¡Los dos productos químicos son muy similares, y difieren solo en un solo grupo metilo! La teobromina, que proviene principalmente de Theobroma cacao, la planta de chocolate, tiene dos grupos metilo unidos a los átomos de nitrógeno en su esqueleto original de xantina (una molécula de purina oxidada similar a la guanosina). La cafeína proviene de la planta de café, o Coffea arabica, y es el derivado trimetilado de la xantina. Ambas moléculas se producen a través del metabolismo de los nucleósidos y surgen de la modificación de la inosina, un derivado de la purina similar a la guanina y la adenina. La inosina también se usa en la producción de ácido úrico, que está más oxidado que la xantina.
Primero, echamos un vistazo a las dos moléculas una al lado de la otra, y observamos sus similitudes estructurales a continuación. La molécula de la izquierda es cafeína, y la molécula correcta es teobromina. La teobromina es un isómero de teofilina, que tiene los grupos metilo colocados en diferentes átomos de nitrógeno del esqueleto original de xantina. La notable similitud entre estas dos moléculas explica sus similitudes en los efectos corporales sobre los organismos vivos.
Tanto la cafeína como la teobromina sí se usan como vasodilatadores, donde ayudan a los asmáticos a experimentar una mejoría en la respiración al ampliar los vasos sanguíneos en sus pulmones. Con sus formas casi idénticas, ‘sienten’ lo mismo para muchas enzimas con las que interactúan. Sin embargo, algunas de las enzimas parecen experimentar un ajuste más ‘suelto’ con la teobromina, en comparación con un ajuste estrecho con la cafeína. Esta es la razón por la que la cafeína tiene efectos estimulantes más fuertes, ya que puede encajar bastante bien en las enzimas productoras o procesadoras de neurotransmisores y mantenerlas activas durante un período más prolongado, en comparación con la teobromina. La teobromina no ocupa los sitios activos de estas enzimas tan extensivamente como lo hace la cafeína, por lo que cabe en estos sitios de manera vaga y puede salir fácilmente de la enzima.
Ambas moléculas también tienen efectos diuréticos y de estimulación cardíaca, en virtud de sus similitudes estructurales. Estas moléculas estimulan la liberación de agua del sistema urinario e interactúan con las enzimas presentes en el corazón, lo que ayuda a excitarlo. En 1916, se recomendó la teobromina como una forma de tratar el edema, que es la acumulación de fluidos, ya que ayudaría al cuerpo a drenar este exceso de líquido a través de la excreción en forma de orina. La cafeína a veces se puede convertir en teobromina durante el metabolismo (a través de la pérdida de un grupo metilo), por lo que algunos de los efectos farmacológicos observados con la cafeína pueden deberse a la presencia de teobromina en el organismo.
Farmacológicamente, estas dos moléculas son inhibidores de la fosfodiesterasa. Impiden que se corten grupos de fosfato de ciertas moléculas utilizadas como señales en el cuerpo y obligan a algunas de estas moléculas de señal a persistir durante más tiempo de lo habitual. Algunas de las sustancias químicas que afectan estos inhibidores incluyen adenosina monofosfato cíclico (cAMP, una señal enzimática importante derivada de ATP), leucotrienos (sustancias químicas mediadoras de la alergia) y factor de necrosis tumoral, una señal utilizada en la inflamación y reparación celular. Se reconoce que la teobromina es un antagonista del receptor de adenosina, donde puede encajar en enzimas que generalmente aceptan adenosina como señal química, y en realidad evitan que estas enzimas funcionen. Esencialmente, la molécula atenúa las señales transmitidas por estos receptores, porque la molécula mímica bloquea la molécula real y evita que actúe como una señal. La cafeína es un inhibidor más fuerte en comparación con la teobromina cuando se trata de estas enzimas, por lo que, en principio, puede usar cualquier molécula y obtener la inhibición de las enzimas. Necesitará mayores concentraciones de teobromina para obtener los mismos efectos inhibidores de una enzima, en comparación con la cafeína.
No se sabe si la teobromina en la planta de chocolate actúa como un asesino de insectos, ya que se sabe que la cafeína paraliza a los insectos que se alimentan de la planta de coca. Como la cafeína interactúa bien con el cerebro, la adicción y la recompensa pueden ocurrir. Esto se observa con los insectos que ayudan a polinizar las plantas de coca, ya que obtienen un estímulo de estas plantas, al igual que cuando tomamos café. En efecto, la abeja o la mosca que poliniza la planta de coca está literalmente sintiendo un zumbido y se le anima a visitar más flores, lo que ayuda a polinizar más de las flores mientras está “zumbado” con la cafeína. La cafeína es más reconocida por sus efectos sobre el sistema nervioso, en comparación con la teobromina. Esta es una diferencia que surge en la barrera cerebro-sangre, que impide que ciertos tipos de moléculas lleguen al sistema nervioso a través del torrente sanguíneo. Como la cafeína tiene más grupos metilo, se percibe como más polar y puede atravesar con seguridad esta barrera. Con menos grupos metilo, la teobromina y sus análogos (ácido úrico y teofilina) no cruzan esta barrera. Es por eso que no vemos gota en el sistema nervioso, ya que el ácido úrico no se acumula allí. Para comprender mejor esta pequeña diferencia, debemos analizar las cargas atómicas de estas dos moléculas. Podemos hacer esto al mapear las cargas en una superficie, llamado mapa o superficie de potencial electrostático. Esta superficie está coloreada de tal manera que el rojo representa fuertes cargas negativas, mientras que el azul nos da ubicaciones de fuertes cargas positivas. Green nos dice las áreas de la molécula que son electrónicamente neutras, típicas de las moléculas no polares. Las superficies de las dos moléculas se comparan en esta imagen a continuación: La cafeína parece tener cargas negativas más fuertes en sus átomos de oxígeno y en su átomo de nitrógeno libre, mientras que las cargas de teobromina son más débiles. Se sabe que los grupos metilo son donantes de electrones, por lo que tienden a aumentar la densidad de electrones en las regiones a las que están unidos. Esto hace que la cafeína experimente un mayor desequilibrio en su distribución electrostática, en comparación con lo que la teobromina experimenta con solo dos grupos metilo. Los grupos metilo son lo que separa estas dos moléculas en su capacidad para penetrar en la barrera cerebro-sangre, que es un factor tan vital para explicar las pequeñas diferencias farmacológicas de estas moléculas relacionadas. La teobromina, menos experta en atravesar esta barrera, es efectiva como dilatador de vasos sanguíneos y estimulante del corazón. La cafeína, que se desliza a través de esta barrera, puede crear sensaciones de alerta e insomnio, al tiempo que conserva sus efectos de drenaje de fluidos y dilatación de los vasos sanguíneos, heredados de la teobromina.
