Importancia Toxic o Logic a Me Tales

7/21/2019 Importancia Toxic o Logic a Me Tales

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3. ANTECEDENTES

3.1 Importancia toxicolgica de los metales

Los metales son un grupo de elementos que presentan propiedades fsicas y qumicas muy

particulares. Estas caractersticas han sido aprovechadas en la fabricacin de numerosos

utensilios de uso cotidiano por el hombre y tambin los hace esenciales en la dieta de todos

los seres vivos. Por esta razn, algunos metales son de gran importancia para los sistemas

biolgicos ya que pueden ser componentes enzimticos o estructurales. Entre ellos

tenemos a los llamados oligoelementos o micronutrientes, que son requeridos en pequeas

cantidades por plantas y animales y son necesarios para que los organismos completen su

ciclo vital, aunque a concentraciones elevadas se vuelven txicos (Cu, Co, Mn, Zn, Ca).

Tambin pueden llegar a encontrarse metales pesados sin funcin biolgica conocida pero

a determinadas concentraciones en los seres vivos pueden provocar disfunciones en su

organismo, ya que son altamente txicos debido a que poseen la propiedad de acumularse

en los tejidos (Pb, Cd, As, Al, Hg, Cr) [Palacios-Hernndez, 2005].

Generalmente los metales actan en el organismo distribuyndose en el cuerpo por medio

del torrente sanguneo y dependiendo de su habilidad para pasar a travs de las membranascelulares, compiten con otras molculas por sitios de unin a los que son afines. Los

metales frecuentemente se concentran en un tejido u rgano especfico y al ser

metabolizados por lo regular se unen a enzimas, cambiando as la conformacin molecular

de stas. Tambin pueden unirse a otros sustratos y alterar la biodisponibilidad de

componentes celulares importantes [Donkin et al, 2000].

Algunos metales de inters desde el punto de vista biolgico que pueden formar parte de

sistemas vivos y en algunos casos son importantes como contaminantes ambientales, se

presentan a continuacin:


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3.1.1 Cobalto (Co)

El cobalto es un elemento que se encuentra de manera natural en el ambiente, que tiene

propiedades similares a las del hierro y el nquel. El principal uso del cobalto metlico es en

aleaciones para turbinas de aviones. Los compuestos de cobalto son usados como

pigmentos en vidrio, cermica y pinturas, como catalizadores en la industria del petrleo,

como secadores de pintura, y como elementos traza usados como aditivos en la agricultura

y la medicina. El cobalto puede ser liberado al ambiente por actividades humanas, as como

por la erosin de rocas y suelo. Las fuentes antropognicas primarias de cobalto en el

ambiente se generan a partir de la quema de combustibles fsiles, del uso de lodos que

contengan cobalto o fertilizantes de cobalto, y de las industrias que usen o procesen

compuestos del mismo. El cobalto liberado a la atmsfera termina sobre el suelo o en elagua por deposicin hmeda o seca [ATSDR, 2003].

La exposicin de la poblacin al cobalto ocurre a travs de la inhalacin o la ingestin de

alimentos y agua contaminados. Se ha estimado que su ingesta en alimentos se encuentra

en el rango de entre 5 a 40 g/da. La exposicin ocupacional al cobalto se presenta en

trabajadores de la industria metalrgica y en industrias tales como las minas de carbn,

minas de metales, fundidoras y refineras, en la fabricacin de tintes y en la industria

qumica. Las concentraciones de cobalto en el ambiente de la industria metalrgica,

soldadoras y trituradoras de metales oscila en un rango desde 1 a 300 g/m3, rango que

puede ser comparado con los niveles atmosfricos normales de 0.42.0 ng/m3. Este metal es

esencial en el organismo al formar parte de la vitamina B12 (cianocobalamina) ; la dosis

recomendada en la dieta es de 2.4 g/da, la cual debe contener 0.1 g de cobalto.

Concentraciones traza de cobalto han sido determinadas en muchos tejidos del cuerpo,

siendo ms altas en el hgado [Baran, 1995].

Durante la exposicin por inhalacin a partculas que contienen cobalto, el primer blanco

expuesto es el tracto respiratorio. La exposicin ocupacional de seres humanos a cobalto

metlico o aleaciones del mismo, ha reportado efectos respiratorios primarios, que

incluyen disminucin en la funcin pulmonar, asma, jadeo y disnea a niveles de exposicin

en un rango de 0.015 a 0.130 mg de Co/m3. Se cree que muchos de los efectos en tracto

respiratorio pueden darse como resultado de la generacin de oxidantes y radicales libres


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por el in cobalto. Sin embargo, diversos estudios han mostrado que algunos de los efectos

respiratorios, tales como el asma inducida por cobalto, son resultado de la

inmunosensibilizacin al mismo [Donkin et al, 2000]. El efecto ms notorio durante la

exposicin oral a cobalto en humanos parece ser un incremento en el nmero de eritrocitos

(policitemia). Durante la exposicin drmica, el efecto ms comnmente observado es la

dermatitis, que ha sido demostrada en un gran nmero de estudios en humanos, y

probablemente es causada por una reaccin alrgica al cobalto, que funciona como

hapteno. Los estudios disponibles de los efectos carcinognicos en sujetos expuestos por

trabajo han reportado resultados positivos y negativos. La IARC ha clasificado al cobalto y

a los compuestos de cobalto como posibles carcingenos para humanos (Grupo 2B)

[ATSDR, 2003].

