Isómeros

Qué son los isómeros

Un isómero es cada una de las sustancias que, teniendo idéntica fórmula molecular (el mismo número y tipo de átomos), presenta una estructura diferente. La palabra combina el griego ἴσος (ísos, igual) y μέρος (méros, parte): dos isómeros están hechos de las mismas piezas, montadas de otra manera. Esa diferencia de montaje basta para que cambien el punto de fusión, la solubilidad, la reactividad o el efecto biológico.

Basta un ejemplo con dos átomos de carbono, seis de hidrógeno y uno de oxígeno. Con la fórmula C2H6O pueden construirse el etanol (el alcohol de las bebidas) y el dimetiléter (un gas), dos cuerpos sin apenas nada en común salvo su composición. Con C6H12O6 se escriben la glucosa, la fructosa y la galactosa. La fórmula no dice cómo están unidos los átomos, y ahí reside toda la diferencia.

El descubrimiento de un fenómeno inesperado

Durante buena parte del siglo XVIII se dio por sentado que la composición de una sustancia determinaba por completo su identidad. Dos cuerpos con los mismos elementos, en la misma proporción, debían ser el mismo cuerpo. La primera grieta en esa certeza apareció en 1827, cuando Friedrich Wöhler preparó cianato de plata y comprobó que tenía la misma composición que el fulminato de plata obtenido por Justus von Liebig el año anterior. Uno era estable; el otro, explosivo.

La observación se repitió pronto. En 1828 Wöhler advirtió que la urea y el cianato de amonio compartían fórmula, y en 1830 Berzelius reunió estos hallazgos bajo un nombre nuevo, la isomería. Dos décadas más tarde, en 1848, Louis Pasteur separó a mano los cristales del ácido tartárico en dos formas que eran imágenes especulares una de otra. Había nacido la estereoquímica. El montaje espacial, y no solo la conectividad, definía a un compuesto.

Los grandes grupos de isómeros

La isomería se ordena en dos familias. En los isómeros estructurales (o constitucionales) los átomos se enlazan en un orden distinto, de modo que cambia el esqueleto de la molécula: se distinguen por la ramificación de la cadena, por la posición de un grupo sobre ella o por el propio grupo funcional que contienen. Un subtipo peculiar son los tautómeros, isómeros estructurales que se interconvierten de forma espontánea y coexisten en equilibrio.

En los estereoisómeros, el orden de los enlaces es el mismo y lo que cambia es la orientación de los átomos en el espacio. Aquí caben los enantiómeros, moléculas que se relacionan como la mano derecha y la izquierda y que dependen de la quiralidad del carbono; los diastereoisómeros, entre los que figuran los epímeros y los isómeros geométricos cis-trans; y los confórmeros, que difieren solo por el giro en torno a un enlace (véase conformación).

Por qué los isómeros importan en biología y medicina

Las enzimas y los receptores del organismo no reconocen fórmulas: reconocen formas. Una proteína encaja con su sustrato como una llave en su cerradura, así que dos isómeros de idéntica composición pueden encajar uno y quedar ignorado el otro. La glucólisis ofrece un ejemplo cotidiano: la enzima fosfoglucosa isomerasa convierte la glucosa-6-fosfato en su isómero fructosa-6-fosfato para que la ruta pueda seguir adelante.

La distinción alcanza a los medicamentos. Muchos principios activos son quirales, y sus dos formas especulares (véase molécula quiral) pueden comportarse de manera muy distinta en el cuerpo: una resultar activa y la otra inerte, o incluso perjudicial. La talidomida, comercializada a finales de los años cincuenta, dejó una lección amarga sobre este punto y contribuyó a que las agencias reguladoras exigieran caracterizar cada isómero por separado.

Preguntas frecuentes

¿Qué significa la palabra isómero?

Procede del griego ísos, «igual», y méros, «parte». Berzelius la propuso en 1830 para nombrar aquellas sustancias que, teniendo las mismas partes en la misma proporción, resultaban ser cuerpos diferentes.

¿En qué se distinguen los isómeros estructurales de los estereoisómeros?

En los estructurales cambia el orden en que se enlazan los átomos, es decir, la conectividad de la molécula. En los estereoisómeros la conectividad es idéntica y lo único que varía es la disposición tridimensional. Unos están montados en distinto orden; otros, en distinta orientación.

¿Dos isómeros pesan lo mismo?

Sí. Al compartir fórmula molecular, comparten masa molecular. Lo que no comparten son las propiedades: el punto de ebullición, la solubilidad, el color o la actividad biológica pueden diferir por completo.

¿Por qué son relevantes en los medicamentos?

Porque el organismo distingue entre isómeros. Dos formas especulares de un mismo principio activo pueden tener efectos dispares, y por eso identificarlas forma parte del desarrollo de cualquier medicamento moderno.

Referencias

1. Encyclopaedia Britannica. Isomerism. Concepto de isomería y sus tipos.
2. Encyclopaedia Britannica. Jöns Jacob Berzelius. Biografía del químico que acuñó el término.
3. Exploring the chemistry and evolution of the isomerases. PNAS (PMC). Química de la isomerización biológica.
4. IUBMB. Enzyme Nomenclature, EC 5 Isomerases. Clasificación de las enzimas isomerasas.