Ionóforo

En química, un ionóforo (del griego ion y -phore 'portador de iones') es una especie química que une reversiblemente los iones. Muchos ionóforos son entidades liposolubles que transportan iones a través de la membrana celular. Los ionóforos catalizan el transporte de iones a través de membranas hidrofóbicas, como membranas poliméricas líquidas (electrodos selectivos de iones basados en portadores) o bicapas lipídicas que se encuentran en las células vivas o vesículas sintéticas (liposomas). Estructuralmente, un ionóforo contiene un centro hidrófilo y una porción hidrófoba que interactúa con la membrana.

Algunos ionóforos son sintetizados por microorganismos para importar iones a sus células. También se han preparado portadores de iones sintéticos. Los ionóforos selectivos para cationes y aniones han encontrado muchas aplicaciones en el análisis. Estos compuestos también han demostrado tener varios efectos biológicos y un efecto sinérgico cuando se combinan con el ion al que se unen.

Clasificación

Las actividades biológicas de los compuestos que unen iones metálicos pueden cambiar en respuesta al incremento de la concentración del metal y, en función de esto último, los compuestos pueden clasificarse como "ionóforos metálicos" y "quelantes de metales". #34; o "lanzaderas metálicas". Si el efecto biológico aumenta al aumentar la concentración de metal, se clasifica como "ionóforo metálico". Si el efecto biológico disminuye o se revierte al aumentar la concentración del metal, se clasifica como "quelante de metales". Si el efecto biológico no se ve afectado por el aumento de la concentración de metal y el complejo compuesto-metal ingresa a la célula, se clasifica como "lanzadera de metal". El término ionóforo (del griego portador de iones o portador de iones) fue propuesto por Berton Pressman en 1967 cuando él y sus colegas investigaban los mecanismos antibióticos de la valinomicina y la nigericina.

Muchos ionóforos son producidos naturalmente por una variedad de microbios, hongos y plantas, y actúan como defensa contra especies competidoras o patógenas. También se han sintetizado múltiples ionóforos sintéticos que atraviesan membranas. Las dos clasificaciones amplias de ionóforos sintetizados por microorganismos son:

• Carrier ionophores que se unen a un ion particular y protegen su carga desde el entorno circundante. Esto facilita que el ión pase por el interior hidrofóbico de la membrana lipídica. Sin embargo, estos ionóforos no pueden transportar iones bajo temperaturas muy bajas. Un ejemplo de un portador ionóforo es valinomycin, una molécula que transporta una sola cación de potasio. Los ionofros portadores pueden ser proteínas u otras moléculas.
• Antiguos del Canal que introduce un poro hidrofílico en la membrana, permitiendo que los iones pasen sin entrar en contacto con el interior hidrofóbico de la membrana. El canal que forma ionofros son generalmente proteínas grandes. Este tipo de ionóforos puede mantener su capacidad de transferir iones a bajas temperaturas, a diferencia de ionóforos portadores. Ejemplos de ionóforos de formación de canales son la graicidina A y la nistatina.

Los ionóforos que transportan iones de hidrógeno (H⁺, es decir, protones) a través de la membrana celular se denominan protonóforos. Los ionóforos de hierro y los agentes quelantes se denominan colectivamente sideróforos.

Ionóforos sintéticos

Muchos ionóforos sintéticos se basan en éteres corona, criptandos y calixarenos. También se han sintetizado derivados de pirazol-piridina y bispirazol. Estas especies sintéticas suelen ser macrocíclicas. Algunos agentes sintéticos no son macrocíclicos, p. cianuro de carbonilo-p-trifluorometoxifenilhidrazona. Incluso los compuestos orgánicos simples, como los fenoles, presentan propiedades ionofóricas. La mayoría de los receptores sintéticos utilizados en los electrodos selectivos de aniones basados en portadores emplean elementos de transición o metaloides como portadores de aniones, aunque se conocen receptores orgánicos simples basados en urea y tiourea.

Mecanismo de acción

Los ionóforos son compuestos químicos que reversiblemente se unen y transportan iones a través de las membranas biológicas en ausencia de un poro de proteína. Esto puede interrumpir el potencial de la membrana, y por lo tanto estas sustancias podrían exhibir propiedades citotóxicas. Ionophores modifica la permeabilidad de las membranas biológicas hacia ciertos iones a los que muestran afinidad y selectividad. Muchos ionóforos son iones lipídicos solubles y de transporte a través de membranas hidrofóbicas, como bicapas lípidos encontrados en las células vivas o vesículas sintéticas (liposomas), o membranas poliméricas líquidas (electros selectivos de iones basados en carrier). Structuralmente, un ionóforo contiene un centro hidrofílico y una porción hidrofóbica que interactúa con la membrana. Los iones están vinculados al centro hidrofílico y forman un complejo ionofre-ion. La estructura del complejo ionofre-ion ha sido verificada por la cristalografía de rayos X.