Durante la exposicin por inhalacin, la absorcin de compuestos de cobalto depositadosen los pulmones parece estar relacionada con su solubilidad. Las partculas insolubles de

cobalto generalmente son eliminadas por fagocitosis y/o transporte mucociliar, y as,

presentan una baja absorcin sistmica, ya que pueden ser disueltas dentro de los

macrfagos alveolares [Kreyling et al, 1990]. Un mecanismo propuesto por el cual un

metal pesado puede ejercer sus efectos, establece que el carburo de tungsteno, que es un

buen conductor de electrones, facilita la oxidacin del cobalto metlico a cobalto inico

(probablemente Co(II), transfiriendo electrones del tomo de cobalto al oxgeno molecular

adyacente a la molcula de carburo de tungsteno) [Lasfargues et al, 1995; Lison et al,

1996]. El resultado es un incremento en la solubilidad del cobalto y la generacin de

especies reactivas de oxgeno (ROS). Tambin ha sido demostrado que las partculas de

aleacin pueden incrementar las concentraciones de la enzima xido ntrico sintasa

inducible (iNOS), en respuesta al estrs oxidativo [Rengasamy et al, 1999]. Ha sido

demostrado que el cobalto genera ROS, incluyendo al radical anin superxido in vitro e in

vivo [Kawanishi, Inoue y Yamamoto 1994], probablemente por medio de reacciones

similares a la de Fenton [Lloyd, Phillips y Carmichael, 1997].

Tambin ha sido demostrado que el cobalto soluble altera la entrada de calcio a las clulas,

funcionando como bloqueador de los canales de calcio inorgnico [Yamatani et al, 1998].

De esta forma, el cobalto puede afectar la transmisin neuromuscular debido a que se

comporta como un antagonista del calcio [Weakly, 1973]. Adems, los iones cobalto


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pueden incrementar las probabilidades de dao a DNA cuando son coexpuestos con

oxidantes in vitro, tales como la radiacin UV o H2O2 [De Boeck et al, 1998]. Se piensa

que el cobalto acta al inhibir la reparacin del DNA, particularmente en las etapas de

incisin y polimerizacin [Asmu, Mullenders y Hartwig, 2000], logrando esto a travs de

la interaccin con las protenas reparadoras de DNA y sus dedos de zinc [Sarkar, 1995].

Otro mecanismo potencial importante por el cual puede ejercer sus efectos es a travs de su

accin sobre el grupo hemo o enzimas que contengan dicho grupo. Se piensa que inhibe la

sntesis de hemo in vivoactuando en al menos dos sitios diferentes en la ruta biosinttica:

en la sntesis de -aminolevulinato y la conversin de -aminolevulinato en hemo [De

Matteis y Gibbs, 1977]. Esta actividad inhibitoria podra resultar en la formacin de la

protoporfirina de cobalto en lugar del hemo [Sinclair et al, 1979]. El tratamiento con

cobalto tambin estimula la oxidacin del hemo en muchos rganos, debido a la induccin

de la hemooxigenasa [Sunderman 1987].

3.1.2 Zinc (Zn)

El zinc (Zn) se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza y constituye

aproximadamente un 0,02 % de la corteza terrestre. Adopta la forma de sulfuro (esfalerita),

carbonato, xido o silicato (calamina) de zinc, combinado con muchos minerales. Laesfalerita, el principal mineral de zinc y fuente de al menos el 90 % del zinc metlico,

contiene hierro y cadmio como impurezas. Casi siempre aparece acompaado de galena, el

sulfuro de plomo, y ocasionalmente se encuentra asociado con minerales que contienen

cobre u otros sulfuros metlicos bsicos. Tambin tiene aplicacin en la fabricacin de

cosmticos, cementos de fraguado rpido, en la industria farmacutica y como pesticida

[ATSDR, 2005b].

Como componente biolgico, el zinc es un nutriente esencial en humanos y animales, ya

que es necesario para el funcionamiento de un gran nmero de metaloenzimas, tales como

la alcohol deshidrogenasa, fosfatasa alcalina, anhidrasa carbnica, leucina aminopeptidasa,

superxido dismutasa y la DNA y RNA polimerasa. El zinc es requerido para el

metabolismo normal de cidos nucleicos y protenas, as como el crecimiento y divisin

celular. Tambin juega un papel esencial en el mantenimiento de la estructura de cidos


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nucleicos de los genes (mecanismo de accin de los dedos de zinc). La deficiencia de zinc

ha sido asociada con dermatitis, anorexia, retraso en el crecimiento, cicatrizacin de heridas

deficiente, hipogonadismo con disminucin en la capacidad reproductiva, disminucin en la

funcin del sistema inmunolgico y deficiencias en las funciones mentales. La dosis diaria

recomendada para zinc es de 11 mg/da en hombres y de 8 mg/da en mujeres [IOM, 2002].

Son recomendadas dosis diarias ms altas para las mujeres durante el embarazo y la

lactancia (12 mg/da para mujeres embarazadas y lactantes) [IOM, 2002; WHO, 1996].

Los mecanismos homeostticos naturales del organismo controlan la absorcin de zinc en

el tracto gastrointestinal [Davies, 1980]. Las personas con niveles nutricionales adecuados

de zinc absorben aproximadamente 2030% de todo el zinc ingerido. La absorcin de zinc

ocurre en todos los segmentos del intestino, aunque la proporcin ms grande se lleva a

cabo en el duodeno. El mecanismo de absorcin incluye la difusin pasiva y procesosmediados por transportadores que funcionan a bajas dosis, involucrando a una protena

intestinal rica en cistena (CRIP) [Hempe y Cousins, 1992] que se une al zinc que entra a

las clulas intestinales del lumen. Al igual que muchos otros metales, puede inducir la

produccin de metalotionenas en las clulas de la mucosa intestinal, mismas que pueden

tener la funcin de evitar la absorcin en exceso de zinc por el organismo [Foulkes y

McMullen, 1987]. La absorcin por va drmica de zinc ocurre, pero su mecanismo no ha

sido claramente definido. La absorcin ha sido observada en pacientes quemados tratados

con gasas preparadas con xido de zinc. El pH de la piel, la cantidad de zinc aplicada, y el

vehculo administrado con el zinc afecta la absorcin de zinc por va drmica [Agren,

1991].

