Reactividad de los persulfuros biológicos

Abstract

Los persulfuros (RSSH) cumplen roles fundamentales en procesos de biosíntesis, catabolismo y señalización. Derivan de los tioles (RSH) y se han propuesto como transductores de la señalización celular mediada por el sulfuro de hidrógeno (H2S). Los persulfuros poseen una química muy versátil; son especies ácidas y actúan como nucleófilos en su forma aniónica (RSS−) y como electrófilos cuando están protonados (RSSH). No obstante, las propiedades químicas de los persulfuros están escasamente caracterizadas. Este trabajo buscó contribuir a la comprensión de sus funciones biológicas mediante el estudio de sus propiedades básicas. Específicamente, se propuso estudiar la acidez y reactividad de persulfuros con relevancia biológica, tanto de bajo peso molecular como proteicos. Se observó que los persulfuros de bajo peso molecular no pueden ser aislados en medio acuoso debido a su alta reactividad. La incubación de disulfuros en medio alcalino llevó a la formación de persulfuros, y aunque no resultó conveniente para prepararlos en el laboratorio, puso de manifiesto sesgos que pueden ocurrir en el método de cianólisis fría, una técnica frecuentemente usada para cuantificar persulfuros. En cambio, las reacciones de disulfuros con concentraciones subestequiométricas de H2S resultaron útiles para producir persulfuros de bajo peso molecular y fueron utilizadas para estudiar su acidez y reactividad. Se adaptaron métodos de HPLC basados en la derivatización con monobromobimano que permitieron cuantificar la concentración de persulfuro de glutatión generada por ambas estrategias.Se estudiaron seis persulfuros de bajo peso molecular, incluyendo los derivados de glutatión y cisteína. Los persulfuros resultaron ser más ácidos que los tioles correspondientes, con valores de pKa de 4.6 a 6.3, y presentaron mayor reactividad nucleofílica que la esperada para los tiolatos de igual basicidad, proporcionando evidencia del efecto alfa en los persulfuros (aumento de la nucleofilia debido a la presencia de un átomo adyacente con alta densidad electrónica). Adicionalmente, se trabajó con dos enzimas humanas de la vía de oxidación de H2S que forman intermediarios persulfuros en su ciclo catlítico, la sulfuro quinona óxidorreductasa (SQR) y la rodanesa. Los resultados indican que la acidez de los persulfuros es modulada por los entornos proteicos, pues la SQR persulfurada tuvo un pKa de 7.8 ± 0.2. Por su parte, la rodanesa persulfurada presentó un pKa de 9.38 ± 0.04, probablemente debido a un residuo crítico del sitio activo y no al persulfuro en sí mismo. Por último, se comenzó a evaluar la viabilidad de desarrollar biosensores basados en la reactividad de los persulfuros de la rodanesa y la 3-mercaptopiruvato azufretransferasa (MST), obteniendo resultados prometedores con la MST de Leishmania major. En suma, en este trabajo se sentaron fundamentos sólidos sobre los persulfuros, basados en principios termodinámicos y cinéticos, que se espera que contribuyan a la comprensión de sus roles biológicos.