Química

Varios factores químicos afectan la actividad del ionóforo. La actividad de un complejo ionóforo-metal depende de su configuración geométrica y de los sitios y átomos de coordinación que crean el entorno de coordinación que rodea el centro metálico. Esto afecta la selectividad y afinidad hacia un determinado ion. Los ionóforos pueden ser selectivos para un ion particular, pero no exclusivos de él. Los ionóforos facilitan el transporte de iones a través de membranas biológicas, más comúnmente mediante transporte pasivo, que se ve afectado por la lipofilicidad de la molécula de ionóforo. El aumento de la lipofilicidad del complejo ionóforo-metal mejora su permeabilidad a través de membranas lipófilas. La hidrofobicidad e hidrofilicidad del complejo también determina si ralentizará o facilitará el transporte de iones metálicos a los compartimentos celulares. El potencial de reducción de un complejo metálico influye en su estabilidad termodinámica y afecta su reactividad. La capacidad de un ionóforo para transferir iones también se ve afectada por la temperatura.

Propiedades biológicas

Los ionóforos se utilizan ampliamente en experimentos de fisiología celular y biotecnología, ya que estos compuestos pueden perturbar eficazmente los gradientes de iones a través de las membranas biológicas y, por lo tanto, pueden modular o mejorar el papel de iones clave en la célula. Muchos ionóforos han mostrado actividades antibacterianas y antifúngicas. Algunos de ellos también actúan contra insectos, plagas y parásitos. Algunos ionóforos se han introducido en medicamentos de uso dermatológico y veterinario. Una gran cantidad de investigaciones se han dirigido a investigar nuevas propiedades antivirales, antiinflamatorias, antitumorales, antioxidantes y neuroprotectoras de diferentes ionóforos.

La cloroquina es un fármaco antipalúdico y antiamebiano. También se utiliza en el tratamiento de la artritis reumatoide y el lupus eritematoso. La piritiona se utiliza como agente anticaspa en champús medicinales para la dermatitis seborreica. También sirve como agente antiincrustante en pinturas para cubrir y proteger superficies contra moho y algas. Clioquinol y PBT2 son derivados de 8-hidroxiquinolina. El clioquinol tiene propiedades antiprotozoarias y antifúngicas tópicas; sin embargo, su uso como agente antiprotozoario se ha restringido ampliamente debido a preocupaciones neurotóxicas. Actualmente se están estudiando el clioquinol y el PBT2 para enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Huntington y la enfermedad de Parkinson. La gramicidina se utiliza en pastillas para la garganta y se ha utilizado para tratar heridas infectadas. El galato de epigalocatequina se utiliza en muchos suplementos dietéticos y ha demostrado ligeros efectos reductores del colesterol. La quercetina tiene un sabor amargo y se utiliza como aditivo alimentario y en suplementos dietéticos. El hinokitiol (ß-tujaplicina) se utiliza en productos comerciales para el cuidado de la piel, el cabello y la boca, repelentes de insectos y desodorantes. También se utiliza como aditivo alimentario, agente para prolongar la vida útil en envases de alimentos y conservante de madera en el tratamiento de la madera.

Los antimicóticos poliénicos, como la nistatina, la natamicina y la anfotericina B, son un subgrupo de macrólidos y son medicamentos antifúngicos y antileishmania ampliamente utilizados. Estos medicamentos actúan como ionóforos uniéndose al ergosterol en la membrana celular del hongo y haciéndola permeable a los iones K⁺ y Na⁺, contribuyendo como resultado a la muerte de las células fúngicas. .

Los ionóforos carboxílicos, es decir, monensina, lasalocid, salinomicina, narasina, maduramicina, semduramicina y laidlomicina, se comercializan a nivel mundial y se utilizan ampliamente como aditivos alimentarios anticoccidiales para prevenir y tratar la coccidiosis en aves de corral. Algunos de estos compuestos también se han utilizado como promotores del crecimiento y la producción en ciertos rumiantes, como el ganado vacuno y los pollos, aunque este uso se ha restringido principalmente por cuestiones de seguridad.

Se ha demostrado que los ionóforos de zinc inhiben la replicación de varios virus in vitro, incluidos el coxsackievirus, el virus de la arteritis equina, el coronavirus, el VHC, el VHS, el HCoV-229E, el VIH, el mengovirus, el MERS-CoV y el rinovirus. , SARS-CoV-1, virus Zika.