de la isomería.
El término isómeros son compuestos que están formados por los mismos átomos (tienen la misma fórmula molecular) pero que son diferentes entre sí (diferente fórmula estructural). Por ello, son sustancias diferentes y tienen propiedades físicas distintas, a los que se denominan isómeros estructurales. Por otro lado, están presentes los estereisómeros que solo difieren en el ordenamiento espacial (Figura 1).
Quiralidad
Cualquier objeto puede reflejarse en un espejo mostrando su imagen especular. Cuando nos miramos al espejo, realmente estás viendo una imagen especular de nosotros mismos. Siendo el objeto y la imagen especular superponibles. Un ejemplo de imagen no superponible, son las manos, son imágenes especulares pero no son superponibles, en tu mano izquierda no te puedes poner un guante derecho y viceversa, a este tipo de objetos se denominan quirales.
¿Por qúe ocurre esta quiralidad en las moléculas? La causa más común de quiralidad molecular es la presencia de átomo de carbono con 4 grupos funcionales distintos, a este carbón se le denomina centro quiral, estereocentro, centro de quiralidad, centro estereogénico o centro asimétrico (Figura 2).
Esta imagen especular se denomina enantiómero (palabra griega que indica el «opuesto»). Un compuesto quiral tendrá exactamente un enantiómero; nunca más y nunca menos.
Uso cotidiano de estas moléculas
Un uso realmente diario de este tipo de moléculas son los aromas, para que algo tenga aroma debe liberar compuestos orgánicos al aire que son inhalados por nuestra nariz y allí encontrarán receptores que detectan su presencia. Estas sustancias se unen a los receptores y envían señales nerviosas que el cerebro interpreta como olores. Un compuesto determinado puede unirse a varios receptores y diferentes y crear un patrón que el cerebro identifica como aroma particular.
Una de las fascinantes características es que compuestos que son imágenes especulares (enantiómeros) se unen a distintos receptores, y generan así aromas particulares. Un ejemplo es la carvona; tiene un centro quiral y, por lo tanto, tiene dos formas enantiómericas: R-carvona y S-carvona (Figura 3). El enantiómero R es responsable del olor de la hierbabuena mientras que el otro es el responsable de las semillas de alcaravea (semillas que se usan en el pan de centeno).
Otro ejemplo cotidiano de este tipo de moléculas son los fármacos. Por ejemplo, el ibuprofeno también presenta dos formas estereisómericas (S)-ibuprofeno y (R)-buprofeno (Figura 4) siendo el enantiómero S el que presenta las propiedades antiinflamatorias mientras que R es inactivo. Este fármaco se vende como una mezcla racémica (ambos compuestos) ya que no hay evidencias de los beneficios de separarlos. Además, se conoce que el organismo humano es capaz de convertir el enantiómero R en S, lentamente.
Existen también distintas propiedades para cada uno de los enantiómeros. Por ejemplo, el (S)-timolol se usa para tratar la angina de pecho y la hipertensión, mientras que el (R)-timolol se usa para el tratamiento del glaucoma. No obstante, no siempre ambos enantiómeros tienen beneficios. En el caso de la penicilina, se encuentra la (R)-penicilina que es muy tóxico mientras que la (S)-penicilina si se usa para la artitris crónica. Para este último fármaco se comercializa solo el agente activo, causando así un coste mayor en su elaboración.
Áctividad óptica
Una de las características que tienen los enántiómeros es que presentan las mismas propiedades físicas y químicas ya que éstas están relacionadas con las interacciones entre moléculas y las interacciones entre moléculas de un enantiómero son exactamente una imagen especular de las del otro. Entonces, ¿cómo puedo diferenciar cada enantiómero? Cada enantiómero presenta un comportamiento distinto cuando es expuesto a la luz polarizada.
¿y qué es la luz polarizada? La luz está compuesta por la dualidad onda-partícula a la que estás partículas fueron llamadas fotones. De modo que esta radiación magnética a la que llamamos luz, está formada por dos campos oscilantes que se propagan a través del espacio perpendiculares entre sí: campo eléctrico y campo magnético.
La orientación del campo eléctrico se llama polarización de la onda de luz, entonces cuando muchas ondas de luz viajan en la misma dirección, cada una tiene una polarización diferente, orientadas al azar unas respecto a otras. Por lo que si está luz pasa a través de un filtro de polarización, solo los fotones de una determinada pueden atravesarlo y originar con ello la luz polarizada (figura 7).
Conclusión
Bonito y apasionante es la química, como la complejidad que presentan las moléculas orgánicas. Cada compuesto dependiendo de la disposición espacial de sus sustituyentes puede presentar dos enantiómeros que pueden interactuar en nuestro cuerpo y tener distintas consecuencias. Algo realmente bello.
Este tipo de compuestos han traído a lo largo de la historia grandes consecuencias por su desconocimiento, no hay que olvidarse de la Talidomida, conocida por la catástrofe de la Talidomida. Un compuesto que presenta dos enantiómeros, El compuesto R, realmente útil como agente sedante mientras que la S-talidomida provocó malformaciones en el feto, esto fue la causa de muchos bebés que nacían con malformaciones o muertos durante la segunda mitad del siglo XIX.
Referencias
Klein D., (2008) Química Orgánica, Editorial medica Panamericana.
Las imágenes de los compuestos orgánicos son realizados con el programa de diseño molecular Chemsketch.
