Proteínas como microrreactores en fotoquímica

Abstract

[EN] Proteins are macromolecules considered unique because of its complex spatial structure and diversity of roles in biological systems. Some years ago many of these structures are known in detail, and also the mechanisms which some of them boast physical, chemical and biological properties that are not found in any other chemical compound. In this work it has been proposed to use the binding sites of human and bovine serum albumin as microreactors. These proteins have a high degree of sequence similarity and a very similar three-dimensional structure. It has been well characterized that each protein contains two well-defined cavities (site I and site II) composed of aminoacids of polar and non-polar nature; these cavities are able to accommodate molecules of different nature, such as steroid hormones, fatty acids, drugs, etc. It is in these cavities where the photoreaction will occur. Fenofibric acid has been used as a model probe to study its interaction and photoreactivity within proteins. Its main pharmacological function is to reduce the triglyceride blood levels. This molecule has interesting photochemical properties due to the high intersystem crossing efficiency to reach the triplet excited state; thus, its photoreactivity will take place from this excited state. The triplet excited state is very sensitive to the surrounding microenvironment. This property has been used to get information on the type of interaction between the protein and fenofibric acid. The lifetimes of the excited triplet state of fenofibric acid bound to the protein were found to be up to 30 times longer than in aqueous solution. This effect can be attributed to a slower deactivation via non-radiative processes, due to important restrictions in the degrees of freedom inside the protein binding sites, where the microenvironment may protect the triplet excited state from attack by reagents such as oxygen or other FA molecules. We have studied the photophysical properties of the drug-protein interactions and its photochemical reactivity. The photoreactivity of fenofibric acid within the protein was resulted lower than in free solution. The resulting distribution of photoproducts differs between proteins and thus free medium. Moreover, it was also observed different distribution of photoproducts between human and bovine albumins.

[ES] Las proteínas se consideran macromoléculas únicas por su compleja estructura espacial y la diversidad de funciones que desempeñan en los sistemas biológicos. Desde hace algunos años se conocen con detalle muchas de esas estructuras y mecanismos por los que algunas de ellas hacen gala de unas propiedades físicas, químicas y biológicas que no se dan en ningún otro compuesto químico. En este trabajo se ha planteado utilizar los sitios de unión de la albúmina sérica humana y bovina como microrreactores. Tienen un alto grado de similitud de secuencia y una estructura tridimensional muy parecida. Cada una posee dos cavidades distintas formadas por aminoácidos con marcado carácter apolar En estas regiones de la proteína (llamadas sitio I y sitio II) se unen multitud de moléculas de naturaleza hidrofóbica, como hormonas esteroideas, ácidos grasos, fármacos, etc. Será en estas cavidades donde presumiblemente se producirá la fotorreacción. Se ha elegido como molécula de estudio el ácido fenofíbrico, un fármaco utilizado para disminuir los niveles de triglicéridos en sangre. Esta molécula tiene propiedades fotoquímicas interesantes ya que tiene como cromóforo la benzofenona. Este cromóforo tras absorber un fotón de luz promociona electrones al estado energético excitado singlete con un rendimiento cuántico de cruce intersistemas que es prácticamente la unidad. El estado excitado triplete es muy sensible al microambiente que lo rodea. Se ha utilizado esta propiedad para obtener información sobre el tipo de interacción que hay entre la proteína y el ácido fenofíbrico que se une a ella. Los tiempos de vida del estado excitado triplete del ácido fenofíbrico unido a la proteína resultaron ser hasta 30 veces más largos que en disolución acuosa, indicando que en los sitios de unión de HSA y BSA existen condiciones que favorecen la prolongación del tiempo de vida de dicho estado excitado. Entre estos factores cabe destacar las restricciones conformacionales o la dificultad que tiene el oxígeno presente en la disolución para penetrar en el sitio activo. Se han estudiado las propiedades fotofísicas del complejo fármaco-proteína así como su reactividad fotoquímica en experimentos de irradiación en fotorreactor. La fotoreactividad del ácido fenofíbrico dentro de la proteína ha resultado ser menor que la de este libre en disolución. La distribución de los fotoproductos resultó ser distinta tanto entre las proteínas y el medio libre, así como entre la proteína humana y la bovina.