ANÁLISIS COMPARATIVO INTEGRAL DE
CARBIDOPA Y LEVODOPA: PERSPECTIVAS
MOLECULARES EN BASE A LA QUÍMICA
CUÁNTICA Y TRATAMIENTO DE PARKINSON
COMPREHENSIVE COMPARATIVE ANALYSIS OF
CARBIDOPA AND LEVODOPA: MOLECULAR PERSPECTIVES
BASED ON QUANTUM CHEMISTRY AND PARKINSON'S
TREATMENT
Elí Hernández Jiménez
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca, México
Jesica Vianney Hernández Morales
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca, México
Lizzet Karina Espinosa Ojeda
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca, México
Diego Matheis Celis
Universidad Veracruzana
Karla Elisa Valencia Rojas
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca, México
Nancy Beatriz Sánchez Barrientos
Universidad Veracruzana, México
Manuel González Pérez
Universidad Tecnológica de Tecamachalco Enlace CONAHCYT
pág. 991
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v9i4.18513
Análisis Comparativo Integral de Carbidopa y Levodopa: Perspectivas
Moleculares en Base a la Química Cuántica y Tratamiento de Parkinson
Elí Hernández Jiménez1
lfrehj@gmail.com
https://orcid.org/0009-0001-1656-2679
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca
Programa Delfín 2025
Jesica Vianney Hernández Morales
vianneym423@gmail.com
https://orcid.org/0009-0003-2184-6654
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca
Programa Delfín 2025
Lizzet Karina Espinosa Ojeda
ojedalizzet381@gmail.com
https://orcid.org/0009-0008-9902-7882
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca
Programa Delfín 2025
Diego Matheis Celis
bvdiegomatheiscelis@gmail.com
https://orcid.org/0009-0004-4779-890X
Universidad Veracruzana Facultad de Ciencias
Químicas
Programa Delfín 2025
Karla Elisa Valencia Rojas
karlavalenciarojas@gmail.com
https://orcid.org/0009-0003-6230-2098
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca
Programa Delfín 2025
Nancy Beatriz Sánchez Barrientos
sanchez890beatriz@gmail.com
https://orcid.org/0009-0004-1507-7817
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca
Programa Delfín 2025
Manuel González Pérez
dr.manuelgonzalezperez@gmail.com
https://orcid.org/0000-0001-8700-2866
Universidad Tecnológica de Tecamachalco
Enlace CONAHCYT
Programa Delfín 2025
1
Autor principal.
Correspondencia: dr.manuelgonzalezperez@gmail.com
pág. 992
RESUMEN
El análisis comparativo integral de Carbidopa (CBD) y Levodopa (LVP) en el manejo de la enfermedad
de Parkinson (EP) ha sido objeto de estudio en múltiples investigaciones que han abordado desde sus
intervenciones terapéuticas hasta sus perfiles farmacocinéticos. El objetivo de esta investigación fue
analizar en forma integral y comparativa la CBD y LVD con perspectivas moleculares en base a la
química cuántica. Se diseñaron todas las moléculas en cuestión en el software hyperchem. Luego se
hicieron los cálculos cuánticos con el método semiempírico SE-PM3. El algoritmo usado para
geometrizar la molécula y buscar la mínima energía de formación se hizo con el algoritmo Polak-
Rebiere. Los resultados permiten identificar combinaciones moleculares con potencial neuroprotector,
aportando una base para el diseño racional de terapias redox en enfermedades neurológicas. Como
conclusión, la CBD si potencializa a la LVD en la terapia estrella para la enfermedad de Parkinson.
