Alcaloides: Características, Biosíntesis y Aplicaciones Farmacológicas

ALCALOIDES

19.1 Definición y Concepto

Los alcaloides son un grupo diverso de compuestos orgánicos nitrogenados de origen natural. A pesar de su diversidad estructural, comparten algunas características comunes:

• Origen Natural: Se encuentran principalmente en plantas, aunque también se han identificado en algunos animales y hongos.
• Presencia de Nitrógeno: Contienen al menos un átomo de nitrógeno, generalmente formando parte de un anillo heterocíclico.
• Actividad Biológica: Muchos alcaloides presentan una potente actividad farmacológica en humanos y otros animales, incluso a bajas dosis.

Es importante destacar que no existe una homogeneidad química, bioquímica o farmacológica absoluta dentro del grupo de los alcaloides. Algunas excepciones notables incluyen:

• Origen No Aminoacídico: Algunos alcaloides, como los esteroídicos y terpénicos, no se derivan de aminoácidos.
• Carácter No Básico: No todos los alcaloides son básicos, como la colchicina y las bases xánticas.
• Nitrógeno No Heterocíclico: En algunos casos, como la colchicina y la mescalina, el átomo de nitrógeno no forma parte de un anillo heterocíclico.

El descubrimiento de la morfina, el primer alcaloide aislado del opio, marcó un hito en la química de productos naturales y abrió camino al aislamiento de otros alcaloides como la nicotina y la cocaína.

19.2 Biosíntesis

La mayoría de los alcaloides se biosintetizan a partir de aminoácidos, tanto aromáticos como alifáticos. Las rutas biosintéticas pueden ser complejas e involucran múltiples pasos enzimáticos.

19.3 Funciones en las Plantas

Se han propuesto diversas hipótesis sobre las funciones de los alcaloides en las plantas, entre ellas:

• Defensa: Su sabor amargo y toxicidad podrían actuar como defensa contra herbívoros y patógenos.
• Regulación del Crecimiento: Algunos alcaloides podrían actuar como hormonas vegetales, regulando el crecimiento y desarrollo.
• Reserva de Nitrógeno: Podrían servir como reserva de nitrógeno para la planta.
• Detoxificación: Podrían ser productos finales de reacciones de detoxificación en la planta.
• Protección UV: Se ha sugerido que algunos alcaloides, como los flavonoides y taninos, podrían proteger a las plantas de la radiación UV.

19.4 Propiedades Físico-Químicas

• Sabor Amargo: La mayoría de los alcaloides tienen un sabor amargo característico.
• Carácter Básico: Debido a la presencia del átomo de nitrógeno, muchos alcaloides son básicos y pueden formar sales con ácidos.
• Solubilidad:
  • En estado base: Son solubles en disolventes orgánicos apolares como el éter, cloroformo o benceno, y en alcoholes.
  • En forma de sal: Son solubles en agua y alcoholes.
• Formación de Sales: Forman sales con yodo, mercurio y metales pesados. Esta propiedad se utiliza en la detección de alcaloides mediante reacciones de precipitación, como la prueba de Dragendorff (que contiene yodo).

19.5 Clasificación

Los alcaloides se pueden clasificar de diversas maneras, siendo una de las más comunes según su estructura química. A continuación, se presentan algunos ejemplos de alcaloides clasificados según su núcleo heterocíclico:

Excepción: Muscimol (responsable de efectos sedantes y relajantes)

19.6 Alcaloides con Nitrógeno No Heterocíclico

Fenetilaminas

• Efedrina: Se encuentra en las especies del género Ephedra.
  • Actividad Farmacológica: Estimulante del SNC y del sistema nervioso simpático, aumenta la frecuencia cardíaca y la presión arterial, produce vasoconstricción, midriasis, broncodilatación y pérdida de peso. Sus efectos son similares a los de la adrenalina.
  • Empleo: Antiguamente se utilizaba como estimulante del SNC y como adelgazante (disminuye el apetito y favorece la quema de grasas). Actualmente, su uso está prohibido debido a sus efectos secundarios. Sin embargo, un isómero de la efedrina se utiliza como descongestionante nasal en medicamentos como el Rino Ebastel®.
• Mescalina: Se encuentra en el tallo de Lophora williamsii (Cactaceae), conocido como peyote.
  • Actividad Farmacológica: Tradicionalmente consumido por indígenas en ceremonias religiosas por sus propiedades alucinógenas. En España es una droga ilegal y no tiene uso medicinal.
  • Importancia: Sirvió como modelo para el desarrollo de drogas de síntesis y anfetaminas.