El zinc es uno de los elementos traza ms abundantes en humanos. Es encontrado de

manera natural en todos los tejidos y fluidos y es cofactor en alrededor de 300 sistemas

enzimticos. Aunado a esto, el msculo y el hueso contienen aproximadamente 90% de la

cantidad total de zinc en el organismo (aproximadamente 60% y 30%, respectivamente).

Los rganos que contienen mayor concentracin de zinc son el hgado, tracto

gastrointestinal, rin, piel, pulmones, cerebro, corazn y pncreas [Bentley y Grubb,

1991]. Tambin han sido detectadas altas concentraciones de zinc en la prstata, retina, y

semen. Las concentraciones en los riones y corazn muestran un pico elevado entre los 40

a 50 aos de edad y despus disminuyen [Forssen 1972].


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El zinc est presente en el plasma sanguneo, eritrocitos, leucocitos y plaquetas, aunque

est localizado principalmente en eritrocitos (en los cuales el 87% est en la anhidrasa

carbnica, el principal sitio de unin). Ha sido demostrado que la deficiencia de zinc

disminuye la habilidad de los eritrocitos para resistir la hemlisis in vitro. En el plasma, la

albmina es el principal acarreador de zinc, junto con pocas cantidades de zinc unido a 2-

macroglobulina y aminocidos. La albmina unida a zinc representa la principal fuente

metablicamente activa de zinc. Adems, es concentrado inicialmente en el hgado despus

de la ingesta y, posteriormente, es distribuido a travs del organismo, siendo el hgado,

pncreas, hueso, rin y msculo, los principales sitios de almacenamiento [Giroux et al,

1976].

En cuanto a los mecanismos de toxicidad de zinc, la fiebre del metal por humo es el

principal efecto observado en trabajadores expuestos a humo o polvo de xido de zinc[Blanc et al, 1991], que aparece usualmente de 3-10 horas despus de la exposicin y los

sntomas persisten durante 24-48 horas. Se desconoce la patognesis exacta de la fiebre del

metal por humo. Se piensa que es una respuesta del sistema inmune al xido de zinc

inhalado [Mueller y Seger 1985]. Ha sido sugerido que el xido de zinc causa la

inflamacin del tracto respiratorio y la liberacin de histamina o sus derivados. La

exposicin oral a cantidades elevadas de zinc ha causado anemia, disminucin en las

concentraciones de lipoprotenas de alta densidad (HDL) y colesterol, y dao pancretico

en humanos y animales [Allen et al, 1983].

3.1.3 Cadmio (Cd)

El cadmio no se encuentra en el ambiente como un metal puro, sino como un mineral en

forma de xido de cadmio, cloruro de cadmio, sulfato de cadmio o en asociacin con zinc.

Estos slidos pueden disolverse en agua y se pueden encontrar pequeas partculas de Cd

en el aire. Los alimentos y el humo de cigarrillos pueden ser fuentes significativas de

exposicin a Cd para el pblico en general. La exposicin por inhalacin de altos niveles de

xido de cadmio por fumar o por polvo puede causar irritacin severa al tejido respiratorio.

Los sntomas son semejantes a los de la traqueobronquitis, neumonitis y edema pulmonar,

pudiendo aparecer despus de muchas horas de exposicin; sin embargo, estos sntomas no


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aparecen despus de la inhalacin de pequeas cantidades. El rin es el principal rgano

afectado por la exposicin txica a Cd por medio de inhalacin, la afeccin se caracteriza

por la presencia de protenas de bajo peso molecular en la orina (proteinuria), irritacin del

epitelio gastrointestinal, nusea, vmito y diarrea. Cuando el Cd es ingerido en agua o

alimentos, entra a la sangre despus de su absorcin por el estmago o intestino en forma

de in, siendo retenido por un gran nmero de rganos y eliminado lentamente (10-30

aos) [Donkin et al, 2000]. Ha sido demostrado que el cadmio altera la composicin de

lpidos e incrementa su peroxidacin [Gill et al, 1989] y que altera el metabolismo del

cobre, zinc y hierro as como de selenio [Jamall y Smith, 1985].

Xu et al[1995] propusieron que en una etapa inicial en la toxicidad inducida por cadmio en

testculos, ocurre la interferencia del in cadmio con complejos proteicos de zinc que

controlan la transcripcin del DNA y como consecuencia las clulas son conducidas a laapoptosis. El atrapamiento del in cadmio por las metalotionenas (MT) (o un quelante)

evita que el cadmio destruya a las protenas transcripcionales dependientes de zinc. Muchos

trabajos han indicado que las metalotionenas complejadas con cadmio reducen su

toxicidad y la capacidad del hgado para sintetizar metalotionenas parece ser adecuada para

unirse a todo el cadmio acumulado [Goyer et al, 1989]. Se ha sugerido que el dao renal

ocurre por una concentracin excesiva de cadmio, provocando que no se una

eficientemente a las metalotionenas para su eliminacin [Sendelbach y Klaassen 1988].

Dorian, Gattone y Klaasen [1992a] evaluaron la distribucin intrarrenal de metalotionenas

de cadmio radiomarcadas (109CdMT) e inyectadas por va intravenosa en machos de ratones

Swiss a una dosis no txica para la nefrona (0.1 mg Cd/kg) y concluyeron que la

nefrotoxicidad inducida por cadmio podra estar dada, en parte, por la toma preferencial de

CdMT en los segmentos S1 y S2 de los tbulos proximales, que es el sitio en el que se ha

reportado la nefrotoxicidad inducida por CdMT. En otro estudio, Dorian, Gattone y

Klaasen [1992b] reportaron que esta toma preferencial de Cd por el rin tambin fue

observada despus de la administracin de diferentes dosis de [35S]CdMT a ratas. Los

estudios de autorradiografa por microscopa luminosa indicaron que el cadmio de CdMT

se distribuye de manera preferente en los segmentos enroscados (S1 y S2) de los tbulos

proximales, mientras que el cadmio presente en el CdCl2se distribuy de la misma forma