Palabras clave: Carbidopa, Levodopa, Química cuántica, Sinergia, Parkinson
pág. 993
Comprehensive Comparative Analysis of Carbidopa and Levodopa:
Molecular Perspectives based on Quantum Chemistry and Parkinson's
Treatment
ABSTRACT
The comprehensive comparative analysis of Carbidopa (CBD) and Levodopa (LVP) in the management
of Parkinson's disease (PD) has been the subject of multiple studies, ranging from their therapeutic
interventions to their pharmacokinetic profiles. The objective of this study was to comprehensively and
comparatively analyze CBD and LVD using molecular perspectives based on quantum chemistry. All
molecules in question were designed using Hyperchem software. Quantum calculations were then
performed using the semiempirical SE-PM3 method. The Polak-Rebiere algorithm was used to optimize
the geometry of the molecule and search for the minimum formation energy. The results identify
molecular combinations with neuroprotective potential, providing a basis for the rational design of redox
therapies for neurological diseases. In conclusion, CBD does potentiate LVD as the gold standard
therapy for Parkinson's disease.
Keywords: Carbidopa, Levodopa, Quantum Chemistry, Synergy, Parkinson
Artículo recibido 19 mayo 2025
Aceptado para publicación: 23 junio 2025
pág. 994
INTRODUCCIÓN
El análisis comparativo integral de CBD y LVP en el manejo de la enfermedad de Parkinson (EP) ha
sido objeto de estudio en múltiples investigaciones que han abordado desde sus intervenciones
terapéuticas hasta sus perfiles farmacocinéticos. En 2010, (Solla et al., 2010) destacaron que la LVP,
aunque es el tratamiento más eficaz y bien tolerado para la EP, presenta complicaciones motoras
significativas a medida que avanza la enfermedad, lo que plantea desafíos en su manejo a largo plazo.
En el mismo año, (Poulopoulos & Waters, 2010) subrayaron la importancia de combinar LVP con CBD
y entacapona para mejorar la eficacia del tratamiento y reducir las complicaciones motoras, resaltando
que la administración intermitente de LVP es una de las principales causas de estos problemas.
En este artículo se busca que, desde la perspectiva de la química cuántica, la interacción molecular entre
CBD y LVP con sus respectivos blancos enzimáticos representa un fascinante ejemplo de
complementariedad farmacológica a nivel molecular. Los cálculos de mecánica cuántica han revelado
que la estructura tridimensional de la CBD, particularmente su grupo hidracina y el anillo catecol,
establece interacciones específicas con el sitio activo de la descarboxilasa de L-aminoácidos aromáticos
(AAAD) mediante enlaces de hidrógeno e interacciones electrostáticas que resultan en una inhibición
competitiva altamente selectiva (Rodriguez, J. A., & Lee, S. H., 2024). Esta selectividad molecular es
crucial para comprender por qué la CBD no atraviesa eficientemente la barrera hematoencefálica,
manteniendo así su acción inhibitoria restringida al compartimento periférico.
El fenómeno de potenciación farmacológica observado en la combinación CBD-LVP trasciende una
simple suma de efectos individuales, manifestándose como una sinergia molecular que optimiza la
biodisponibilidad cerebral de dopamina mientras mantiene un perfil de seguridad mejorado (Taylor, N.
P., et al., 2023). Esta potenciación se evidencia en la reducción de aproximadamente 75% en la dosis
requerida de LVP cuando se administra en combinación con CBD, lo que resulta en una mejora
significativa del índice terapéutico del tratamiento antiparkinsónico (Miller, D. S., 2024).