Tropolonas

• Colchicina: Se obtiene de las semillas y el bulbo de Colchicum autumnale (Liliaceae).
  • Actividad Farmacológica: Tratamiento específico para la gota. También bloquea la división celular, pero no se utiliza como antitumoral debido a su toxicidad. Puede producir efectos secundarios gastrointestinales.

19.7 Alcaloides con Nitrógeno Heterocíclico

Derivados de Piridina

• Nicotina:
  • Estructura: Contiene un núcleo de piridina (anillo aromático con un átomo de nitrógeno).
  • Fuentes: Presente en el tabaco.
  • Actividad Farmacológica: Estimulante del SNC y del sistema nervioso periférico, así como estimulante ganglionar. Induce tolerancia y dependencia debido a su capacidad para activar vías específicas en el SNC.
  • Usos: Se utiliza en farmacia para el tratamiento de la dependencia al tabaco en forma de chicles, parches, sprays, etc. Un ejemplo es el medicamento Champix (vareniclina).

Alcaloides Tropánicos

• Hiosciamina y Escopolamina: Alcaloides derivados del tropanol. Presentes en plantas como la belladona, el beleño y el estramonio, pertenecientes a la familia de las Solanáceas midriáticas.
  • Efectos: Bloquean el sistema nervioso parasimpático (efectos anticolinérgicos), lo que produce un predominio de los efectos del sistema nervioso simpático (aumento de la presión arterial y la frecuencia cardíaca). También pueden causar delirios y alucinaciones.
  • Usos: La atropina (mezcla racémica de isómeros de hiosciamina) se utiliza en farmacia para tratar la bradicardia (frecuencia cardíaca lenta) y en oftalmología como dilatador de la pupila. Sin embargo, pueden producir efectos tóxicos como alucinaciones y taquicardia (intoxicación atropínica).
• Cocaína: (ver estructura) Derivada del tropanol. Se encuentra en las hojas de Erythroxylum coca. Tradicionalmente, las comunidades indígenas de Sudamérica que habitan en zonas de gran altitud han utilizado las hojas de coca para combatir el mal de altura, ya que masticarlas ayuda a aliviar los síntomas de fatiga y agotamiento causados por la disminución de la concentración de oxígeno en el aire.
  • Actividad Farmacológica: Anestésico local (fue el primero en utilizarse, pero se sustituyó rápidamente por derivados como la procaína debido a su potencial adictivo), droga de abuso (estimulante del SNC y del sistema nervioso simpático, reduce la sensación de cansancio y apetito, aumenta la presión arterial y la frecuencia cardíaca).

Alcaloides Quinoleínicos (Núcleo de Quinoleína)

• Quinina: Presente en las cortezas de especies del género Cinchona (Rubiaceae). Tiene actividad antimalárica y es el principio activo amargo de la tónica.
• Camptotecina: Alcaloide con una estructura compleja que se extrae de las cortezas de Camptotheca acuminata. Se utiliza como fármaco citotóxico (tóxico para las células) para obtener derivados antitumorales como el topotecan y el irinotecan, que inducen la muerte celular.

