Reactividad de sulfuro de hidrógeno y moléculas relacionadas frente a mioglobina como modelo de hemoproteínas - Palermo, Juan Cruz (2024)
El sulfuro de hidrógeno, H2S, es una molécula de interés biológico creciente desde finales del siglo XX, cuando fue reportada su biosíntesis en mamíferos. Desde entonces, sus funciones y mecanismos de acción son objeto de activa investigación. Forma parte de una tríada de señalizadores endógenos, junto al óxido nítrico, NO, y al monóxido de carbono, CO. Las hemoproteínas están entre los destinos bioquímicos que se conocen para el H2S. El trabajo de Tesis que se presenta estuvo centrado en el estudio de la reacción de especies reactivas inorgánicas de azufre frente a la mioglobina férrica, MbFeIII, como modelo de hemoproteínas, procurando contribuir a la descripción de interacciones químicas de potencial relevancia biológica. El Capítulo 1 procura presentar el estado del arte en propiedades químicas generales y reactividad de compuestos azufrados inorgánicos frente a compuestos hémicos. El Capítulo 2 aborda el estudio de la reactividad del H2S y su par conjugado hidrosulfuro, HS─, frente a MbFeIII desde el punto de vista cinético y mecanístico. Se estudió la reacción de reducción de MbFeIII a MbFeII, mediada por soluciones de sulfuro de sodio anhidro en condiciones anóxicas. La reducción sigue una traza cinética sigmoidea asimétrica, que revela la existencia de un mecanismo autocatalítico complejo. El análisis de cada etapa nos permitió estimar parámetros cinéticos fenomenológicos del inicio y del proceso global, y proponer un mecanismo de reacción para las condiciones experimentales empleadas. Los métodos cinéticos fueron complementados con análisis espectroscópico, evaluación de la presencia de radicales, y evaluación química de intermediarios y productos finales. Además, se recurrió a cálculos teóricos de estructura y de dinámica molecular para abordar detalles mecanísticos y de comportamiento de especies reactivas. El disulfano, HSSH, y su base conjugada hidrodisulfuro, HSS─, fueron propuestos como intermediarios clave de la reacción de reducción de MbFeIII mediada por H2S/HS─. Cabe mencionar que el HSSH/ HSS─ es considerado efector de la actividad de H2S en ciertos tejidos. En el Capítulo 3, usando soluciones de disulfuro disódico como reactivo, estudiamos la coordinación de HSSH/HSS─ a MbFeIII, y su posterior reducción a MbFeII, de forma análoga a los estudios con H2S/HS─. Caracterizamos espectroscópicamente la formación del complejo MbFeIII(SSH─), estimamos su constante cinética de formación, el pKa del complejo MbFeIII(SSH─), y las constantes intrínsecas de reducción de ambas especies de la cupla HSSH/HSS─. Los estudios realizados con estas especies azufradas inorgánicas nos llevaron a realizar una evaluación por métodos teóricos de los valores de pKa de HS• y HSSH, ya que la literatura presentaba valores dispersos y sus especiaciones resultaban de interés para el análisis. El Capítulo 3 incluye un estudio preliminar sobre la formación de sulfhemos, unos compuestos de coloración verde característicos de la putrefacción de carnes, que aparecían como interferentes en algunos seguimientos cinéticos. En los Capítulos 2 y 3, generamos y discutimos distintas propuestas mecanísticas, puestas a prueba frente a los resultados de los estudios cinéticos de H2S/HS─ y HSSH/HSS─, y simulaciones de ecuaciones diferenciales. Los mecanismos generales propuestos en cada caso son consistentes con las cinéticas medidas en condiciones anóxicas. Por último y dado que la reacción de hemoproteínas con NO ha sido muy estudiada, y que con el presente trabajo de Tesis sumamos nuestra contribución sobre la reacción de compuesto hémicos con H2S/HS─ (y HSSH/HSS─ ), nos resultó de interés explorar la reacción de compuestos hémicos con el tercer miembro de la tríada de gases endógenos, el CO. El Capítulo 4 incluye una propuesta mecanística para la reacción de CO en medio básico frente a hemina IX FeIII, realizada en base a datos espectroscópicos y cinéticos reportados. Los resultados apuntan al requerimiento de dos centros metálicos para las carbonilaciones reductivas más rápidas – o mejor, menos lentas – reportadas. En conjunto, los resultados presentados contribuyen a la descripción química de la interacción de los miembros de la tríada de moléculas pequeñas endógenas frente a un destino bioquímico común: el hierro hémico.