METODOLOGÍA
Se diseñaron todas las moléculas en cuestión en el software hyperchem. Luego se hicieron los cálculos
cuánticos con el método semiempírico SE-PM3. El algoritmo usado para geometrizar la molécula y
buscar la mínima energía de formación se hizo con el algoritmo Polak-Rebiere (Conjugate gradient). Se
pág. 995
calcularon los parámetros HOMO, LUMO, E- y E+. Para luego calcular la banda prohibida y el potencial
electrostático que se muestran en las tablas. Como punto final de los cálculos, se obtuvo el coeficiente
de transferencia de electrones (CTE) en unidades de radio de Bohr (a0). Las ecuaciones usadas fueron
derivados de la ecuación de Shrödinger, no se colocan por razones de espacio y porque son comunes al
público. Los cálculos dados del CTE se asumieron como resortes vibracionales de pares moleculares
que fueron tomados de 2 en 2 de neurotransmisores, tanto la LVD, como la CBD. (González-Pérez,
2017) (Sánchez-Parada et al., 2017) (Aparicio-Razo et al., 2017)
La hipótesis principal de esta investigación es que “la dupla LVD-CBD, mejora la eficacia del
tratamiento de esta enfermedad de Parkinson”.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la Figura 1 podemos observar caracterización cuántica de las sustancias LVP. En general en color
rojo se muestra el oxígeno, cian = carbono, azul = nitrógeno.
Figura 1. Caracterización cuántica de la LVD
A) LVP. Molécula sencilla.
B) Nube del potencial Electrostático: rojo =
negativa, verde = neutro, azul = positiva.
pág. 996
C) Nube electrónica HOMO. Nube violeta =
negativa, nube verde positiva.
D) Nube electrónica LUMO. Nube violeta =
negativa, nube verde positiva.
Las nubes, tanto de HOMO como LUMO no se refieren a la electrostática, sino a las integrales matemáticas.
En la figura 2 se muestra la caracterización de la molécula CBD. Las designaciones son las mismas que
la figura 1.
Figura 2. Caracterización cuántica de la CBD
A) CBD Pura
B) Nube del potencial Electrostático.
C) Nube electrónica HOMO.
D) Nube electrónica LUMO.
pág. 997
La tabla 1 compara pares redox formados por neurotransmisores y fármacos, analizando su capacidad
de transferencia electrónica mediante parámetros cuántico-moleculares como HOMO, LUMO, band gap
(BG), potenciales redox (E⁻, E⁺, EP) y transferencia total de carga (ETC). Estos valores permiten estimar
la reactividad química y la eficiencia del intercambio electrónico entre moléculas. (en las tablas se
usaron siglas en inglés).
Los pares con mayor ETC (como acetilcolina-acetilcolina, CBD-noradrenalina y noradrenalina-
noradrenalina) destacan por su alta eficiencia redox. CBD actúa frecuentemente como reductor, mientras
que neurotransmisores como dopamina, serotonina, GABA y glutamato pueden comportarse como
reductores u oxidantes.
Pares con menor band gap, como serotonina-CBD y dopamina-CBD, presentan mayor reactividad, lo
cual sugiere potencial antioxidante. GABA y glicina sobresalen como buenos donadores de electrones
por sus altos valores de HOMO, y serotonina como aceptora por su bajo LUMO.
En conjunto, la tabla ofrece información clave para entender las interacciones redox neuronales y
orientar el diseño de terapias neuroprotectoras en enfermedades neurodegenerativas.
Tabla 1. ETCs interacciones redox de CBD y la dopamina.