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en diferentes segmentos (enroscados y rectos) de los tbulos proximales. Sin embargo, la

concentracin de cadmio en el sitio de nefrotoxicidad en los tbulos proximales

enroscados, fue mayor despus de la administracin de CdCl2 que despus de la

administracin de CdMT. Se encontr una concentracin mayor de cadmio en las zonas

apicales y basales de las clulas proximales despus de la administracin de CdCl2 que

despus de la administracin de CdMT. Dorian y Klaassen [1995] evaluaron los efectos de

ZnMT sobre la toma renal y nefrotoxicidad de l09CdMT y concluyeron que la ZnMT no

solamente no es txica para rin a una dosis tan elevada como 5 moles de MT/kg, sino

tambin puede proteger contra los efectos nefrotxicos de CdMT sin disminuir la

concentracin renal de cadmio.

La concentracin crtica de cadmio que puede producir algn tipo de disfuncin en la

corteza renal an sigue siendo investigada. Si la concentracin crtica de cadmio en la orinaes de aproximadamente 5 g Cd/g de creatinina o de 10 g Cd/g de creatinina, corresponde

a alrededor de 100 y 200 g de cadmio/g de masa renal respectivamente y de esta forma

dichas cantidades son discutidas. En un anlisis, la concentracin crtica que produce

disfunciones en un 10% de la poblacin susceptible podra ser de aproximadamente 200 g

de cadmio/g de masa renal; el 50% de la poblacin susceptible podra experimentar

disfunciones con una concentracin en rin de 300 g/g de masa renal [Ellis, Cohn y

Smith, 1985].

En su forma catinica normal, como Cd(II), este elemento presenta fuertes analogas con

dos elementos esenciales, el Zn(II) y el Ca(II). De alguna manera, estas analogas dan

cuenta de sus principales efectos txicos. Por un lado, puede desplazar al zinc de algunos

de sus sitios activos en metaloenzimas y por el otro, compite con el calcio en ciertos

sistemas biolgicos y tambin puede ser incorporado al hueso, ocupando los sitios de calcio

en las hidroxiapatitas biolgicas. La dosis oral normal de Cd es de 5 X 10 -4 mg/kg para

fuentes de agua, en comparacin a la dosis diaria en alimentos que es de 1 X 10-3mg/kg. La

United States Environmental Protection Agency (USEPA) lo ha clasificado como un

carcingeno clase B1 (posible carcingeno humano) slo por inhalacin [Donkin et al,

2000].


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3.1.4 Plomo (Pb)

Es un metal encontrado en la corteza terrestre de manera natural. El Pb puede mezclarse

con otros aniones para formar las conocidas sales de Pb. Estos compuestos son solubles en

agua, mientras que el Pb elemental no lo es. Es usado en la produccin de bateras,

municiones, productos de metal y equipo mdico y cientfico. La mayora del Pb es

movilizado en el ambiente como resultado de actividades humanas. La presencia de Pb en

los seres humanos se debe a la inhalacin o exposicin por va oral a partculas de Pb

inorgnico. En nios, la dosis oral es absorbida en 50%, mientras que en adultos slo en

15%. La muerte de nios por envenenamiento con Pb ocurre con niveles mayores de 125

g/dL en sangre, quienes adems exhiben encefalopata severa. Muy bajos niveles de Pb

(25-30 g/dL) han sido asociados con efectos negativos en la capacidad de aprendizaje;

adems, se ha encontrado que un nivel de Pb en sangre de 50 g/dL est muy prximo al

necesario para generar efectos txicos en obreros adultos expuestos al metal, por lo que la

recomendacin de exposicin laboral mxima es de 30 g/dL.

El plomo afecta al sistema nervioso y endocrino, que contribuyen con la regulacin de la

resistencia vascular perifrica y la produccin de pulsaciones cardiacas [Vaziri y Sica

2004]. El plomo en las clulas se une a una gran variedad de protenas, algunas de las

cuales se encuentran implicadas en su toxicidad. Un rasgo histolgico caracterstico de lanefrotoxicidad de plomo es la formacin de cuerpos intranucleares de inclusin en el tbulo

proximal renal. Los cuerpos de inclusin contienen complejos de plomo con protenas que

pueden provocar un efecto intenso sobre la disposicin intracelular de plomo en el rin. El

atrapamiento de plomo en los cuerpos intranucleares de inclusin puede limitar o prevenir

interacciones txicas con otros blancos moleculares del plomo. Sin embargo, la identidad

exacta de los complejos proteicos de plomo en los cuerpos de inclusin sigue siendo

desconocida, as como el mecanismo de formacin de los cuerpos de inclusin por s

mismo [Shelton y Egle, 1982].

El plomo tambin se une a las metalotionenas pero no parece ser un inductor significativo

de la protena en comparacin con cadmio y zinc [Waalkes y Klaassen, 1985]. In vivo, slo

una pequea fraccin del plomo en el rin est unida a metalotionenas y parece tener una

afinidad de unin que es menor que la de Cd(II), pero mayor que la de Zn(II), [Nelson,


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Atkin y Winge, 1985]. El plomo inhibe la captacin de calcio en las mitocondrias aisladas

de clulas renales y puede entrar a la mitocondria como sustrato por medio de un

transportador de calcio [Kapoor et al, 1985]. Los deterioros del metabolismo oxidativo

podran contribuir con deficiencias en el transporte y con la degeneracin celular; sin

embargo, el papel exacto del plomo en la induccin de la nefrotoxicidad no ha sido

totalmente esclarecido.

