La investigación de los productos naturales comúnmente se asocia al estudio químico de las sustancias que se aíslan del medio natural, en aspectos relacionados con la biosíntesis, el metabolismo, la función ambiental, así como con actividades más convencionales de elucidación estructural y síntesis.
El ámbito de actuación se vincula preferentemente a las moléculas pertenecientes al metabolismo secundario, esto es, a las generadas en rutas metabólicas aparentemente no esenciales para la supervivencia de un organismo, por lo que con frecuencia resultan particulares a la especie biológica investigada.
Aunque el destino biológico de estas moléculas es desconocido la mayoría de las veces, el interés por su investigación no ha de minusvalorarse por la particularidad de su biosíntesis o su no comprendida capacidad de acción.
Las prostaglandinas, por ejemplo, pertenecen al metabolismo secundario de los mamíferos y es bien conocido su papel como moderadoras de gran número de actividades celulares. Las prestaflandinas controlan la contracción del músculo liso, la secreción glandular, la reabsorción del agua y de los electroditos, la neurotransmisión, la agregación de plaquetas, la inducción de la fiebre y de las respuestas inflamatorias, etcétera.
La posible importancia fisiológica no es, sin embargo, lo que ha hecho que la investigación de las moléculas naturales forme parte de la historia de la humanidad. Observaciones más simples como el color, olor, sabor, toxicidad, acción medicinal, etcétera, son razones que han justificado la preparación de concentrados naturales que convertidos en ungüentos, jarabes y bálsamos se han utilizado a lo largo de la historia con las intenciones más variadas.
DESARROLLO TECNOLOGICO
En otro sentido, la diversidad y complejidad de las estructuras de estas moléculas ha sido un motor en el desarrollo de las técnicas instrumentales que afectan a la determinación estructural.
Los avances de las técnicas espectroscópicas han ido siempre asociados a las moléculas naturales investigadas en el momento: la información detallada de los espectros de ultravioleta coinciden con el estudio de los cromóforos en esteroides y terpenos. La espectroscopía infrarroja tuvo su mayor impulso cuando se observó su capacidad de diferenciación entre cetonas o lactonas en moléculas cíclicas naturales y su posibilidad de informar sobre el tamaño de los anillos.
La espectrometría de masas de generalizó como técnica de aplicación en la determinación de estructuras cuando demostró su habilidad para generar fragmentos comprensibles en terpenos, alcaloides y otros policiclos naturales.
Los métodos de aplicación de resonancia magnética nuclear en H y C, así como las correlaciones de estructura y desplazamiento químico, han de ser también asociados a los bancos de moléculas obtenidos mediante purificación de extractos naturales.
Idéntica valoración se puede hacer con las técnicas relacionadas con el aislamiento y purificación de las sustancias, donde el refinamiento de un nuevo método se justifica normalmente por la capacidad de separar diastereómeros naturales no aislables con los equipos precedentes.
Términos como carbocationes "clásicos", "no clásicos", "congelados"..., o procesos químicos denominados con la intencionalidad de asociar secuencias biosintéticas observadas con la supuesta reactividad química de los intermedios precursores y tratar de comprender, bajo parámetros generalizables en química orgánica, las distintas arquitecturas moleculares que la naturaleza ofrece.
Han sido y son los productos naturales sustancias de partida útiles y objetivos finales perseguidos en la química sintética. Unas veces la complejidad y, en otras ocasiones, la importancia de las moléculas, las hace fuente de inspiración constante de los químicos dedicados a la construcción molecular.
MOLECULAS BIOACTIVAS
Las sustancias naturales son el pasado y el presente continuado de la química orgánica. La maitotoxina y la politoxina son dos ejemplos espectaculares de lo que la investigación de las sustancias naturales puede ofrecer cuando se investiga al límite de la capacidad de resolución de las técnicas en uso. Son estas moléculas, junto a las nuevas macrolactonas, poliéteres, polialcoholes, etcétera, extraídos de hongos y microorganismos antes no accesibles, objetivos sintéticos de hoy, como en su día lo fueron, por ejemplo, los alcaloides, cuando las técnicas de aislamiento sólo permitan separar estas bases naturales mediante extracción acuosa y cristalización.