Pozo
Oxidante
HOMO
LUMO
BG
E-
E+
EP
ETC
28
Acetilcolina
-9.24
1.03
10.28
-0.03
0.11
0.13
77.27
27
Noradrenalina
-9.11
0.00
9.11
-0.10
-0.22
0.12
74.04
26
Noradrenalina
-9.15
0.00
9.15
-0.08
-0.22
0.14
65.81
25
Acetilcolina
-9.11
1.03
10.14
-0.10
0.11
0.20
49.73
24
CBD
-9.24
-0.11
9.13
-0.03
0.20
0.23
39.88
23
Serotonina
-9.11
-0.13
8.98
-0.10
0.14
0.24
37.42
22
Histamina
-9.11
0.68
9.79
-0.10
0.16
0.26
37.35
21
Ácido Glutámico
-9.11
0.51
9.62
-0.10
0.16
0.26
36.99
20
GABA
-9.11
0.94
10.05
-0.10
0.18
0.28
36.02
19
Ácido Glutámico
-10.14
0.51
10.65
-0.14
0.16
0.30
35.86
18
Glicina
-9.11
0.87
9.99
-0.10
0.19
0.29
34.79
17
Glicina
-9.85
0.87
10.73
-0.13
0.19
0.31
34.16
16
Histamina
-9.19
0.68
9.87
-0.13
0.16
0.30
33.22
15
GABA
-9.56
0.94
10.50
-0.14
0.18
0.32
32.81
14
Dopamina
-9.11
0.20
9.31
-0.10
0.19
0.29
32.32
13
CBD
-9.15
-0.11
9.04
-0.08
0.20
0.28
31.84
12
Dopamina
-8.87
0.20
9.07
-0.10
0.19
0.29
31.59
11
Adrenalina
-9.11
0.09
9.20
-0.10
0.20
0.30
30.98
10
Serotonina
-8.95
-0.13
8.82
-0.15
0.14
0.29
30.84
9
CBD
-9.11
-0.11
9.00
-0.10
0.20
0.30
30.00
8
CBD
-9.85
-0.11
9.74
-0.13
0.20
0.33
29.79
pág. 998
7
CBD
-10.14
-0.11
10.03
-0.14
0.20
0.34
29.78
6
CBD
-8.87
-0.11
8.76
-0.10
0.20
0.30
29.29
5
Adrenalina
-9.00
0.09
9.09
-0.12
0.20
0.32
28.86
4
CBD
-9.00
-0.11
8.89
-0.12
0.20
0.32
27.95
3
CBD
-9.56
-0.11
9.45
-0.14
0.20
0.34
27.72
2
CBD
-9.19
-0.11
9.08
-0.13
0.20
0.34
27.11
1
CBD
-8.95
-0.11
8.84
-0.15
0.20
0.35
25.54
La figura 3 muestra cómo varía la interacción redox de CBD con diferentes grupos de neurotransmisores,
clasificando sus efectos en reducción, oxidación o sin interacción (puros). (Pérez et al., 2024) En el
cuartil 1, el CBD actúa mayormente como reductor, con predominio de procesos de oxidación. En el
cuartil 2, presenta un comportamiento equilibrado, mostrando igual número de interacciones redox y
casos sin reacción. En los cuartiles 3 y 4, predomina la reducción, lo que indica que el CBD tiende a
comportarse como oxidante (aceptando electrones) o permanecer neutro. (Pérez et al., 2025)
En conjunto, la gráfica sugiere que el CBD adapta su comportamiento redox según el entorno químico,
lo que podría ser relevante para su uso terapéutico en el sistema nervioso.
Figura 3. Número de interacciones de la CBD y los neurotransmisores.
La tabla 2 muestra un análisis cuántico-molecular de pares redox formados por neurotransmisores y
fármacos, evaluando su capacidad de transferencia electrónica mediante parámetros como HOMO,
LUMO, band gap (BG), potenciales redox (E⁻, E⁺, EP) y transferencia total de carga (ETC). Estos
pág. 999
valores permiten estimar la reactividad química y la eficiencia de interacción entre los compuestos.
(Pérez et al., 2023)
Destacan pares con alta transferencia electrónica, como acetilcolina-acetilcolina (ETC = 77.26), LVP-
noradrenalina (66.79) y noradrenalina-noradrenalina (65.80), lo que indica una elevada eficiencia redox.
LVP se presenta como un reductor clave, mostrando interacciones relevantes con varios
neurotransmisores (como serotonina, GABA, ácido glutámico y glicina), lo cual refuerza su importancia
en contextos neuroterapéuticos.
Los compuestos con menor band gap (ej. serotonina, dopamina) muestran mayor reactividad química,
mientras que aquellos con alto EP y ETC, como glicina, GABA y ácido glutámico, podrían estar
implicados en funciones antioxidantes o reguladoras del estrés oxidativo.
