ácido protolichesterínico

El ácido protolichesterínico es un compuesto γ-lactónico natural presente en diversas especies de líquenes . Su estructura consiste en la combinación de un anillo de lactona con un grupo carboxilo y una larga cadena lateral alifática . Aislado por primera vez a principios del siglo XX, el ácido protolichesterínico ha despertado interés científico debido a sus diversas actividades biológicas , incluyendo propiedades antimicrobianas , antifúngicas y antiinflamatorias . También se destaca por su potencial como agente terapéutico, particularmente como inhibidor selectivo de la enzima 5-lipoxigenasa , implicada en enfermedades inflamatorias . El ácido protolichesterínico se extrae típicamente de líquenes como Cetraria islandica mediante técnicas cromatográficas avanzadas y se ha estudiado por su papel tanto en la química de productos naturales como en la farmacología .

El estudio de los ácidos de los líquenes relacionados con el ácido protolichesterínico comenzó en 1845, cuando Schnedermann y Wilhelm Knop aislaron el ácido lichesterínico de Cetraria islandica var. vulgaris . Determinaron que tenía un punto de fusión de alrededor de 120 °C (248 °F) y establecieron su composición como C ₁₉ H ₃₂ O ₄ . Investigaciones posteriores de H. Sinnhold en 1898 trabajaron con ácido lichesterínico puro (punto de fusión 124,5–125 °C). En 1900, Oswald Hesse aisló tres variedades (α-, β- y γ-) de ácido lichesterínico de Cetraria islandica , con rotaciones específicas de +27,9°, +27,9° y +16° respectivamente. ^{[ 1 ]}   

El ácido protolichesterínico fue aislado por primera vez a principios del siglo XX por Friedrich Wilhelm Zopf del liquen Cetraria cucullata (ahora conocido como Cladocetraria cucullata ). Zopf lo encontró inicialmente junto con el ácido úsnico y notó que, si bien mostraba similitudes con el ácido lichesterínico en algunas propiedades, difería significativamente en el punto de fusión y otras características. El compuesto fue denominado "ácido protolichesterínico" para reflejar su estrecha relación con el ácido lichesterínico, y el descubrimiento fue publicado en Liebigs Annalen en 1902. Después de obtenerlo en forma cristalina mediante extracción con éter y recristalización a partir de benceno caliente, Zopf determinó que el ácido protolichesterínico formaba placas delgadas, rómbicas y nacaradas que se fundían a 103–104 °C (217–219 °F) , más bajas que el punto de fusión del ácido lichesterínico de 124–125 °C (255–257 °F) . También estableció que el ácido era fácilmente soluble en éter frío y alcohol absoluto, y a diferencia del ácido lichesterínico, podía reducir la solución de permanganato de potasio en frío. ^{[ 2 ]} Trabajos posteriores de Böhme en 1903 mostraron que el compuesto tenía una rotación específica de +29,3° y podía descomponerse a presión reducida (40 mm) para formar C ₁₈ H ₃₂ O ₃ . ^{[ 1 ]} Trabajos posteriores de Asano y Asahina establecieron que el ácido protolichesterínico natural en realidad tiene una rotación específica negativa ([α] _D = −12,71°), lo que indica que es el enantiómero (−)-(2 S ,3 R ), mientras que el material estudiado por Zopf y Böhme era la forma (+)-(2 R ,3 S ). ^{[ 1 ]}    

Cetraria islandica (izquierda) y Flavocetraria cucullata son dos líquenes de los que se aisló y caracterizó por primera vez el ácido protolichesterínico.

El ácido protolichesterínico se aísla principalmente de Cetraria islandica mediante técnicas cromatográficas modernas . Un método estándar emplea un proceso de dos etapas, que comienza con la extracción con éter de petróleo en un extractor Soxhlet , seguida de la cristalización . La purificación inicial utiliza cromatografía de exclusión por tamaño con Sephadex LH20 (una resina de exclusión por tamaño ) en un sistema de diclorometano - acetona para separar el ácido protolichesterínico de otros ácidos paracónicos . La purificación final emplea cromatografía de partición centrífuga utilizando un sistema de disolventes de n - heptano , acetato de etilo y acetonitrilo , logrando una pureza superior al 99% con rendimientos superiores al 65%. Si bien el compuesto presenta inestabilidad en acetonitrilo , convirtiéndose en ácido lichesterínico , permanece estable cuando se almacena en etanol . ^{[ 3 ]}