El plomo interfiere con la biosntesis del hemo alterando la actividad de tres enzimas: cido

-aminolevulnico sintasa (ALAS), cido -aminolevulnico deshidratasa (ALAD) y

ferroquelatasa. El plomo estimula de manera indirecta a la enzima mitocondrial ALAS que

cataliza la condensacin de glicina y succinil CoA para formar ALA. La actividad de

ALAS cataliza la etapa limitante en la biosntesis de hemo; el incremento en la actividad de

ALAS ocurre a travs de la inhibicin de la represin por retroalimentacin. El plomoinhibe a la metaloenzima citoslica coordinada con zinc ALAD que cataliza la

condensacin de dos unidades de ALA para formar porfobilingeno. Esta inhibicin es no-

competitiva y ocurre por medio de la unin del plomo a los sulfhidrilos vecinos en el sitio

activo de ALAD. El plomo puentea a los sulfhidrilos vecinos, mientras que el zinc,

normalmente encontrado en el sitio activo, se une solo a uno de esos sulfhidrilos. La

inhibicin de ALAD y la inactivacin de la represin por retroalimentacin de ALAS

resulta en la acumulacin de ALA. Disminuye, de una manera no-competitiva, la actividad

de la enzima mitocondrial coordinada con zinc ferroquelatasa, que cataliza la insercin de

hierro (II) en el anillo de protoporfirina para formar el hemo. La inhibicin de la

ferroquelatasa puede ocurrir a travs de la unin del plomo a los grupos sulfhidrilos vecinos

del sitio activo. Otro mecanismo posible es por medio del deterioro en el transporte de

hierro en la mitocondria, dado por ruptura de la estructura mitocondrial. Algunas otras

enzimas de la ruta de biosntesis de hemo contienen grupos sulfhidrilo simples dentro de

sus sitios activos y no son tan sensibles a la inhibicin, como lo son ALAD y

ferroquelatasa [Goering, 1993]. El proceso de biosntesis de hemo es ilustrado en la

figura 1.


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Figura 1. Efectos del plomo sobre la biosntesis de Hemo [ATSDR, 2005a].

La inhibicin de la ferroquelatasa por plomo resulta en la acumulacin de protoporfirina

IX, que est presente en los eritrocitos circulantes como protoporfirina complejada con zinc

(ZPP), debido a la colocacin de zinc, ms rpida que la del hierro, en el anillo de porfirina.La ZPP es encontrada en las hendiduras del hemo de la hemoglobina y permanece ah

durante el tiempo de vida del eritrocito. Debido a que la acumulacin de ZPP ocurre slo en

eritrocitos formados durante la presencia de plomo en mdula sea, este efecto es

detectable en los eritrocitos circulantes aproximadamente durante 120 das. La interferencia

tan marcada con la sntesis de hemo resulta en una reduccin de la concentracin de

hemoglobina en sangre [EPA, 1986]. Adems, el plomo puede afectar al sistema nervioso

por mltiples mecanismos, y uno de los ms importantes es su actividad biomimtica de

calcio y/o la ruptura de la homeostasis de calcio.

La vulnerabilidad particular del feto y los nios a la neurotoxicidad del plomo puede estar

dada en parte por la inmadurez de la barrera hematoenceflica y por la prdida de la

afinidad del plomo para unirse a las protenas en la astrogla, la cual lo secuestra. Otra

enzima alterada por el plomo es la calmodulina, el principal receptor intracelular de calcio


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en eucariontes. Normalmente, el calcio induce un cambio conformacional en la

calmodulina y convierte a la protena a su forma activa; el plomo activa de manera

inadecuada a la enzima.

El plomo tambin puede sustituir al zinc en algunas enzimas y en protenas con dedos de

zinc, las cuales coordinan uno o ms cationes de zinc como cofactores. La sustitucin de

zinc por plomo en protenas con dedos de zinc puede tener efectos significativos sobre la

expresin de novo de las protenas unidas y en algunos genes regulados

transcripcionalmente para una protena en particular. Ha sido sugerido que las mltiples

respuestas a la exposicin a plomo son ocasionadas por el plomo actuando sobre las

protenas de dedos de zinc encontradas en enzimas, canales y receptores [ATSDR, 2005a].

3.1.5 Cromo (Cr)

De acuerdo con la ATSDR [2000], el cromo es un elemento encontrado de manera natural

en animales, plantas, rocas, suelo, cenizas volcnicas y gases. El cromo tiene estados de

oxidacin en un rango comprendido desde cromo (II) hasta cromo (VI). El cromo elemental

[cromo(0)] no se encuentra de manera natural. Los compuestos de cromo son estables en

estado trivalente en minerales como el ferrocromito. La forma hexavalente (VI) es el

segundo estado ms estable. Sin embargo, el cromo (VI) raramente aparece de maneranatural, aunque usualmente es producido a partir de fuentes antropognicas. Los

compuestos de cromo trivalente, con excepcin de las sales de acetato, nitrato y cloruro de

cromo (III) hexahidratado, son generalmente insolubles en agua. Algunos compuestos

hexavalentes, tales como el trixido de cromo (o cido crmico), y las sales metlicas de

amonio y lcalis (p.e., sodio, potasio) de cido crmico son rpidamente solubles en agua.

Las sales metlicas alcalinas (p.e., calcio, estroncio) de cido crmico son menos solubles

en agua. Las sales de zinc y plomo de cido crmico son prcticamente insolubles en agua

fra. Los compuestos de cromo (VI) son reducidos a cromo (III) en presencia de materia

orgnica reductora. Sin embargo, en afluentes naturales donde hay una baja concentracin

de materiales reductores, los compuestos de cromo (VI) son ms estables [EPA, 1984]. En

humanos y animales, el cromo (III) es un nutriente esencial que desempea una funcin

importante en el metabolismo de la glucosa, cidos grasos y protenas incrementando la


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actividad de la insulina [Anderson, 1981]. La forma biolgicamente activa de cromo,

denominada factor de tolerancia a la glucosa (GTF), es un complejo de cromo, cido

nicotnico y posiblemente aminocidos (glicina, cistena y cido glutmico). Los humanos

y animales son capaces de convertir los compuestos inactivos de cromo (III) inorgnico a

formas fisiolgicamente activas.

