Quiralidad

Qué es la quiralidad

La palabra procede del inglés "chiral", formado sobre la raíz griega χείρ (kheír), "mano". La eligió Lord Kelvin en 1893, en una conferencia pronunciada en el Junior Scientific Club de la Universidad de Oxford y publicada al año siguiente, para nombrar cualquier figura cuya imagen especular no pudiera hacerse coincidir con el original por ninguna rotación en el espacio. Escogió la mano como referencia porque es, según sus propias palabras, el objeto quiral más familiar: la izquierda y la derecha son imágenes especulares entre sí, y ningún giro las superpone.

La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) formaliza esta idea como una propiedad geométrica: un objeto es quiral cuando carece de determinados elementos de simetría, en concreto un plano especular, un centro de inversión o un eje de rotación-reflexión. Si esos elementos están presentes, el objeto es aquiral y su imagen en el espejo resulta indistinguible de sí mismo, como ocurre con una esfera.

El origen molecular de la quiralidad

En química orgánica, la causa más frecuente de la quiralidad molecular es un átomo de carbono unido a cuatro sustituyentes distintos: el llamado carbono asimétrico o centro estereogénico. A las dos imágenes especulares no superponibles de una misma molécula quiral se las denomina enantiómeros, y comparten propiedades físicas casi idénticas (punto de fusión, densidad, solubilidad), pero difieren en cómo desvían el plano de la luz polarizada y en cómo interactúan con otras moléculas quirales, empezando por las de nuestro propio organismo.

La quiralidad no se limita a un único átomo. También existe quiralidad axial, en moléculas cuya rotación alrededor de un enlace está impedida, y quiralidad planar. Fuera de la química, el fenómeno es más común de lo que parece: una hélice, un tornillo o la banda de Möbius son objetos quirales tridimensionales, y hasta las piezas en forma de J, L, S y Z del videojuego Tetris son quirales en dos dimensiones, porque su reflejo no puede rotarse hasta coincidir con la original.

La quiralidad en los seres vivos

Los aminoácidos que forman las proteínas del cuerpo humano son, casi sin excepción, de configuración L. Los azúcares que integran el ADN y el ARN son, casi sin excepción, de configuración D. Esta preferencia absoluta por una sola de las dos formas especulares se conoce como homoquiralidad biológica, y constituye uno de los grandes enigmas sin resolver sobre el origen de la vida: si los procesos químicos que dieron lugar a los primeros aminoácidos producían, en principio, cantidades iguales de ambas formas, no está claro qué mecanismo inclinó la balanza hacia un solo lado de forma tan completa y sostenida durante miles de millones de años.

Esa homoquiralidad tiene una consecuencia práctica inmediata. Las enzimas, los receptores y los canales del organismo son, a su vez, estructuras quirales, y reconocen a las moléculas con las que interactúan del mismo modo en que una mano reconoce un guante hecho a su medida: con exquisita especificidad hacia una sola orientación espacial.

Por qué importa en farmacología

Cuando un fármaco es quiral, sus dos enantiómeros pueden comportarse de manera muy distinta en el organismo. Uno puede ser terapéuticamente activo mientras el otro es inactivo, tiene un efecto distinto o incluso resulta nocivo. El caso más citado en la historia de la farmacología es el de la talidomida, comercializada en la década de 1950 como sedante y para las náuseas del embarazo: se vendía como una mezcla de sus dos enantiómeros, y mientras uno aliviaba las náuseas, el otro se asoció a graves malformaciones congénitas.

El relato habitual simplifica el episodio. Durante años se pensó que administrar únicamente el enantiómero seguro habría evitado la tragedia, pero investigaciones posteriores mostraron que ambas formas de la talidomida se interconvierten dentro del cuerpo humano: aunque se hubiera partido de un compuesto puro, el organismo habría generado igualmente la forma asociada al daño fetal. La lección que dejó el caso no fue tan simple como "elegir el enantiómero correcto", sino la necesidad de estudiar el comportamiento de cada uno por separado, incluida su posible conversión mutua.

A raíz de este tipo de episodios, agencias reguladoras como la estadounidense FDA exigen desde 1992 que los nuevos principios activos quirales se evalúen enantiómero por enantiómero antes de su comercialización, valorando tanto su actividad como su perfil de seguridad y su comportamiento metabólico por separado.

Diferenciación con otros estereoisómeros

No todos los estereoisómeros son enantiómeros. Cuando dos moléculas comparten la misma fórmula y conectividad pero difieren en la configuración de solo uno de varios centros estereogénicos, sin ser imágenes especulares completas entre sí, se llaman diastereómeros; un caso particular, en el que las dos moléculas difieren en un único centro, recibe el nombre de epímero. La quiralidad, por tanto, es condición necesaria para que existan enantiómeros, pero no agota por sí sola el catálogo de relaciones posibles entre moléculas con la misma fórmula.

Preguntas frecuentes

¿Quién acuñó la palabra "quiralidad"?

La forma inglesa "chirality", de la que deriva la española, se generalizó a partir del término "chiral" que Lord Kelvin introdujo en 1893 para la geometría. La raíz griega que la sustenta, χείρ ("mano"), es muchísimo más antigua y forma parte del vocabulario médico en palabras como quirófano o cirugía.

¿Todo fármaco quiral se comercializa como un solo enantiómero?

No. Muchos medicamentos se siguen comercializando como mezclas racémicas, es decir, con proporciones iguales de ambos enantiómeros, cuando los estudios demuestran que esa mezcla es segura y eficaz. La normativa actual exige conocer el comportamiento de cada enantiómero, no que se elimine necesariamente uno de ellos.

¿Puede una molécula tener un centro estereogénico y no ser quiral?

Sí. Los llamados compuestos meso poseen dos o más centros estereogénicos cuyas configuraciones se cancelan entre sí, de modo que la molécula completa resulta superponible con su imagen especular. Tener un centro de este tipo es, por tanto, una condición que favorece la quiralidad, no una garantía absoluta.

¿Por qué la vida usa solo una de las dos formas posibles?

No se sabe con certeza. Es uno de los problemas abiertos más discutidos sobre el origen de la vida, y entre las hipótesis manejadas figuran la selección por radiación polarizada procedente del espacio, la amplificación progresiva de un pequeño desequilibrio inicial y la posible llegada de precursores ya homoquirales a través de meteoritos.

Referencias

1. Real Academia Española. Quiralidad. Diccionario de la lengua española.
2. International Union of Pure and Applied Chemistry. Chirality. IUPAC Compendium of Chemical Terminology (Gold Book).
3. Wikipedia. Quiralidad.
4. Universidad de Sevilla (idUS). La importancia de la quiralidad en farmacología.