Ionóforo
Entidad química que une iones de forma reversible
Ionóforos portadores y de canal
(a) Los ionóforos portadores se unen reversiblemente a los iones y los transportan a través de las membranas celulares.
(b) Los ionóforos de canal crean canales dentro de las membranas celulares para facilitar el transporte de iones.

En química , un ionóforo (del griego ion y -phore  'transportador de iones') es una especie química que se une reversiblemente a los iones . [1] Muchos ionóforos son entidades solubles en lípidos que transportan iones a través de la membrana celular . Los ionóforos catalizan el transporte de iones a través de membranas hidrófobas , 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 ). [1] 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 transportadores de iones sintéticos. Los ionóforos selectivos para cationes y aniones han encontrado muchas aplicaciones en el análisis. [2] Estos compuestos también han demostrado tener varios efectos biológicos y un efecto sinérgico cuando se combinan con el ion al que se unen. [3]

Clasificación

La estructura del complejo de sodio (Na + ) y el antibiótico monensina A
Estructura de un complejo de potasio de un éter corona , un complejo ionóforo-ion sintético

Las actividades biológicas de los compuestos que se unen a iones metálicos pueden cambiar en respuesta al incremento de la concentración de metal, y en base a esto último los compuestos pueden clasificarse como "ionóforos metálicos", " quelantes metálicos " o "lanzaderas metálicas". [3] Si el efecto biológico aumenta al aumentar la concentración de metal, se clasifica como un "ionóforo metálico". Si el efecto biológico disminuye o se revierte al aumentar la concentración de metal, se clasifica como un "quelante metálico". Si el efecto biológico no se ve afectado al aumentar la concentración de metal, y el complejo compuesto-metal ingresa a la célula, se clasifica como una "lanzadera metálica". El término ionóforo (del griego "ion carrier" o "ion bearer " ) fue propuesto por Berton Pressman en 1967 cuando él y sus colegas estaban investigando los mecanismos antibióticos de la valinomicina y la nigericina . [4]

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 la membrana. [5] Las dos clasificaciones generales de ionóforos sintetizados por microorganismos son:

  • Ionóforos portadores que se unen a un ion en particular y protegen su carga del entorno circundante. Esto hace que sea más fácil para el ion pasar a través del interior hidrofóbico de la membrana lipídica. [6] Sin embargo, estos ionóforos se vuelven incapaces de transportar iones a temperaturas muy bajas. [7] Un ejemplo de un ionóforo portador es la valinomicina , una molécula que transporta un solo catión potasio . Los ionóforos portadores pueden ser proteínas u otras moléculas.
  • Formadores de canales que introducen un poro hidrófilo en la membrana, permitiendo que los iones pasen a través de él sin entrar en contacto con el interior hidrófobo de la membrana. [8] Los ionóforos formadores de canales suelen ser proteínas de gran tamaño . Este tipo de ionóforos pueden mantener su capacidad de transferir iones a bajas temperaturas, a diferencia de los ionóforos portadores. [7] Ejemplos de ionóforos formadores de canales son la gramicidina 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 bis-pirazol. [9] Estas especies sintéticas son a menudo macrocíclicas . [10] Algunos agentes sintéticos no son macrocíclicos, por ejemplo, el cianuro de carbonilo -p -trifluorometoxifenilhidrazona . Incluso compuestos orgánicos simples, como los fenoles , exhiben 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 . [11]

Mecanismo de acción

Los ionóforos son compuestos químicos que se unen reversiblemente y transportan iones a través de membranas biológicas en ausencia de un poro proteico. Esto puede alterar el potencial de membrana y, por lo tanto, estas sustancias podrían exhibir propiedades citotóxicas. [1] Los ionóforos modifican la permeabilidad de las membranas biológicas hacia ciertos iones a los que muestran afinidad y selectividad. Muchos ionóforos son solubles en lípidos y transportan iones a través de membranas hidrófobas, como las bicapas lipídicas que se encuentran en las células vivas o vesículas sintéticas ( liposomas ), o membranas poliméricas líquidas (electrodos selectivos de iones basados ​​en portadores). [1] Estructuralmente, un ionóforo contiene un centro hidrófilo y una porción hidrófoba que interactúa con la membrana. Los iones se unen al centro hidrófilo y forman un complejo ionóforo-ion. La estructura del complejo ionóforo-ion se ha verificado mediante cristalografía de rayos X. [12]

Química

Varios factores químicos afectan la actividad del ionóforo. [13] La actividad de un complejo ionóforo-metal depende de su configuración geométrica y de los sitios y átomos de coordinación que crean un entorno de coordinación que rodea al centro metálico. Esto afecta la selectividad y afinidad hacia un ion determinado. Los ionóforos pueden ser selectivos para un ion en particular, pero pueden no ser exclusivos de él. Los ionóforos facilitan el transporte de iones a través de membranas biológicas , más comúnmente a través del transporte pasivo , que se ve afectado por la lipofilicidad de la molécula del ionóforo. El aumento de la lipofilicidad del complejo ionóforo-metal mejora su permeabilidad a través de membranas lipofílicas. La hidrofobicidad e hidrofilicidad del complejo también determinan 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 los iones clave en la célula. [14] Muchos ionóforos han demostrado actividades antibacterianas y antifúngicas. [15] Algunos de ellos también actúan contra insectos , plagas y parásitos . Algunos ionóforos se han introducido en productos medicinales para uso dermatológico y veterinario . [16] [17] Se ha dirigido una gran cantidad de investigación hacia la investigación de nuevas propiedades antivirales, antiinflamatorias, antitumorales, antioxidantes y neuroprotectoras de diferentes ionóforos. [15] [18] [3]