Aunque el cromo (III) ha sido reportado como un nutriente esencial, la exposicin a niveles

elevados por inhalacin, ingestin o contacto drmico puede causar algunos efectos

perjudiciales a la salud. Es muy difcil distinguir entre los efectos causados por cromo (VI)

y aqullos causados por cromo (III), ya que cromo (VI) es rpidamente reducido a cromo

(III) despus de la penetracin de membranas biolgicas y en el ambiente gstrico. Sin

embargo, mientras que cromo (VI) puede ser fcilmente transportado dentro de las clulas,

cromo (III) es mucho menos capaz de cruzar membranas celulares. La reduccin de cromo(VI) a cromo (III) dentro de las clulas puede ser un mecanismo importante para la

toxicidad de compuestos de cromo, mientras que la reduccin de cromo (VI) a cromo (III)

fuera de las clulas es un mecanismo de proteccin mayor [Petrilli et al, 1986]. Dado que el

punto de ebullicin del cromo es extremadamente alto, es extrao encontrar cromo gaseoso.

Ms bien, el cromo en el ambiente se encuentra en forma de micropartculas suspendidas o

disuelto en microgotas. El trixido de cromo (VI) (cido crmico) y los aerosoles de sales

de cromo (VI) soluble pueden producir diferentes efectos en la salud a diferencia de loscompuestos insolubles en forma de partculas. Por ejemplo, la exposicin a trixido de

cromo (VI) resulta en un dao notorio a la mucosa nasal y en la perforacin del septo nasal,

mientras que la exposicin a compuestos insolubles de cromo (VI) resulta en daos al tracto

respiratorio inferior. [ATSDR, 2000].

No hay estudios que reporten la muerte en humanos despus de la inhalacin aguda de

cromo o alguno de sus compuestos. Los valores de inhalacin aguda de concentracin letal

al 50% (LC50) en ratas para diferentes compuestos de cromo (VI) (cromato de sodio,

dicromato de sodio, dicromato de potasio y dicromato de amonio) se encontraron en un

rango de 29 a 45 mg de cromo (VI)/m3para hembras y de 33 a 82 mg de cromo(VI)/m3

para machos. Los valores LC50para inhalacin aguda de trixido de cromo fueron de 87 y

137 mg de cromo (VI)/m3 para ratas hembras y machos, respectivamente [American

Chrome and Chemicals, 1989]. La genotoxicidad de cromo est dada por la reduccin


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intracelular de cromo (VI) a cromo (III), la cual puede ser la forma genotxica esencial de

cromo. Paradjicamente, el cromo (III) no induce dao a DNA, aunque se una a ste in

vitroe in vivo.

A diferencia de muchos carcingenos qumicos, la mayora de la informacin sobre la

carcinognesis inducida por cromo se ha obtenido a partir de estudios epidemiolgicos en

seres humanos sobre trabajadores expuestos ms que de estudios en animales. El cncer de

pulmn es considerado como un riesgo profesional para trabajadores expuestos a cromo

(VI) en el sector industrial y comercial. Los estudios indican que los trabajadores en las

industrias que usan cromo pueden estar expuestos a concentraciones de cromo dos veces

mayores que la poblacin en general. Existe una correlacin positiva entre la dosis de

cromo, expresada en funcin de la concentracin y tiempo de exposicin, y el riesgo

relativo de desarrollar cncer de pulmn, la cual ha sido calculada por ser mucho ms de 30veces mayor que la de los controles adecuados. Las formas principales de cncer inducido

por cromo son carcinomas de pulmn y en una menor proporcin, carcinomas nasales y

farngeos. Tambin hay algunas evidencias de incremento en el riesgo de desarrollar cncer

gastrointestinal [ATSDR, 2000].

La dosis de referencia diaria de cromo (III) por va oral es de 1.0 mg/kg. La dosis de

referencia diaria de cromo (VI) por va oral es de 5 x 10-3 mg/kg. Cromo (VI) est

clasificado como carcingeno clase A (carcingeno humano confirmado) slo por la

exposicin por inhalacin. Cromo (III) no est clasificado como carcingeno por ninguna

va de exposicin.

3.1.6 Cobre (Cu)

Es el tercer metal de transicin ms abundante en el cuerpo humano, despus del hierro y

del zinc, y se ha identificado un nmero relativamente grande de metaloprotenas que lo

contienen. Tambin est asociado a sistemas y procesos que involucran la utilizacin deloxgeno por parte de sistemas biolgicos, apareciendo en el transportador de oxgeno

hemocianina, en diversas oxidasas y oxigenasas y en la superxido dismutasa, adems de

estar presente en sistemas transportadores de electrones [ATSDR, 2004; Baran, 1995].


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El cobre se encuentra presente en el organismo en cantidades que van de los 100 a 150 mg,

ubicndose el 90% de esta cantidad en hgado, cerebro, pulmn, rin y ovario. Participa en

la formacin de la hemoglobina y es fundamental para el desarrollo y mantenimiento de

huesos, tendones, tejido conectivo y el sistema vascular [Donkin et al, 2000]. La absorcin

del cobre ocurre en el estmago y en el intestino delgado. Esta absorcin aparece facilitada

por la presencia de ciertos aminocidos y protenas como las metalotionenas especficas

para cobre. El hgado es el centro del metabolismo del cobre y all se genera la

ceruloplasmina, que es la cuproprotena ms abundante en el plasma y es la principal

responsable del transporte de Cu en el organismo, adems de algunos pptidos de bajo peso

molecular. La alta labilidad del in Cu(I) sugiere una etapa de reduccin durante el proceso

de liberacin de cobre. Esto significa que el Cu(II) ligado a la ceruloplasmina sera

reducido a Cu(I) e inmediatamente captado por un aceptor intracelular del in cuproso.Posteriormente el cobre es incorporado en su forma reducida a alguna apoenzima, siendo

fijado en la holoenzima en su estado cprico, como consecuencia de su inmediata oxidacin

por oxgeno [Baran, 1995].

