EL MEDICAMENTO Y SU IMAGEN ESPECULAR

Los medicamentos han generado un cambio sustancial en la calidad de vida de la población. Podemos definir un medicamento como una sustancia o un grupo de ellas que produce un efecto deseado en los organismos y se emplea para prevenir, aliviar o curar enfermedades. El medicamento a su vez está conformado por un principio activo y serie de sustancias como los excipientes que no tienen valor terapéutico pero que se emplean para facilitar su ingesta.

Desde tiempos remotos se han aprovechado los efectos terapéuticos de sustancias obtenidas de plantas. Como estas sustancias o principios activos se encuentran en cantidades limitadas, los químicos han lograron “copiar” las moléculas naturales y, además, crear sustancias nuevas mediante síntesis orgánicas, una serie de reacciones químicas pautadas que permiten “armar” moléculas de interés terapéutico. El ácido acetil salicílico, comercialmente conocido como “Aspirina”, fue uno de los primeros compuestos “copiados” de la naturaleza y fabricados a escala industrial a partir de 1899, gracias a los experimentos de Félix Hoffmann. Cabe destacar que hace 24 siglos Hipócrates empleaba la corteza del sauce -que contiene ácido acetil salicílico- para aliviar el dolor y disminuir la fiebre.

Las sustancias naturales derivadas de seres vivos poseen una determinada distribución o estructura espacial única que se relaciona con sus propiedades. Sin embargo, cuando se “copia” o bien se “arma” una nueva molécula se producen, en la mayoría de los casos, 2 formas espaciales distintas que son “imágenes especulares”, ya que son como la molécula y su imagen en un espejo o como una de nuestras manos respecto a la otra. Estas formas espaciales no son superponibles entre sí, se denominan enantiómeros y sus efectos biológicos pueden ser muy diferentes, porque se trata de moléculas diferentes.

Muchos métodos de síntesis química producen una mezcla de enantiómeros y, si en un medicamento se presentan ambas moléculas, es posible que el efecto farmacológico de una de ellas sea interferido por el efecto distinto de su enantiómero o que uno de ellos sea tóxico. Esto se produjo a principios de los años ’60, debido a la administración de un medicamento (“Talidomida”) a embarazadas durante los 3 primeros meses de embarazo a fin de disminuir las náuseas. Las embarazadas medicadas con este principio activo tuvieron hijos con malformaciones y en años posteriores se comprobó que uno de los enantiómeros tenía este efecto dañino, mientras que el otro sí alivia los malestares.

A través de los años se diseñaron nuevas síntesis de medicamentos de tal modo que sólo produzcan una de las estructuras espaciales de la molécula requerida a fin de evitar estos inconvenientes o bien costosos procedimientos de separación, que llegan al mismo fin pero que elevan el precio del fármaco. A este tipo de síntesis se la denomina “catálisis asimétrica” y por sus aportes en este campo, el Premio Nobel 2001 fue otorgado a los investigadores: William S. Knowles (norteamericano), Ryoji Noyori (japonés) y K. Barry Sharpless (norteamericano).

Knowles, elaboró un catalizador que permitió obtener L-dopa (sólo la estructura espacial que produce el efecto deseado); Noyori permitió que se elabore solamente la forma espacial activa del naproxeno (un anti inflamatorio); mientras que la síntesis de Sharpless se ha empleado para elaborar diversos compuestos industriales y farmacéuticos.

BIBLIOGRAFÍA

1.     Mc Murry (2010) Química Orgánica. Cengage Learning.

2.     http://www.madrimasd.org/blogs/microbiologia/2008/03/09/86219

3.     http://www.bayer.cl/mundo/historia.php

4.     http://www2.uah.es/vivatacademia/anteriores/n40/ambiente.htm

5.     http://eclipse.red.cinvestav.mx/publicaciones/avayper/enefeb02/PREMIOSQUIMICA.pdf

Lic. ALICIA E. SEFERIAN <aliseferian @ yahoo.com.ar>

UNSAM. ISFD Nº 117. San Fernando ISFD Nº 39

Vicente López. Prov. Buenos Aires. ARGENTINA.

¿SOMOS LO QUE COMEMOS?

Los alimentos proceden de la naturaleza y se presentan bajo diferentes formas y composiciones. Permiten al ser humano adquirir los nutrientes, que son compuestos especiales con determinada estructura química, como: proteínas, grasas y carbohidratos entre otros. Estos compuestos, además de proveer energía (metabolismo energético) contribuyen a la formación de sustancias que cumplen distintas funciones dentro del organismo.