La cloroquina es un fármaco antipalúdico y antiamebiano. [19] 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 . [16] También sirve como agente antiincrustante en pinturas para cubrir y proteger superficies contra el moho y las algas . [20] El clioquinol y el PBT2 son derivados de la 8-hidroxiquinolina . [ cita requerida ] El clioquinol tiene propiedades antiprotozoarias y antimicóticas tópicas, sin embargo, su uso como agente antiprotozoario ha sido ampliamente restringido debido a preocupaciones neurotóxicas. [21] El clioquinol y el PBT2 se están estudiando actualmente 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. [22] [23] El galato de epigalocatequina se utiliza en muchos suplementos dietéticos [24] y ha mostrado ligeros efectos reductores del colesterol. [25] La quercetina tiene un sabor amargo y se utiliza como aditivo alimentario y en suplementos dietéticos . [26] El hinokitiol (ß- tuyaplicina ) se utiliza en productos comerciales para el cuidado de la piel, el cabello y la boca, repelentes de insectos y desodorantes. [27] [28] También se utiliza como aditivo alimentario, [29] agente extensor de la vida útil en envases de alimentos , [30] y conservante de madera en el tratamiento de la madera . [31]

Los antimicóticos poliénicos , como la nistatina , la natamicina y la anfotericina B , son un subgrupo de macrólidos y son medicamentos antimicóticos y antileishmaniales ampliamente utilizados. Estos fármacos actúan como ionóforos al unirse al ergosterol en la membrana celular fúngica y hacerla permeable a los iones K + y Na + , lo que contribuye a la muerte celular fúngica. [32]

Los ionóforos carboxílicos, es decir , monensina , lasalocid , salinomicina , narasina , maduramicina , semduramicina y laidlomicina, se comercializan globalmente y se utilizan ampliamente como aditivos alimentarios anticoccidiales para prevenir y tratar la coccidiosis en aves de corral . [33] 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, sin embargo, este uso se ha restringido principalmente debido a problemas de seguridad. [34] [35]

Se ha demostrado que los ionóforos de zinc inhiben la replicación de varios virus in vitro , incluidos el virus Coxsackie , [36] [37] el virus de la arteritis equina , [38] el coronavirus , [38] el VHC , [39] el VHS , [40] el HCoV-229E , [41] el VIH , [42] [43] el mengovirus , [36] [37] el MERS-CoV , [41] el rinovirus , [36] el SARS-CoV-1 , [38] [41] el virus del Zika . [44] [45]

IonóforoCationesFuentes
Esta no es una lista completa de todos los ionóforos conocidos.
Los iones metálicos enumerados para cada ionóforo no son exclusivos.
Alameticina [46] [47]Ka + , Na +Trichoderma viride [48]
Beauvericina [49]Ba2 + , Ca2 +Beauveria bassiana ,especie de Fusarium
Calcimicina [50] [51]Mn 2+ , Ca 2+ , Mg 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ , Co 2+ , Ni , 2+ , Fe 2+Streptomyces chartreusensis
Cloroquina [52]Zinc 2+Cinchona officinalis
Clioquinol [3]Zn2 + , Cu2 + , Fe2 +Ionóforo sintético
Diyodohidroxiquinolina [53]Zinc 2+Ionóforo sintético
Ditiocarbamatos ( ditiocarbamato de pirrolidina y otros derivados) [54]Zn2 + , Cu2 +Ionóforo sintético
Enniatina [55]NH4 +Especies de Fusarium
Galato de epigalocatequina [56]Zinc 2+Camellia sinensis , manzanas , ciruelas , cebollas , avellanas , nueces , algarrobas
Gramicidina A [57]K + , Na +Brevibacillus brevis
Hinokitiol [58]Zinc 2+Especies de cupresáceas
Ionomicina [59]Ca2 +Streptomyces conglobatus
Laidlomicina [60]Li + , K + , Na + , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+Especies de Streptomyces
Lasalocida [61]K + , Na + , Ca2 + , Mg2 +Streptomyces lasalocididi
Maduramicina [62]K + , Na +Actinomadura rubra
Monensina [3] [63] [64]Li + , K + , Na + , Rb + , Ag + , Tl + , Pb 2+Streptomyces canela
Narasina [65]K + , Na + , Rb +Streptomyces aureofaciens
Nigericina [66]K + , Pb2 +Streptomyces higroscopicus
Nonactina [67] [68]K + , Na + , Rb + , Cs + , Tl + , NH4 +Streptomyces tsukubensis , Streptomyces griseus , Streptomyces chrysomallus , Streptomyces werraensis
NistatinaK +Streptomyces noursei
PBT2 [69]Zn2 + , Fe2 + , Mn2 + , Cu2 +Análogo sintético de la 8-hidroxiquinolina
Pirazol - derivados de piridina y bis-pirazol [70]Cu2 +Ionóforo sintético
Piritiona [58]Zinc 2+ , Cu 2+ , Pb 2+Ajo silvestre
Quercetina [71]Zinc 2+Ampliamente distribuido en la naturaleza, se encuentra en muchas verduras, frutas, bayas, hierbas, árboles y otras plantas.
Salinomicina [72]K + , Na + , Cs + , Sr2 + , Ca2 + , Mg2 +Streptomyces albus
Semduramicina [73]Na + , Ca2 +Actinomadura roseorufa
Valinomicina [74]K +Especies de Streptomyces
Zincoforina [3]Zinc 2+Estreptomices griseus

Véase también

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