La carencia de cobre en el organismo es poco frecuente en personas que llevan una dieta

balanceada. Se puede manifestar la ausencia de cobre en el organismo con anemias que

van de moderadas a severas, edemas, desmineralizacin sea, retardo en el crecimiento,

anorexia y vulnerabilidad a infecciones. La habilidad del cobre para mantenerse en ciclo

reversible entre un estado oxidado, Cu(II) y un estado reducido, Cu(I), es usada por

cuproenzimas involucradas en reacciones redox. Sin embargo, es por esta propiedad del

cobre que tambin es potencialmente txico ya que las transiciones entre Cu(II) y Cu(I)

pueden resultar en la generacin de radicales superxido e hidroxilo [Camakaris et al,

1999]. Turnlund [1989] demostr que la absorcin de cobre en el tracto gastrointestinal es

inversamente proporcional a su ingesta en la dieta; cuando el cobre de la dieta se

incrementa, la eficiencia en su absorcin disminuye. A concentraciones en la dieta de

0.785, 1.68, y 7.53 mg/da (la ingesta permitida de cobre en la dieta es de 0.900 mg/da), el

56, 36, y 12%, respectivamente, del cobre radiomarcado fue absorbido.

No ha sido comprendido completamente cmo es regulada la absorcin del cobre. Los

estudios in vitroproveen la evidencia de que la toma de cobre por las clulas intestinales

parece ser saturable [Arredondo, Uauy y Gonzlez, 2000]. Hay evidencia de que el cobre se


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difunde a travs de la membrana de las clulas intestinales; sin embargo, es poco probable

que este sea el nico mecanismo de absorcin. Es posible que transportadores de cobre

recin identificados (hCtr1 y hCtr2) jueguen un papel en la regulacin en la toma de cobre.

La protena Menkes (MNK), una protena transmembranal a base de cobre tipo ATPasa,

puede estar involucrada en el transporte de cobre a travs de la membrana basolateral de las

clulas intestinales [Pena, Lee y Thiele, 1999]. Cuando el cobre es liberado de las clulas

intestinales, es transportado unido a albmina e histidina al hgado por medio del sistema

porta. El hgado juega un papel crtico tanto en la homeostasis de cobre como de sitio de

almacenamiento para este metal, adems de tomar parte en la ruta fisiolgica para la

excrecin a travs del sistema biliar [Tao et al, 2003].

En ratas saturadas de cobre, los lisosomas se vuelven alargados y ms frgiles con

disminucin de la fluidez de la membrana [Myers et al, 1993]. Es especulado que lasaturacin de los lisosomas resulta en una acumulacin de cobre en el ncleo con un

posterior dao nuclear [Fuentealba, Haywood y Foster, 1989]. Ha sido sugerido que el

exceso de cobre resulta en un dao oxidativo, incluyendo la peroxidacin de lpidos. Sokol

et al[1990] sugirieron que el dao oxidativo a la mitocondrias de los hepatocitos puede ser

uno de los factores que inician el dao hepatocelular. Numerosos estudios han demostrado

que las ratas pueden desarrollar tolerancia a altos niveles de cobre. Despus de 3-5 semanas

de saturacin con cobre ocurre dao tisular y posteriormente los niveles de cobre

comienzan a declinar y los tejidos comienzan a regenerarse. Se ha pensado que el

mecanismo involucrado en el desarrollo de la tolerancia es el incremento en la sntesis de

metalotionenas [Evering et al, 1991].

Los estudios en monos, perros y hurones proveen fuertes evidencias de que el vmito

inducido por cobre result de la estimulacin del nervio vago. La vagotoma abdominal

result en una disminucin dramtica en la aparicin de vmito en perros y hurones

expuestos por va oral a sulfato de cobre y en monos que reciban va oral o por inyeccin

intravenosa sulfato de cobre [Fukui et al, 1994]. En monos, la administracin de

compuestos que bloquean a los receptores 5-HT3 tambin result en una disminucin de

vmito despus de la administracin oral o intravenosa de sulfato de cobre (Fukui et al,

1993). En contraste, los represores de 5-HT3 inhibieron la aparicin de vmito en perros o

hurones [Bhandari y Andrews, 1991] que recibieron una dosis oral de sulfato de cobre, pero


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los compuestos que bloquean a los receptores 5-HT4 inhibieron el vmito inducido por

cobre. Fukui et al. [1994] sugirieron que el sulfato de cobre caus irritacin gastrointestinal

que result en la liberacin de 5-HT y provoc vmito por activacin de las vsceras

abdominales aferentes a travs de los receptores 5-HT4.

3.2 Complejos de coordinacin: Qumica Bioinorgnica

La Qumica Bioinorgnica es una rama interdisciplinaria de la Qumica que se ocupa tanto

del estudio de los compuestos inorgnicos presentes en tejidos y fluidos biolgicos como

de sistemas inorgnicos (modelos) mediante los cuales se puede simular o reproducir en

forma parcial o total el comportamiento qumico de los sistemas naturales. Y, en ltima

instancia, se trata de correlacionar la actividad biolgica de un sistema inorgnico con las

caractersticas estructurales, electrnicas y qumicas del mismo. Si bien a travs de estudios

in vitro por lo general no se pueden reproducir exactamente el funcionamiento y las

caractersticas de los complicados sistemas naturales, el anlisis de modelos ha aportado, en

muchos casos, informacin clave para dilucidar los mecanismos a travs de los cuales

ocurren muchos procesos biolgicos fundamentales o acerca de la estructura de diversos

sistemas metlicos presentes en los seres vivos [Baran, 1995].