En conjunto, la tabla permite identificar combinaciones moleculares con potencial neuroprotector,
aportando una base para el diseño racional de terapias redox en enfermedades neurológicas.
Tabla 2. ETCs interacciones redox de LVP y la dopamina.
Pozo
Reductor
Oxidante
HOMO
LUMO
BG
E-
E+
EP
ETC
28
Acetilcolina
Acetilcolina
-9.24
1.03
10.28
-0.03
0.11
0.13
77.27
27
LVP
Noradrenalina
-8.95
0.00
8.95
-0.09
-0.22
0.13
66.79
26
Noradrenalina
Noradrenalina
-9.15
0.00
9.15
-0.08
-0.22
0.14
65.81
25
LVP
Acetilcolina
-8.95
1.03
9.99
-0.09
0.11
0.19
51.75
24
Acetilcolina
LVP
-9.24
0.07
9.31
-0.03
0.17
0.20
46.77
23
LVP
Serotonina
-8.95
-0.13
8.82
-0.09
0.14
0.23
38.54
22
LVP
Histamina
-8.95
0.68
9.63
-0.09
0.16
0.25
38.37
21
LVP
Ácido Glutámico
-8.95
0.51
9.46
-0.09
0.16
0.25
37.99
20
LVP
GABA
-8.95
0.94
9.89
-0.09
0.18
0.27
36.91
19
Noradrenalina
LVP
-9.15
0.07
9.22
-0.08
0.17
0.25
36.29
18
Ácido Glutámico
Ácido Glutámico
-10.14
0.51
10.65
-0.14
0.16
0.30
35.86
17
LVP
Glicina
-8.95
0.87
9.83
-0.09
0.19
0.28
35.61
16
LVP
LVP
-8.95
0.07
9.02
-0.09
0.17
0.26
34.83
15
Glicina
Glicina
-9.85
0.87
10.73
-0.13
0.19
0.31
34.16
14
Glicina
LVP
-9.85
0.07
9.92
-0.13
0.17
0.30
33.40
13
Ácido Glutámico
LVP
-10.14
0.07
10.21
-0.14
0.17
0.31
33.26
12
Histamina
Histamina
-9.19
0.68
9.87
-0.13
0.16
0.30
33.22
11
Dopamina
LVP
-8.87
0.07
8.93
-0.10
0.17
0.27
33.21
10
LVP
Dopamina
-8.95
0.20
9.15
-0.09
0.19
0.28
33.04
9
GABA
GABA
-9.56
0.94
10.50
-0.14
0.18
0.32
32.81
8
LVP
Adrenalina
-8.95
0.09
9.05
-0.09
0.20
0.29
31.63
7
Dopamina
Dopamina
-8.87
0.20
9.07
-0.10
0.19
0.29
31.59
6
Adrenalina
LVP
-9.00
0.07
9.06
-0.12
0.17
0.29
31.47
5
GABA
LVP
-9.56
0.07
9.63
-0.14
0.17
0.31
30.96
4
Serotonina
Serotonina
-8.95
-0.13
8.82
-0.15
0.14
0.29
30.84
3
Histamina
LVP
-9.19
0.07
9.26
-0.13
0.17
0.31
30.35
2
Adrenalina
Adrenalina
-9.00
0.09
9.09
-0.12
0.20
0.32
28.86
1
Serotonina
LVP
-8.95
0.07
9.01
-0.15
0.17
0.32
28.53
pág. 1000
La figura 4 muestra la interacción de la LVP con distintos neurotransmisores bajo tres condiciones:
reducción, oxidación y en estado puro. En la condición 1 predomina la oxidación (valor 4), mientras que
la reducción es nula. A partir de la condición 2, la reducción aumenta progresivamente hasta alcanzar
su valor máximo (4) en las condiciones 3 y 4. En contraste, la oxidación disminuye en esas mismas
condiciones. Los valores en estado puro se mantienen relativamente estables (entre 2 y 3) en todas las
condiciones. Esto sugiere un cambio en el tipo de interacción predominante, pasando de oxidativa a
reductiva conforme avanzan las condiciones experimentales.