En general los alimentos son perecederos, por lo que necesitan ciertas condiciones de tratamiento, conservación y manipulación, pues existen factores de distinta naturaleza (físicos, químicos, ambientales y biológios, entre otros) que causan su deterioro. Esto, sin duda, tiene implicancias económicas, nutricionales, de higiene y de salud a fabricantes, comercializadores, distribuidores y consumidores. Por lo tanto, la solución de los problemas de alimentos y nutrición es muy dependiente de la investigación en varias disciplinas científicas. Entre las más importantes está la química, que puede mejorar nuestro entendimiento de cada fase del sistema alimentario desde la recolección, almacenamiento, transporte, procesamiento hasta el consumo.

La química permite conocer qué componentes (nutrientes, adulterantes y/o contaminantes), en qué estado y en qué cantidad se encuentran. Sus investigaciones propician la comprensión de la forma en que estos componentes son utilizados por el cuerpo. Sin embargo, la química no puede hacer el trabajo sola, porque para lograr mejores resultados, la investigación química debe integrarse a la de otras disciplinas como la biología, termodinámica, genética, agronomía y economía.

Una de las aplicaciones de la Química en la Industria de Alimentos es la búsqueda y el desarrollo de procesos que permitan aumentar su producción y preservar sus características por largos períodos, lo que incluye procedimientos como enfriamiento, congelación, secado, pasteurización, ahumado, irradiación y la adición de sustancias o aditivos alimentarios.

Los aditivos alimentarios son compuestos químicos añadidos a los alimentos que mejoran algunas de sus propiedades naturales, como pueden ser el sabor, el aspecto, la vida media de consumo, etc. El empleo de dichos aditivos es muy antiguo, va desde el uso de para elaborar los encurtidos, hasta el de emulsificantes para hacer más espesa la mayonesa. De esta manera, las investigaciones de las industrias alimentaria y química, han permitido brindar al consumidor una amplia gama de alimentos seguros, convenientes, nutritivos y económicos. Las vitaminas, minerales y aminoácidos adicionados incrementan el valor nutricional de algunos alimentos, los compuestos de sabor mejoran su sabor y aroma; los antioxidantes y preservantes inhiben el deterioro del alimento o del sabor; los emulsificantes, estabilizantes y espesantes modifican la textura; los leudantes y agentes de maduración mejoran los productos horneados; los secuestrantes y humectantes mantienen ciertas características deseadas. Adicionalmente, los materiales de empaque los protegen mientras son transportados y distribuidos.

Las obligaciones que tienen los químicos con la sociedad son mayores que las de personas sin información científica, ya que se espera no sólo que generen conocimientos éticos, sino también el asegurar que el conocimiento científico se utilice de modo que produzca el mayor beneficio posible para la sociedad. En tal sentido, la química es una herramienta en el sistema alimentario, que involucra no solamente sustancias sino técnicas e información.

BIBLIOGRAFÍA

1.      Fennema, O. Química de los Alimentos. Editorial Acribia. España. 2000. p. 9-15

2.     http://www.inha.sld.cu/vicedirecciones/conservaciondealimentos.htm

3.http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000024/images/biomoleculas/terciaria.gif

OJO CON LAS PROSTAGLANDINAS

En 1930 Kurzok y Lieb notificaron que el semen humano producía cierto estado de relajación en algunos segmentos del útero de la mujer si ésta ya había estado embarazada, pero ejercía el efecto contrario en mujeres estériles. Tres años más tarde, en forma independiente, Ulf y Von Euler (compartió el premio Nobel de Medicina 1970 con Axelrod y Katz) descubrieron que estos efectos eran debidos a unas sustancias que llamaron prostaglandinas porque se encontraban en el líquido seminal del hombre, secretado por la próstata.

Actualmente se sabe que las prostaglandinas son un grupo de muchas sustancias similares, consideradas mediadores celulares porque desempeñan diversas funciones en todos los tejidos de mamíferos y líquidos biológicos. Existen, en pequeñísimas cantidades, en casi todas las células del organismo, a excepción de los glóbulos rojos. Son los agentes biológicos más potentes, su acción no es igualada por ningún otro compuesto natural conocido.

Todas las prostaglandinas son conocidas con las siglas “PG” seguidas por un número o letra que sirve para individualizarlas. Son ácidos carboxílicos insaturados de 20 átomos de carbono que constan de un anillo de 5 carbonos unido a 2 cadenas: una de 7 y otra de 8 carbonos. En el hombre, el precursor más importante de las prostaglandinas es el ácido araquidónico (que también tiene 20 átomos de carbono y 4 enlaces dobles), el cual se forma a partir del ácido linoleico. Primero se sintetizada la prostaglandina PGH₂ y, a partir de ella, se sintetizan las demás.

Entre las principales funciones biológicas que cumplen las prostaglandinas, tenemos: contracción y relajación de músculos lisos, vasodilatación, disminución de secreciones gástricas y de la aglutinación de plaquetas en la coagulación, control de la inflamación, alteración de las funciones renales, estimulación de las contracciones uterinas en el parto.