En contadas ocasiones, la reaccion investigada en modelos no naturales antecede al descubrmiento de las sustancias naturales capaces de ejercerla. Cuando así ha sido, la reacción no de dejado de ser una curiosidad de laboratorio hasta que se identifica con la forma de actuación de un metabolito natural.
Un ejemplo actual puede ser la ciclación de Bergman de endiínos a sistemas aromáticos, reacción conocida dos décadas antes que el descubrimiento de los antibióticos endiínicos que, desarrollando esta reactividad, son capaces de romper moléculas de ADN cong ran eficacia.
La síntesis de modelos útiles para evitar la replicación de moléculas de ADN, y conseguir así sustancias válidas en la lucha contra el cáncer, es una investigación de máxima actualidad asociada a los antibióticos endiínicos y sus modos de acción.
El origen, evolución y destino de las moléculas bioactivas es un objetivo común de la bio-orgánica y de la química de las sustancias naturales. El perfeccionamiento alcanzado en los métodos de concentración, aislamiento y purificación de los extractos biológicos, permite profundizar en esta investigación. Ayer, el químico de productos naturales encontró atractivo el uso de técnicas de difracción de rayos X al dar una solución estructural cristalizado.
Hoy en día la evolución tecnológica referida hace que esta metodología sea la solución ideal para determinar la estructura cristalina del receptor proteínico que media en la acción de un metabolismo bioactivo, o mejor aún, la estructura cristalina del metabolismo ligada al receptor.
La enantioselección molecular, ya sea mediante aplicación directa de sistemas enzimáticos accesibles o por la intervención de receptores generados por diseño, es una actividad química que utiliza, en el primer caso, o memitiza, en el segundo, formas de actuación biológicas que están pendientes de ser comprendidas en su plenitud.
La ecología química se presenta así como una actividad investigadora que revaloriza la intervención del químico y la hace más provechosa, al tiempo que representa el primer intento serio de clasificar, entender y tratar los fenómenos naturales según un determinismo molecular.
Las ventajas de adaptación biológica por la acción de mensajeros químicos entre organismos productores y receptores de la misma especie (alomonas, feromonas) o de especies distintas (cairomonas), son observaciones que valoran la investigación química, no por la complejidad estructural de las moléculas, sino por la acción biológica específica que desempeñan.
La extraodinaria diversidad de las estructuras aisladas del medio marino da idea, por la variedad de sus esqueletos carbonados y características químicas, de las nuevas moléculas que aún quedan por determinar. La superficie de los océanos, la zona eufótica y los sedimentos son particularmente ricos en microorganismos de todas clases que esperan ser aislados, lo que requiere la intervención previa de biólogos y microbiólogos antes de que los químicos puedan desarrollar su trabajo.
La especie humana depende de los organismos vivos para su bienestar y supervivencia. Cada especie viviente es depositaria de moléculas orgánicas de irrepetible evolución y la oportunidad de conocerlas se extingue cada vez que una especie vegetal o animal desaparece. No es sólo la biodiversidad del lugar lo que se pierde con la degradación ambiental, sino las moléculas que se esconden en cada especie que se extingue.
Ecología, sustancias naturales, etcétera, son palabras que engloban conceptos que la modernidad frivoliza e identifica como nostalgia hacia modos más sencillos de vivir. Las políticas científicas se hacen eco de esta exigencia acotando espacios con leyes privilegiadas, donde concentran la atención y la actividad de los científicos interesados en la observación del medio natural. Más apremiante es, sin embargo, concentrar el esfuerzo investigador en los espacios donde las políticas no son capaces de frenar la destrucción. El 90 por ciento de las 800.000 especies de vegetales superiores que habitan la cuenca del Amazonas no ha sido química o farmacológicamente evaluado.
Es este un lugar donde el conocimiento sobre las plantas, sus propiedades y usos, acumulado durante milenios por los nativos, se pierde día a día de forma irreversible, junto con las especies botánicas y sus particulares moléculas.
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