4.12: Quiralidad en la naturaleza

La quiralidad es la faceta más intrigante pero esencial de la naturaleza y gobierna los procesos bioquímicos y la precisión de la vida. Se puede observar desde el patrón de la concha de un caracol en un mundo macroscópico hasta un aminoácido, el componente más diminuto de la vida. La mayoría de los caracoles de todo el mundo tienen caparazones enrollados hacia la derecha debido a la quiralidad intrínseca de sus genes. Todos los aminoácidos presentes en el cuerpo humano existen en estado enantioméricamente puro, excepto la glicina, el único aminoácido aquiral. La quiralidad de los aminoácidos tiene una consecuencia importante en la simetría y función de las proteínas y enzimas naturales. Con 268 centros quirales, la quimotripsina humana podría existir en 2²⁶⁸ configuraciones posibles si cada aminoácido tomara cualquiera de las formas enantioméricas. Sin embargo, el papel de la quiralidad ha ordenado una única quimotripsina quiral como enzima digestiva selectiva.

Otro aspecto crítico en la cascada de procesos bioquímicos es que la mayoría de las enzimas interactúan sólo con uno de los enantiómeros debido a su quiralidad. En consecuencia, surge la enantioselectividad, como un mecanismo de cerradura y llave, donde solo un enantiómero puede encajar en el sitio de unión de la enzima. Esto tiene una implicación importante en el ámbito del diseño de fármacos, donde cada enantiómero puede inducir un efecto diferente. El papel de la quiralidad salió a la luz de forma devastadora hace casi cinco décadas, cuando se prescribió el fármaco talidomida para el tratamiento de las náuseas matutinas en mujeres embarazadas. Desde entonces, se han determinado las propiedades de cada enantiómero para cada fármaco diseñado.

Lo más interesante es que esta faceta de la quiralidad se extiende desde el microcosmos hasta el macrocosmos. Cuando Pasteur descubrió la conexión entre la actividad óptica y la quiralidad molecular, lo llevó a conjeturar que incluso las fuerzas de la naturaleza son quirales. Esto ahora se ha demostrado en todo el universo en las interacciones débiles entre partículas fundamentales, que pueden violar la simetría de paridad.

¿Alguna vez has notado los patrones en la concha de un caracol de jardín? Con toda probabilidad, el caparazón estará enrollado a la derecha. De hecho, en Londres, cuando se descubrió un caracol de espiral izquierda, era tan raro que se lanzó una campaña mundial para encontrarlo como pareja de espiral izquierda.

De hecho, casi todos los caracoles del mundo tienen conchas enrolladas a la derecha, una consecuencia de la quiralidad intrínseca de sus genes.

Al igual que los caracoles, la mayoría de los productos naturales y biomoléculas son quirales. Por ejemplo, todos los aminoácidos presentes en nuestro cuerpo existen como enantiómeros individuales, excepto el único aminoácido aquiral, la glicina.

Los aminoácidos son los componentes básicos de las proteínas; como tales, la quiralidad de los aminoácidos tiene consecuencias significativas en la simetría y la función de todas las proteínas y enzimas naturales.

Consideremos el caso de la quimotripsina, una enzima digestiva que se encuentra en los intestinos de muchos animales. La quimotripsina humana, con 268 aminoácidos en la secuencia, tiene 268 centros quirales.

Si cada uno de estos aminoácidos pudiera existir en cualquiera de sus dos formas enantioméricas, la quimotripsina humana tendría 2²⁶⁸ configuraciones posibles. Afortunadamente, los aminoácidos existen como enantiómeros individuales en nuestro cuerpo y, en consecuencia, la quimotripsina está presente en una sola configuración quiral.

Debido a la quiralidad de su estructura, la mayoría de las enzimas, como la quimotripsina, reaccionan específicamente con solo uno de los dos enantiómeros de una molécula. Esta enantioselectividad surge porque solo uno de los enantiómeros puede caber en el sitio de unión de la enzima, de manera análoga a un mecanismo de cerradura y llave.

En consecuencia, los enantiómeros de una molécula de fármaco pueden invocar diferentes respuestas biológicas en el cuerpo. Por ejemplo, mientras que el enantiómero S del fármaco naproxeno tiene propiedades antiinflamatorias, el enantiómero R del naproxeno es una toxina hepática. Por lo tanto, el naproxeno se vende como un solo enantiómero.

Algunos medicamentos, como el ibuprofeno, se venden como mezclas racémicas. Aquí, mientras que el enantiómero S es el agente activo, el enantiómero R es inactivo e inofensivo.