En 1960 el sueco Sune K. D. Bergström logró cristalizar las dos primeras prostaglandinas, denominadas E y F. Posteriormente ellas fueron sintetizadas a partir de ácidos grasos. Cinco años más tarde se pudo aislar la medulina de la médula renal del conejo, ahora identificada como prostaglandina A (PGA).

Por sus investigaciones en este campo, Bergström, Samuelson y Vane compartieron el Premio Nobel de Medicina, 1982. Los estudios de Bengt I. Samuelsson (sueco) han permitido esclarecer los procesos químicos por los que se forman las prostaglandinas y su metabolismo. Por su parte, el farmacólogo inglés John R. Vane estudió los efectos biológicos de las prostaglandinas y encontró que la actividad de ciertas sustancias anti-inflamatorias como el ácido acetil-salicílico (“Aspirina”) se debe a que bloquean la acción de las prostaglandinas. 

Las prostaglandinas también se utilizan en la identificación de enfermedades de próstata y riñones. Entre sus otras funciones están: regular la fiebre, la inflamación de los tejidos, el asma bronquial, la ovulación, la artritis, el glaucoma y tiene efectos en el sistema inmunológico.

Estos conocimientos han permitido desarrollar tratamientos médicos eficaces para la inducción del parto, para inhibir la secreción gástrica en casos de úlceras estomacales, para aliviar dolores menstruales, entre otros.

BIBLIOGRAFÍA

1.      YURKANIS BRUICE, PAULA (2008). Química Orgánica. 5º Edición. Pearson Educación.

2.      http://www.ilustrados.com/tema/579/Prostaglandinas.html

Q.F. Juan J. León Cam <jjleon @ lamolina.edu.pe>

Departamento de Química. U. Nacional Agraria La Molina

UNA EXPLOSIÓN QUE SALVA VIDAS

La bolsa de aire, en inglés “airbag”, es un sistema de seguridad pasiva que se instala en los automóviles para proteger a sus ocupantes en casos de choque, actuando como una barrera que evita los golpes violentos contra la superficie rígida del interior del vehículo. Se basa en una idea sencilla: al producirse el choque, la bolsa de plástico se infla inmediatamente con un gas (que no es aire) y las personas son amortiguadas por esta bolsa llena de gas. A pesar de lo simple que parezca la idea, su desarrollo necesitó de los esfuerzos de químicos e ingenieros.

El sistema requiere de una bolsa con características especiales: 1) no debe inflarse accidentalmente, pues obstaculizaría la visión del conductor; 2) el gas utilizado no debe ser tóxico, pues al escaparse produciría daños por inhalación; 3) el gas deberá obtenerse muy rápidamente para que la bolsa esté llena antes que las personas impacten sobre ella y, finalmente, 4) los productos químicos generadores del gas deben ser de fácil manejo y estables durante largos periodos de tiempo.

Luego de la evaluación de varios gases no tóxicos, se decidió que el nitrógeno (N₂) era el más adecuado, pues constituye cerca del 79% en volumen del aire. Una buena manera de obtenerlo es por descomposición de la azida de sodio, según la siguiente ecuación:

2 NaN_3(s)   ®    2 Na_(s)   +   3 N_2(g)

                        azida de sodio       sodio       nitrógeno

Se ha calculado que, en condiciones ambientales, 130 gramos de azida de sodio producen cerca de 60 litros de gas nitrógeno, cantidad suficiente para inflar la bolsa protectora. Al producirse el impacto, un sensor genera una chispa eléctrica y ésta provoca la explosión de la azida, generando el nitrógeno que infla la bolsa. La reacción química es de alta velocidad y el airbag tarda 58 milésimas de segundo en inflarse desde que la pastilla (conteniendo la azida de sodio) recibe el impulso eléctrico. Este mecanismo se torna peligroso si no se lleva cinturón de seguridad, ya que está calculado para recibir el impacto del pasajero después que los pretensores hayan tensado el cinturón sobre el tórax y, si esta frenada no se produce, la cabeza puede abalanzarse hacia delante sin tiempo suficiente para que la bolsa se llene.

En 1980 los problemas de diseño estaban resueltos, pero no así los problemas de naturaleza química. Las pastillas de azida de sodio utilizadas, no permitían que la reacción se llevara a cabo por completo y el sodio, uno de los productos obtenidos, reacciona violentamente con el agua.