El análisis cuantitativo se realiza típicamente mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) de fase inversa con detección UV. Un método validado que utiliza una columna LiChrosorb RP-8 logra la separación en 3,7 minutos y demuestra una excelente linealidad (0,125–2,5 μg/ml) con un límite de detección de 1 nanogramo. La fiabilidad del método se confirma por su alta precisión ( desviación estándar relativa del 0,78 % ) y buena tasa de recuperación (90 %), lo que lo hace adecuado para la determinación precisa del contenido de ácido protolichesterínico en muestras biológicas. ^{[ 4 ]}

El ácido protolichesterínico pertenece a la clase de compuestos químicos conocidos como ácidos grasos lactónicos, un grupo que incluye el ácido lichesterínico, el ácido aloprotolichesterínico, el ácido nefromopsínico y el ácido nefrosterínico . ^{[ 5 ]} En su forma purificada, el ácido protolichesterínico es un sólido cristalino que forma placas brillantes cuando se recristaliza a partir de benceno o ácido acético a temperaturas inferiores a 50 °C (122 °F) . Tiene un punto de fusión de 107,5 °C (225,5 °F) . El compuesto existe en ambas formas enantioméricas , con el enantiómero (+) mostrando una rotación óptica de [α]D +12° en cloroformo y el enantiómero (-) mostrando [α]D -12° en cloroformo. ^{[ 6 ]}    

En espectroscopia ultravioleta-visible , muestra una absorción máxima a 218  nm en metanol. Su espectro infrarrojo (KBr) muestra picos característicos, incluyendo aquellos correspondientes a ^{las funcionalidades} de ácido carboxílico (3450  cm⁻¹ ), alqueno (3050 cm⁻¹ ) y carbonilo (1720 ^cm⁻¹ ) . ^{[ 6 ]}  

La espectroscopia de resonancia magnética nuclear confirma su estructura, con señales distintivas en el espectro de RMN ^{de 1H} que incluyen el grupo metilo terminal en δ 0,68  ppm y los protones del alqueno en δ 6,03 y 6,39  ppm. El espectro de RMN de ^13C muestra resonancias clave para los carbonos del ácido carboxílico (174,4  ppm), del alqueno (132,6 y 125,9  ppm) y del carbonilo de la lactona (168,2  ppm). ^{[ 6 ]}

El ácido protolichesterínico presenta diversas actividades biológicas , incluyendo propiedades antimicrobianas, inhibidoras de enzimas y anticancerígenas. Estudios realizados con el compuesto aislado de Usnea albopunctata han demostrado una actividad antimicrobiana de amplio espectro . Muestra fuertes efectos antibacterianos contra Klebsiella pneumoniae ( concentración mínima inhibitoria de 0,25 μg/mL) y Vibrio cholerae (0,5 μg/mL), superando la potencia de la ciprofloxacina . El compuesto también es activo contra Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (SARM) y muestra una notable actividad antifúngica contra Trichophyton rubrum , superando en potencia a la anfotericina B. ^{[ 7 ]}

Como inhibidor , el ácido protolichesterínico actúa selectivamente sobre la 5-lipoxigenasa, mostrando un efecto mínimo sobre la ciclooxigenasa . Esta inhibición selectiva sugiere posibles aplicaciones en el tratamiento de afecciones inflamatorias, en particular aquellas que involucran broncoconstrictores leucotriénicos . Los estudios de relación estructura-actividad indican que, si bien la cadena lateral estereoselectiva y el doble enlace exocíclico no son esenciales para la actividad, el grupo ácido carboxílico desempeña un papel crucial. ^{[ 8 ]} El compuesto también inhibe la actividad de la ADN polimerasa de la transcriptasa inversa del virus de la inmunodeficiencia humana tipo 1 (VIH-1 RT). ^{[ 9 ]}

Las investigaciones han revelado que el ácido protolichesterínico afecta el metabolismo de las células cancerosas al alterar la función mitocondrial mediante la inhibición de la fosforilación oxidativa y la potenciación de la glucólisis . El compuesto se procesa celularmente a través de la vía mercaptúrica, formando conjugados con el glutatión . Si bien este proceso inicialmente agota el glutatión, paradójicamente estimula una mayor síntesis de glutatión. Los efectos antiproliferativos del compuesto parecen ser particularmente pronunciados en células cancerosas con función mitocondrial comprometida, lo que sugiere una relación entre la salud mitocondrial y la eficacia terapéutica. ^{[ 10 ]}

