Bases moleculares del mecanismo de oxidación de tioles por peróxidos

ARI ZEIDA; CARLOS M. A. GUARDIA; MARIANO C. GONZÁLEZ LEBRERO; RAFAEL RADI; MADIA TRUJILLO; DARÍO A. ESTRIN

Rosario, Santa Fe

Congreso; XVIII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorganica; 2013

La oxidación de compuestos celulares que contienen tioles, como el glutatión o cisteínas (Cys) proteicas, por especies reactivas del oxígeno, se considera que juega un papel importante en una amplia variedad de procesos biológicos incluyendo la transducción de señales, la regulación de enzimas, canales proteicos, factores de transcripción y respuestas antioxidantes. Diversos peróxidos como el peróxido de hidrógeno (H2O2) o el ácido peroxinitroso (ONOOH) se producen en muchos tipos de células como respuesta a una variedad de estímulos extracelulares y podrían funcionar como mensajeros intracelulares ubicuos. En particular, la oxidación no radicalaria de residuos reactivos de Cys por peróxidos es un acontecimiento clave en la señalización redox y la regulación, y aunque ha sido ampliamente estudiado, el mecanismo de la reacción todavía no ha sido completamente dilucidado a nivel atómico. Como se muestra en el Esquema 1, un posible mecanismo completo de reacción implica un primer paso donde el tiolato es oxidado a su derivado ácido sulfénico, para luego reaccionar con otro tiol/tiolato para formar el correspondiente puente disulfuro. Paso 1: RS- + R´OOH → RSOH + OH- Paso 2: RSOH + R´´S-/R´´SH → RSSR´´ + OH-/H2O Esquema 1: Mecanismo propuesto para la oxidación de tioles por peróxidos. En este trabajo, estudiamos ambos pasos de reacción, utilizando metiltiolato y Cys como tioles modelos, y H2O2 y ONOOH como agentes oxidantes. Para ello se emplearon técnicas de simulación híbridas cuántico/clásicas (QM-MM), explorando la coordenada de reacción en solución acuosa mediante un esquema umbrella sampling. En el caso de la oxidación de Cys por ONOOH, se realizaron también medidas de cinética rápida (stopped flow) de estado estacionario. Nuestros resultados indican que el solvente juega un importante papel, permitiendo el posicionamiento de los reactivos, la significante redistribución de cargas y las transferencias de protones observadas. Específicamente, el primer paso de la reacción puede proceder por mecanismos ligeramente distintos según el peróxido en cuestión, mientras el segundo paso consiste en una típica sustitución nucleofílica del grupo hidroxilo del sulfénico por el tiol/tiolato.