Los investigadores lograron mejorar las pastillas adicionándoles disulfuro de molibdeno, MoS₂, que actúa como lubricante. Sin embargo, esta mezcla no se descompone bien, la adición de azufre, produce pastillas que arden mejor y, con ello, una mejor descomposición y transformación del sodio metálico en sulfato, aunque el residuo sólido era muy fino y difícil de recoger. También se comprobó que, con una mezcla de azida de sodio y óxido de hierro (III) se obtenían residuos sólidos de fácil manipulación.

Después de una serie de ensayos y evaluando los resultados obtenidos, los investigadores propusieron mezclar todos los compuestos que proporcionan a las pastillas las propiedades más adecuadas: azida de sodio, óxido de hierro (III), disulfuro de molibdeno y azufre. Con ello se logró el resultado deseado.

BIBLIOGRAFÍA

1. WHITTEN W., DAVIS R., PECK M., STANLEY G. “Química”. Editorial Cengage Learning/Thomson Internacional. Octava edición (2008).

2.http://www.etp.uda.cl/areas/electromecanica/MODULOS%20%20TERCERO/SEGURIDAD%20Y%20CONFORTABILIDAD/Guia%20N%C2%BA%204%20Seguridad%20Airbag.pdf

NITROGLICERINA: ¿EXPLOSIVO O MEDICAMENTO?

El primer explosivo fue la pólvora negra, fabricada por los chinos y reinventada en Europa en el siglo XIV. Es un explosivo relativamente débil porque es necesario juntar componentes individuales (nitrato de potasio, carbón vegetal y azufre) para que se produzca la explosión, que es una reacción química que libera rápidamente energía y gases, produciendo ondas que viajan con gran velocidad y fuerza.

La nitroglicerina tiene todos los componentes necesarios para la reacción en una sola molécula. Fue inventada por el químico italiano Ascanio Sobrero en el año 1846, es un líquido tan volátil que en esos momentos se consideraba que su uso era demasiado peligroso y difícil su manipulación. Recién en la década de los 1860, Alfred Nobel encontró una manera para poder utilizarla con la suficiente seguridad en trabajos de construcción. Si se mezclaba la nitroglicerina con sílice, el líquido se convertía en una pasta que se podía modelar para su colocación en varillas explosivas. En 1867, patentó este material al que denominó dinamita.

Si bien Nobel era una activa persona, sufría de ataques que se caracterizaban por un dolor intenso en el pecho. Aunque los médicos de aquella época desconocían por completo el mecanismo de acción de la nitroglicerina, se sabía que el ingrediente activo de la dinamita, el que le proporcionaba poderes devastadores (y aquí la ironía de la sustancia) causaba un alivio eficaz a esta enfermedad conocida como angina de pecho.

Los efectos terapéuticos de la nitroglicerina fueron descubiertos de manera casual, cuando se encontró que los trabajadores que la manipulaban en una industria de explosivos empezaron a sentir algunos dolores de cabeza. La investigación reveló que los dolores se debían a la capacidad de la nitroglicerina de producir una marcada dilatación de los vasos sanguíneos. Los dolores asociados a los ataques de angina se deben a la incapacidad de los vasos sanguíneos de suministrar adecuadamente la sangre al corazón y la nitroglicerina hace que se relajen los músculos lisos que se encuentran alrededor de los vasos sanguíneos permitiendo que los vasos se dilaten y pueda llegar un mayor flujo de sangre al corazón.

Recién a finales de la década de los 1870 los investigadores consiguieron desvelar el misterio de la nitroglicerina al encontrar que ésta sufre una serie de reacciones en el organismo para formar una molécula mensajera denominada óxido nítrico o NO.

Si bien fuera del organismo, el óxido nítrico es un gas inestable, potencialmente tóxico, en su función de molécula mensajera, esta sustancia desempeña un importante papel regulador dentro del organismo. Las distintas células y tejidos envían y reciben mensajes que indican, por ejemplo, a las células musculares cuándo deben contraerse o a las células de grasa cuándo deben liberar sus reservas. Varios sistemas de mensajes regulan nuestra red de vasos sanguíneos para que puedan llevar sangre con oxígeno a los tejidos y órganos que más lo necesitan mientras que mantiene nuestra presión arterial a un nivel apropiado.

Su importancia fue tal que en 1998 se concedió al premio Nóbel a los investigadores que identificaron el papel fisiológico del NO.

BIBLIOGRAFÍA

1.     BOTTANI, E. ODETTI, H. (2009). Química Inorgánica. Centro de Publicaciones. Universidad Nacional del Litoral.

2.     YURKANIS BRUICE, PAULA (2008). Química Orgánica. 5º Edición. Pearson Educación.

Dr. Héctor Santiago Odetti <hodetti @ fbcb.unl.edu.ar>

Dpto. de Química General e Inorgánica.- Fac. de Bioquímica y 

Ciencias Biológicas. Universidad Nacional del Litoral. ARGENTINA.