Estudios iniciales de biosíntesis en Cetraria islandica mostraron que el ácido protolichesterínico se produce en cantidades muy pequeñas (aproximadamente 0,1 %) en todo el liquen. El compuesto se forma mediante la condensación de un derivado de ácido graso con un fragmento C3 o C4 derivado del piruvato o precursores relacionados en la vía glucolítica. Dieciséis de sus átomos de carbono provienen de la unión cabeza-cola de unidades de acetato . El compuesto no es producido por micobiontes aislados en cultivo sumergido , lo que sugiere que la relación simbiótica entre hongos y algas puede ser importante para su biosíntesis. La producción parece estar influenciada por las condiciones de aireación. ^{[ 11 ]}

Estudios posteriores con precursores radiomarcados revelaron variación estacional en la biosíntesis del ácido protolichesterínico en C.  islandica . Cuando se administraron [ ^1-14C ]acetato y [1,4-14C2 ^] ácido succínico al liquen completo en una solución de glucosa durante los meses de verano, ambos precursores se incorporaron al ácido protolichesterínico, lo que respalda la hipótesis de que los ácidos alifáticos del liquen tienen precursores comunes relacionados con los ciclos del ácido cítrico y los ácidos grasos . Sin embargo, durante los meses de invierno, el liquen no mostró incorporación de estos precursores, lo que indica que la biosíntesis se vuelve inactiva durante esta estación. Los niveles extremadamente bajos de incorporación (aproximadamente 0,004%) sugirieron que la biosíntesis del ácido protolichesterínico representa una vía metabólica muy menor en C.  islandica . Estos hallazgos ayudaron a explicar resultados contradictorios anteriores con respecto a la incorporación de succinato, que variaba según la estación en que se realizaban los experimentos. ^{[ 12 ]}

Diversos métodos sintéticos han mejorado progresivamente la eficiencia y la estereoselectividad de la síntesis del ácido protolichesterínico, al tiempo que se han desarrollado nuevas metodologías para la construcción de productos naturales similares que contienen lactonas. La primera síntesis total del ácido dl -protolichesterínico fue publicada en 1958 por Eugene van Tamelen y Shirley Bach. Su síntesis constó de cuatro pasos: conversión de 2-hexadecenoato de metilo a 3-tridecilglicidato de metilo, apertura del anillo con el anión malonato de dimetilo , formación de la sal del diácido lactónico y α-metilenación con formaldehído y dietilamina . El material sintético coincidió con el ácido protolichesterínico natural mediante espectroscopia infrarroja y transformaciones químicas. ^{[ 13 ]}

En 1993, Murta, de Azevedo y Greene lograron la primera síntesis del ácido (-)-protolichesterínico, estableciendo su estereoquímica absoluta como (2S,3R). Su método empleó una cicloadición 2+2 selectiva facial de dicloroceteno con un éter de enol O -alquil enantiopuro como paso clave, completando la síntesis en 11 pasos con un rendimiento global del 17%. ^{[ 5 ]}

Mandal, Maiti y Roy informaron en 1998 sobre una síntesis estereoselectiva mediante la ciclación radicalaria de epóxidos . Su método empleó cloruro de bis(ciclopentadienil)titanio(III) para llevar a cabo la ciclación radicalaria, formando intermedios clave de tetrahidrofurano . La secuencia de cuatro pasos incluyó la ciclación del epóxido, la protección , la formación de lactona y la oxidación de Jones , logrando un rendimiento del 80% en el paso final. ^{[ 14 ]}

Posteriormente se desarrolló una síntesis del ácido (+)-protolichesterínico mediante un proceso de 10 pasos con un rendimiento global del 16,4 %, utilizando un reordenamiento de Johnson-Claisen ortoéster diastereoselectivo como paso clave. La síntesis concluyó con una α-metilenación utilizando metilcarbonato de metoximagnesio y formaldehído . ^{[ 15 ]}

En 2014, Zeller, Riener y Nicewicz introdujeron un método más respetuoso con el medio ambiente mediante una reacción de cicloadición de radicales polares . Su método empleó un sistema fotooxidante con LED  de 450 nm para lograr una síntesis diastereoselectiva en condiciones suaves. ^{[ 16 ]}

En 2016, Fernandes y Nallasivam informaron sobre una síntesis sin grupos protectores utilizando el acoplamiento de Suzuki-Miyaura catalizado por paladio para introducir un grupo fenilo como ácido carboxílico enmascarado, seguido de la epoxidación de Sharpless catalizada por rutenio . La síntesis comenzó con una reducción quiral utilizando ( R ) -borano alpino y concluyó con una α-metilenación, logrando un rendimiento del 60% en el paso final y un rendimiento global del 9,5%. ^{[ 17 ]}