Caracterización de compuestos de coordinación oxo-Cr(V)-L, L = sustratos de interés biológico por Resonancia Paramagnética Electrónica

LUIS F SALA; JUAN CARLOS GONZÁLEZ; MARÍA FLORENCIA MANGIAMELI; SILVIA ISABEL GARCÍA; MARÍA INÉS FRASCAROLI; PATRICIA BLANES; JOUSY GARCÍA; EMILIO RUBIN DE CELIS; LIDIA PIEHL; EVY FINCK; SABINE VAN DOORSLAER; ANA MARÍA ATRIA

Lanús

Congreso; XXVIII Congreso Argentino de Química; 2010

Universidad Nacional de Lanús

CARACTERIZACIÓN DE COMPUESTOS DE COORDINACIÓN: OXO-Cr(V)-L, L = SUSTRATOS DE INTERÉS BIOLÓGICO POR RESONANCIA PARAMAGNÉTICA ELECTRÓNICA (RPE)     Luis F Salaa, Juan Carlos Gonzáleza, María Florencia Mangiamelia, Silvia Isabel Garcíaa, María Inés Frascarolia, Patricia Blanesa, Jousy Garcíaa, Emilio Rubín de Celisb, Lidia Piehlb, Evy Finckc, Sabine Van Doorslaerc, Ana María Atria d   a. Área Química Inorgánica, Departamento de QuímicoFísica, Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas, Universidad Nacional de Rosario, Suipacha 531,Rosario (2000), Santa Fe, Argentina  sala@iquir-conicet.gov.ar b. Cátedra de Física, Departamento Fisicomatemático, Facultad de Farmácia y Bioquímica, Universidad de Buenos Aires, Argentina c. University of Antwerp, Department of Physics, Universiteitsplein I, Wilrujk-Antwerp, Belgium d. Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas. Universidad de Chile, casilla 233, Santiago, Chile     Introducción: La naturaleza tóxica y genotóxica del ión Cr(VI) bajo forma de oxoanión, ha sido probada extensivamente en la investigación científica básica y aplicada [1]. Las oxidaciones crómicas en los sistemas biológicas se producen en pasos redox que involucran el intercambio de uno y dos mol de electrones por vez, con lo cual se manifiestan los intermediarios hipervalentes del Cromo: Cr(V) y Cr(IV). La acción carcinogénica del Cr(V) ha sido ampliamente probada [1]. En la célula viva, se propone que el Cr(V) bajo la forma de oxo-complejo es transportado del citoplasma al núcleo, siendo los agentes transportadores los hidratos de carbono comúnmente presentes en el sistema celular. Si bien, se supone que el Glutatión es el primer agente reductor del Cr(VI) dando lugar a un compuesto de coordinación Cr(V)-Glutation, este sufre un rápido intercambio de ligando con las bases duras representada por los átomos de oxígeno del hidrato de carbono, dando lugar a complejos relativamente estables oxo-Cr(V)-L siendo L: carbohidratos naturales, tales como D-glucónico (GLUCUN)  y en ciertos sistemas biologicos: ácidos urónicos y ácidos aldáricos como los ácidos D-glucurónico (GLUCUR) y D-glucárico (GLUCAR) La técnica de RPE es ideal para estudiar complejos oxo-Cr(V)-L in vivo e in Vitro. Objetivo: Estamos investigando sistemas formados por ligandos de interés biológico como los hidratos de carbono, con especies reactivas de Cr(V) las cuales siempre se manifiestan en las oxidaciones crómicas de sacáridos. Los grupos 2-hidroxicarboxilato y vic diolato presente en los hidratos de carbono, son bases duras que coordinan fuertemente con el ácido duro Cr(V). La caracterización de estos compuestos de coordinación, se puede realizar con gran rigurosidad, empleando RPE. Metodología: Los espectros de RPE en banda X fueron obtenidos con un espectrómetro Bruker ESP 300 E, operando en banda X entre 9,4-9,8 Hz y a temperatura ambiente empleando una potencia de microondas de 10mW. Los valores de g fueron determinados utilizando como referencia al radical difenilpicrilhidrazil (dpph) (g = 2,0036). Las especies de oxo-Cr(V)-L se generaron de dos formas diferentes: (a) mezclando soluciones acuosas de K2Cr2O7 y glutation  (GHS) a 25oC, relación molar 1:1, a la que se le había adicionado el carbohidrato a estudiar (b) intercambio de ligandos entre el Na[CrV(O)(ehba)2] (ehba = ácido 2-hidroxi-2-etil butanoico ) y el carbohidrato, a pH 4,5 (buffer acético) y 7,0 ( buffer hepes = 4-(2-hiroxietil)-1-ácido piperizanaetanosulfónico). Se realizaron estudios adicionales de RPE en banda W, empleando un espectrómetro Bucker E680.  