Estudio del proceso de abstracción de hidrógeno en derivados fotoactivos del colesterol

Resumen

La peroxidación lipídica (PL) es un proceso mediante el cual diversas especies reactivas atacan los lípidos de la membrana celular, promoviendo su degradación oxidativa. En diferentes estudios se ha demostrado que la PL puede producirse por radiación ultravioleta de tipo A en combinación con agentes fotosensibilizantes, los cuales al absorber luz pueden inducir una alteración física o química en otra entidad molecular. Entre estos agentes se encuentran algunos fármacos fotoactivos como los antiinflamatorios no esteroideos (AINEs) del grupo de los ácidos 2-arilpropiónicos, tales como el ketoprofeno (KP), el ácido tiaprofénico (TPA) y el suprofeno (SP). Estos fármacos poseen un grupo cromóforo diarilcetónico y un centro estereogénico en la cadena carbonada. Así, el KP contiene el cromóforo benzofenona (BZF) y muestra un estado excitado triplete de más baja energía de tipo n,*, mientras que el TPA y SP incluyen el cromóforo 2-benzoiltiofeno (BZT) y poseen un estado excitado triplete de más baja energía de tipo ,*. El colesterol (Ch) es un componente esencial de las membranas plasmáticas, ya que garantiza la fluidez y la correcta permeabilidad de la bicapa lipídica. La oxidación del Ch en las membranas celulares está asociada con enfermedades como la ateroesclerosis y el Alzheimer. Este proceso se produce a través de mecanismos enzimáticos y no enzimáticos, generando diferentes oxiesteroles que se usan como marcadores biológicos para el estrés oxidativo. Los mecanismos no enzímaticos de la oxidación del Ch se dividen en dos categorías: Tipo I (en el que el paso clave es la abstracción de un átomo de hidrógeno alílico por especies reactivas, tales como radicales hidroxilo, alcoxilo y peroxilo o tripletes de compuestos carbonílicos) y Tipo II (mediada por oxígeno singlete, 1O2). El sitio preferido para la abstracción de hidrógeno (AH) en el Ch es la posición alílica en el carbono 7 donde el enlace C-H es relativamente debil. Sin embargo, muy recientemente, se ha demostrado que la AH, aunque en menor grado, puede afectar también a la posición alílica C-4. Los estados excitados de los cromóforos BZF y BZT se han usado como modelos en reacciones de radicales libres biológicamente relevantes. Con estas premisas, en la presente tesis doctoral se estudia la influencia de distintos factores (efecto del disolvente, factores topológicos, naturaleza electrónica del estado excitado triplete) involucrados en el proceso de AH en el Ch por tripletes de arilcetonas. Además, se investiga la fotooxidación del Ch por AH en la posición C-4.Para lograr los objetivos propuestos, se han combinado estudios de fotólisis en estado estacionario, fotólisis de destello láser (FDL) y foto-polarización nuclear dinámica inducida químicamente (foto-CIDNP). En primer lugar, se ha estudiado la influencia del disolvente en la abstracción de los hidrógenos alílicos en la posición C-7 del Ch por el estado excitado triplete de la BZF. En la versión intermolecular del proceso, esta AH ha mostrado una significativa dependencia del disolvente. Asimismo, en la versión intramolecular, medidas cinéticas de sistemas en los que el Ch está unido covalentemente al KP han revelado importantes efectos del disolvente y una significativa estereodiferenciación en el proceso de AH. Posteriormente, se ha investigado la importancia de los factores topológicos implicados en la AH intramolecular en diadas conteniendo aminocolesteno (NH2Ch) unido covalentemente al KP. En particular, se ha demostrado la formación de productos de acoplamiento C-C, a través de AH intramolecular a partir de los correspondientes birradicales. Además, se ha observado también una importante estereodiferenciación y una diferente fotorreactividad de las diadas. Estudios de CIDNP han confirmado la formación de los birradicales y cálculos teóricos han permitido determinar la orientación específica de los grupos reactivos, que es decisiva para la reacción de AH. Así, los factores topológicos pueden jugar un papel importante en las membranas celulares, donde el Ch es más propenso a la oxidación que los ácidos grasos poliinsaturados circundantes. Otro factor que puede influenciar el proceso de AH en el Ch es la naturaleza electrónica del estado excitado triplete implicado (n,* o ,*). En este sentido, se ha estudiado cómo influye el triplete del BZT de naturaleza ,* en el proceso de AH en sistemas SP-Ch. Una vez más, experimentos de fotólisis en estado estacionario han revelado la fotogeneración de productos de acoplamiento C-C via AH en C-7. Paralelamente, estudios de emisión en tiempo resuelto en el infrarrojo cercano indican que las diadas SP-Ch son desactivadas por el oxígeno molecular para generar oxígeno singlete. Por lo expuesto anteriormente, estos sistemas son modelos adecuados para estudiar ambos tipos de oxidación del Ch (Tipo I y Tipo II) ya que son capaces de generar tanto birradicales tras un proceso de AH intramolecular como oxígeno singlete. Por último, se ha investigado el proceso de AH en la posición C-4 del Ch en oxiesteroles unidos covalentemente al KP a través del grupo OH de la posición 7 ( y ). Así, la oxidación del Ch en C-4 a través de un proceso de AH, ha sido demostrada mediante la obtención de dos fotoproductos de acoplamiento C-C en dicha posición. La formación de los birradicales correspondientes ha sido confirmada mediante experimentos de CIDNP. En la versión intermolecular del proceso, se ha observado una significativa influencia del disolvente y una importante estereodiferenciación entre los oxiesteroles 7OH-Ch en la fotogeneración del producto 7-oxo-Ch.