Figura 4. Número de interacciones de la LVD y los neurotransmisores.
En la figura 5 se muestran las curvas de potencial de Morse de las vibraciones de cada par. En estos
pares la CBD actúa como antioxidante. En el eje de las “x” observamos las distancias internucleares
(nanómetros); mientras que en el eje de las “y” se muestra la energía potencial de cada par (eV). Estas
son curvas paramétricas; hay que hacer notar, que cada curva puede generar curvas específicas de
cada interacción (tabla 1). El intervalo de transición de pendiente negativa a positiva (estiramiento) es
de 1.8 a 2.2 nanómetros. El estiramiento de cada resorte cuántico depende del entorno electrostático,
dinámico y electrodinámico.
También podemos observar un mayor elevamiento de la curva de la dopamina (interacción mostrada en
la tabla 1 nivel 6, color verde).
Para justificar esta curva, se encontró en la literatura médica que la dopamina es un neurotransmisor
pág. 1001
esencial para el control del movimiento. En el Parkinson, las neuronas que producen dopamina en el
cerebro se degeneran, lo que causa síntomas como temblores, rigidez y lentitud de movimientos.
La LVD es el medicamento más eficaz para tratar los síntomas motores del Parkinson. El cuerpo
convierte la LVD en dopamina una vez que cruza la barrera hematoencefálica, ayudando a compensar
la deficiencia de dopamina.
CBD: el protector de la LVD, se administra junto con la LVD para evitar que esta se descomponga antes
de llegar al cerebro. Este fenómeno mejora la eficacia del tratamiento y reduce efectos secundarios como
náuseas.
En conjunto, la combinación LVD + CBD (conocida como Sinemet®) es el tratamiento estándar para
el Parkinson. Esta dupla permite que más LVD llegue al cerebro y se convierta en dopamina, aliviando
los síntomas motores.
Figura 5. Curvas de potencial de Morse. CBD-Neurotransmisores (curva antioxidante)
CONCLUSIONES
Objetivo
Analizar en forma integral y comparativa la CBD y LVD con perspectivas moleculares en base a la
química cuántica. Se cumplió.
pág. 1002
Hipótesis.
La dupla LVD-CBD, mejora la eficacia del tratamiento de esta enfermedad de Parkinson,
potencializando a la dopamina.
Tesis
Si, La dupla LVD-CBD, mejora la eficacia del tratamiento de esta enfermedad de Parkinson, a través de
la potencialización de la síntesis de la dopamina. Curvas de potencial de Morse. CBD-
Neurotransmisores (curva antioxidante), figura 5, línea verde.
Corolario. Hallazgos que no están en el objetivo o en la hipótesis.
Tanto la CBD como la LVD, presentan transposición cuántica, pues las nubes HOMO y LUMO, se
ubican en los mismos átomos de sendas moléculas. Figuras 1 y 2. Por este fenómeno, ambas moléculas
se agrupan en esferas.
Tanto la CBD como la LVD, se comportan como agentes oxidantes de los neurotransmisores. La CBD
es un oxidante más fuerte 6/9, que la LVD 4/9. Figuras 3 y 4.
Futuras investigaciones
Queda pendiente aclarar el mecanismo de la enzima descarboxilasa de L-aminoácidos aromáticos.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Aparicio-Razo, M., nchez-Parada, O., Vázquez-López, E., García-Mar, J. J., Herrera-Cantú, I.,
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levodopa vs. amino acid using quantum method. World Journal of Pharmaceutical Research,
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produced by Aspegillus sp and its metabolic derivate aflatoxin M1. Mexican Journal of
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