Los espectros de RPE fueron simulados empleando el Programa de ajuste PEST  WinSIM [2]. A su vez, se realizaron simulaciones adicionales empleando el Programa Easyspin [3]. Resultados Complejos oxo-Cr(V)-GLUCAR: Al comienzo del proceso de intercambio de ligando, el espectro se encuentra compuesto por dos singletes con giso = 1,9785/1,9783 típico de la especie [CrV(O)(ehba)2]-. Los parámetros de RPE indican que los tripletes pueden ser asociados a dos bisquelatos pentacoordinados donde dos moléculas de ehba actúan  como ligandos bidentados a través del grupo α-hidroxicarboxilato. Después de 20 minutos el espectro resultó determinado por dos tripletes con valores de giso1,9785 (1Haiso= 0,69 G )/ 1,9783 (1Haiso = 0.77 G). La constante de acoplamiento hiperfina 53Cr Aiso correspondiente fue de 18,33 G, característico de este tipo de especies [4]. Empleando los parámetros espectrales pudimos asignar las especies con giso 1,9785/1,9783  a dos isómeros geométricos bisquelato pentacoordinados, en el cual el ligando GLUCAR se coordina al grupo oxo-Cr(V) a través carboxilato y el OH adyacente. El valor de ∆giso está de acuerdo con los valores de literatura para esta clase de isómeros. A pH 7,5 solo las especies oxo-Cr(V) con GLUCAR presenta señales detectables por RPE. La simulación de estos espectros fue realizado con dos tripletes y los parámetros espectroscópicos fueron los siguientes: giso1,9798  (1Haiso= 0,75 G ) / 1,9796  (1Haiso = 1,0 G). Estos resultados se corresponden con la presencia de 2 isómeros geométricos 1,2 cis diol. Mediciones RPE banda W ESE. Los experimentos de eco espín electrónico (ESE) fueron realizados en banda W para sistemas CrVI/GSH/substrato a pH 4,6. Los resultados de las simulaciones fueron D-glucónico: g = 1.9728/1.9780/1.9856; D-glucárico: g = 1.9736/1.9790/1.9861 Conclusiones: Según los resultados de RPE, la mayoría de las especies oxo-Cr(V)-L a pH 4,5 presentan el mismo tipo de coordinación; se tratan de especies bisquelato pentacoordinadas, donde el carbohidrato se une al grupo oxo-Cr(V) a través carboxilato y el hidroxilo en posición α. Si el pH es elevado a 7,5 se observa una señal de RPE muy débil para las especie oxo-Cr(V)-L2 con L = GLUCAR ó GLUCUN, lo cual indica que son inestables. Este comportamiento es opuesto al de las especies oxo-Cr(V)-GLUCUR2, ya que pueden ser detectadas luego de varias horas.  La marcada estabilidad de las especies 1,2 cis diol oxo-CrV-GLUCUR2 pH 7.5 probablemente se encuentra relacionada con la estructura cíclica de éste ligando. Bibliografía:   (1) A. Levina, R. Cood, C. T. Dillon, P. A. Lay, Progress in Inorganic Chemistry, 51, 2002, 145-250. (2) WinSim EPR calculations for MS-Windows, version 0.96: National Institute of Environmental Health Sciences, 1995. (3) S. Stoll, A. Schweiger, J. Magn. Reson. 2006, 178, 42 . (4) J. C. González, V. Daier, S. García, B. A. Goodman, A. M. Atria, L. F. Sala, S. Signorella, Dalton Trans. 2004, 2288-2296.   Agradecimiento: Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) y a la Universidad Nacional de Rosario (UNR). Blanes agradece una beca doctoral otorgada por la Academia Nacional de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales.