Estudios de oxidación de hidratos de carbono con cromo hipervalente
Fecha
2014-03-14
Autores
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Editor
Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas
Resumen
Se sabe que los compuestos derivados del cromo, considerados
contaminantes ambientales importantes, son altamente tóxicos y reconocidos
agentes carcinogénicos debido a su alto grado de mutagenicidad [4]. Su
capacidad para actuar como agente oxidante sobre biomoléculas, es la
responsable de la mutagenicidad y carcinogenicidad del CrVI. Si bien la
especie CrVI, no produce daño en el ADN in vitro, en ausencia de agentes
reductores, se cree que la especie mutagénica sería alguno de los
intermediarios reactivos tales como las especies CrV y CrIV producidas durante
la reducción del CrVI a CrIII.
Teniendo en cuenta todas estas posibles especies intermediarias, se ha
postulado que la reducción de CrVI ocurre mediante un mecanismo complejo.
Para probar esta hipótesis, se deben identificar y caracterizar tanto los
productos como los intermediarios del proceso. Resultan de gran interés los
hidratos de carbono o sus derivados, presentes en el medio celular vegetal
y/o animal, tales como D-ribosa, D-galactosa, D-glucosa y ácido Dglucurónico,
los cuales podrían reaccionar con el CrVI, luego de su ingreso al
citoplasma, estabilizándolo mediante la formación de complejos y/o actuando
como agentes reductores, generando en el proceso redox, especies reactivas
que produzcan daño celular.
El presente trabajo de tesis pretende profundizar el estudio del proceso de
transferencia electrónica entre el elemento cromo hipervalente y los diferentes grupos funcionales presentes en hidratos de carbono de
importancia biológica; analizar la capacidad de coordinación y reactividad a
partir de los diferentes estados de oxidación del elemento cromo (CrVI/V/IV/III),
y finalmente integrar los resultados obtenidos, en la interpretación del
proceso redox, cromo hipervalente - hidrato de carbono.
Para concretar estos objetivos, se realizaron distintas acciones, que incluyen:
Un estudio de la oxidación con cromo hipervalente de los sustratos,
D-glucoheptono-1,4-lactona, ácido D-galacturónico y ácido D-glucárico.
Un estudio de la reactividad del CrIV frente a los diferentes hidratos de
carbono (neutros y ácidos) para determinar si el proceso oxidativo por esta
especie, siempre se encuentra o no, involucrado en etapas rápidas de
reacción.
Se compararon los resultados obtenidos con los sustratos empleados
en estudios anteriores [52-62] para lograr una interpretación más profunda
del mecanismo de reacción redox.
Los resultados obtenidos, permitieron llegar a las siguientes conclusiones:
Los sistemas CrIV/sacáridos neutros y CrIV/sacáridos ácidos, responden
a la misma ley de velocidad experimental, con la diferencia de que en el caso
de oxidación de sacáridos neutros el proceso es independiente de la acidez
del medio de reacción. El orden de reactividad determinado para sacáridos
neutros fue: 1-metil-α-D-glucopiranosa << 1-metil-α-D-galactopiranosa ~ 3-O-metil-Dglucopiranosa
~ 6-desoxi-L-galactopiranosa ~ 2-desoxi-D-glucopiranosa ~ Dglucopiranosa
<< D-galactopiranosa << D-glucitol.
Los valores de velocidad de oxidación de sacáridos por la especie CrIV
confirman que las mismas son muy superiores a las velocidades de oxidación
de las especies de cromo hipervalente CrVI o CrV con los sustratos orgánicos
empleados.
Los cálculos realizados para obtener los valores de los parámetros de
activación para los sacáridos D-glucopiranosa y D-galactopiranosa, indicaron
que el proceso oxidativo por la especie CrIV ocurre a través de un mecanismo
concertado de reducción bielectrónica CrIV→CrII mediante la transferencia de
hidruro.
Los estudios de RPE en solución acuosa de los sistemas CrVI/GHL, CrVI/
Galur y CrVI
/Glucar, determinaron la presencia de complejos oxo-CrVsacárido,
los que pudieron ser caracterizados, con la determinación de sus
tiempos de vida media.
El estudio de la oxidación por CrVI de Galur, GHL y Glucar, verificó la
presencia de especies intermediarias en las mezclas de reacción
CrVI/sacárido, que incluyen radicales libres orgánicos, esteres de CrVI,
especies: CrIV/II y oxo-CrV-sacárido.
Las especies oxo-CrV-sacárido deben considerarse en la interpretación
de los datos cinéticos solo en los sistemas CrVI/Galur y CrVI/GHL.
Al comparar las velocidades de reacción de las diferentes especies del
elemento cromo con los sacáridos estudiados, incluso a baja temperatura, el
CrIV reacciona más rápido que las especies CrV y CrVI, indicando que este
intermediario se encuentra involucrado en etapas rápidas y no se acumula en
las mezclas de reacción. Por ello no fueron considerado en el ajuste de los
datos cinéticos.
En base a los datos experimentales y los resultados obtenidos en este trabajo
de Tesis, se concluye:
Opera el mismo mecanismo de oxidación por CrIV en medio ácido, para
todos los sacáridos estudiados, el cual consiste en una reducción bielectrónica
CrIV a CrII por transferencia de hidruros provenientes del sustrato orgánico.
La reducción de CrVI a CrIII por parte de los ligandos orgánicos
estudiados; no ocurre en una sola etapa, sino que tiene lugar en varias
etapas de reducción que involucran vías de reducción: mono y bielectrónicas,
confirmando experimentalmente, los estudios cinéticos y mecanísticos de
oxidación crómica de hidratos de carbono previamente realizados en el grupo
de investigación donde se realizó el presente trabajo de Tesis Doctoral.
El proceso de oxidación por la especie CrIV siempre se corresponde con
una etapa rápida.
Descripción
Palabras clave
Cromo Hipervalente, Hidratos de Carbono, Oxidación