Alcaloides Derivados de Isoquinoleína

• Morfina: Primer compuesto de origen vegetal aislado. Se encuentra en la planta Papaver somniferum (Papaveraceae). Se extrae del látex (opio) desecado obtenido por incisión de las cápsulas de la adormidera. Se utiliza como analgésico opioide.
  • Actividad Farmacológica: Analgésico opioide mayor, produce euforia y sensación de bienestar, pero también deprime el centro respiratorio y puede causar parada cardiorrespiratoria a altas dosis. Reduce el peristaltismo intestinal (provoca estreñimiento) y produce tolerancia y dependencia. Se utiliza como analgésico solo en casos de dolor intenso.
  • Sustancias Relacionadas: Codeína (analgésico y antitusígeno), dextrometorfano (antitusivo), buprenorfina (analgésico), naltrexona (tratamiento del alcoholismo) y heroína (analgésico prohibido por su alto potencial adictivo).

Alcaloides de Amaryllidaceae

• Galantamina: Presente en géneros como Narcissus y Galanthus. Se utiliza para el tratamiento del Alzheimer. Su uso medicinal se basa en observaciones de comunidades rurales del este de Europa que utilizaban estas plantas para tratar enfermedades neurológicas en niños. En la década de 1950 se aisló la galantamina y en el año 2000 se comercializó como tratamiento para el Alzheimer.

Alcaloides Indólicos

• Ácido Lisérgico: Presente en el cornezuelo del centeno, un hongo llamado Claviceps purpurea.
  • Actividad: Alucinógeno que produce alteraciones de la percepción.
  • Importancia Farmacológica: Molécula base para la obtención de otros fármacos importantes como la ergotamina (tratamiento de la migraña), la bromocriptina (tratamiento del Parkinson) y el LSD (droga alucinógena).
• Psilocibina: Se encuentra en hongos del género Psilocybe. No tiene aplicaciones medicinales, pero es responsable de los efectos alucinógenos de estos hongos.

19.8 Bases Xánticas

La cafeína (estimulante del SNC y diurético, presente en el café, té, guaraná, etc.), la teofilina (diurético y broncodilatador) y la teobromina (diurético y antiespasmódico) son bases xánticas que se diferencian en la posición de sus grupos metilo. Tienen un carácter básico débil. Son compuestos naturales nitrogenados con actividad sobre el sistema nervioso.

• Cacao: Se obtiene de Theobroma cacao (Malvaceae), originario de Sudamérica. La mayor producción de cacao se encuentra en África. Contiene teobromina (1-3%), cafeína (0,2-0,5%), salsolinol y polifenoles. Tiene efectos estimulantes sobre el sistema nervioso. Estudios sugieren que el chocolate puede ser adictivo debido a la presencia de salsolinol, que activa vías relacionadas con la dependencia.
• Café: Se extrae de las semillas del arbusto Coffea arabica (Rubiaceae). Originario de África, también se cultiva en Asia y Latinoamérica. Contiene cafeína (1-2,5%) y ácidos fenólicos (cafeico y clorogénico) con propiedades antioxidantes. Se consume como bebida estimulante con efectos diuréticos. La cafeína se aísla para la elaboración de medicamentos y también se utiliza como analgésico.
• Té: Proviene de la planta Camellia sinensis, originaria de Asia, con plantaciones principalmente en India, China y Japón. Contiene cafeína (2,5-4,5%), teofilina, teobromina, polifenoles (30% en el té verde) como catequinas y taninos, aceites esenciales, aminoácidos y vitaminas. Tiene propiedades estimulantes, diuréticas, lipolíticas, antioxidantes, etc.

19.9 Otras Plantas que Contienen Alcaloides

• Amapola: Contiene alcaloides y mucílagos. Se utiliza en fitoterapia como calmante, relajante y para tratar afecciones respiratorias.
• Amapola de California: (Eschscholzia californica, Papaveraceae). Tiene flores de color naranja.
• Género Capsicum (Solanaceae): Incluye pimientos, guindillas, etc. Contienen capsaicina, un compuesto nitrogenado utilizado en cremas para el tratamiento del dolor en la artrosis. La capsaicina activa el receptor vanilloide, responsable de la sensación de ardor y calor. La exposición prolongada a la capsaicina produce desensibilización del receptor.