Una parte importante de los modelos de estudio en la Qumica Bioinorgnica, loconstituyen los denominados complejos de coordinacin. Un complejo de coordinacin

consta de una o ms molculas, denominadas ligantes (L), que rodean a un in o tomo

central metlico Mn+, a travs de la formacin de un enlace covalente coordinado, as como

de un contrain (anin o catin) que mantiene la neutralidad del compuesto, cuando esto es

necesario. El nmero de ligantes alrededor del metal determina el nmero de coordinacin

(siendo los valores ms comunes 4 y 6). La geometra del complejo depende de dicho

nmero de coordinacin y del estado de oxidacin del metal. Estos parmetros definen, por

tanto, la esfera de coordinacin. A los ligantes que interactan directamente con el in

metlico se les ubica en la esfera de coordinacin interna, mientras que a los contraiones se

les sita dentro de la esfera de coordinacin externa. Una tercera esfera, constituye aquella

donde interactan las molculas del solvente, conocida como esfera de solvatacin. Casi la

totalidad de los elementos metlicos tienen la capacidad de formar compuestos de


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coordinacin, en una gran variedad de estados de oxidacin y nmeros de coordinacin

[Cotton y Wilkinson, 2005].

En la prctica mdica, los complejos de coordinacin utilizados como frmacos han

recibido atencin limitada en comparacin con los compuestos orgnicos, debido a que

pueden llegar a ser txicos a elevadas concentraciones. Por ejemplo, la observacin

accidental de la inhibicin en el crecimiento de tumores en presencia de ciertos complejos

de Pt(II) tales como el cis-diclorodiaminoplatino o cisplatino, cis-[Pt(NH3)2Cl2], permiti

desarrollar una serie de pruebas clnicas que condujeron a su eventual autorizacin para uso

mdico. Se cree que la accin anticancergena del cisplatino resulta de la unin del Pt(II) al

DNA al coordinarse con diferentes sitios posibles: los tomos de oxgeno de los grupos

polifosfato, cargados negativamente, y/o los tomos de N y O de las bases nitrogenadas.

Los estudios realizados in vitrocon el cisplatino sugieren que el platino puede interactuarcon el N1 y N7 de la adenina, el N3 de la citosina y el N7 de la guanina. Este ltimo parece

generar una unin especialmente fuerte e, incluso, esta base podra actuar como ligante

bidentado del Pt(II) a travs de N7 y O6 (Figura 2).Por otra parte, los complejos de hierro

han sido y son utilizados en el tratamiento de anemia hipocrmica provocada por la

deficiencia de hierro [Baran, 1995].

Figura 2. Representacin esquemtica de la interaccin del cisplatino con el DNA: unin monofuncional (A); unin entre

cadenas (B); unin DNA/protena (C); unin a N7 y O6 de una guanina (D); unin a N7 de dos guaninas separadas por

una tercera base (E); unin a dos bases diferentes (F) [Baran, 1995].


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3.2.1 Actividad peroxidasa de complejos de coordinacin

Con el objeto de establecer las definiciones precisas de velocidad de reaccin y la accin de

los catalizadores, es necesario considerar, como ejemplo clsico, la conversin del

compuesto A en el compuesto B

AB

Se puede definir la velocidad de reaccin (V), en un momento dado, como la velocidad de

formacin del producto, en este caso B, o de la velocidad de consumo del sustrato A:

o (1)

Las unidades de V son moles por litro por segundo (mol/L)s -1, si [B] o [A] indican la

concentracin molar de B o A. La transformacin de cada molcula de A en B es un

fenmeno independiente. As pues, a medida que se consumen las molculas de A, se

reduce el nmero de molculas que quedan para transformarse y la velocidad disminuye a

medida que la reaccin se va produciendo. Matemticamente, expresamos este hechoafirmando que la velocidad de reaccin es proporcional a [A]:

(2)

La constante k1se denomina constante de velocidad y para esta reaccin tiene unidades de

(segundos-1). La constante de velocidad proporciona una medida directa de la rapidez con laque se produce la reaccin. Una k1 elevada indica que la reaccin es rpida y una k1

pequea indica una reaccin lenta. Esta reaccin se denomina reaccin de primer orden, ya

que su velocidad depende de la primera potencia de la concentracin del reactante. Si se

desea demostrar que una reaccin es de primer orden o se desea determinar la constante de


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velocidad, resulta ms cmodo disponer de una ecuacin que describa la forma en la que se

modifica la concentracin de A con el tiempo durante la reaccin. Esta descripcin puede

obtenerse mediante la integracin de la ecuacin 2:

(3)

(3a)

Una reaccin de segundo orden se da siempre que dos molculas entran en contacto para

formar productos. Un ejemplo sencillo es:

2A A2k2

La velocidad de esta reaccin es proporcional a la segunda potencia de la concentracin del

reactante, ya que la reaccin slo puede producirse cuando colisionan dos molculas. Enesta ecuacin, k2 es la constante de velocidad de segundo orden. Tiene dimensiones de

(mol/L)-1s-1.

(4)

Un catalizador reduce la barrera de energa para una reaccin, con lo que aumenta la

fraccin de molculas que tiene la energa suficiente para alcanzar el estado de transicin y

de esta forma se logra que la reaccin vaya ms rpida en ambas direcciones. La presencia

de un catalizador no tiene efecto alguno sobre la posicin de equilibrio, puesto que la

diferencia en las magnitudes de la barrera en las dos direcciones es exactamente la misma

en presencia o no del catalizador [Mathews, Van Holde y Ahern, 2002]. Los catalizadores


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no son alterados durante el proceso de la reaccin ya que se encuentran presentes al final de

la reaccin en idntica cantidad y en las mismas condiciones fsicas y qumicas en las que

se encontraban al comienzo de la misma.

Figura 3. Efecto de un catalizador sobre la energa de activacin. El catalizador reduce la energa libre estndar de

activacin, G, con lo que hay ms molculas de reactante que poseen la energa necesaria para alcanzar el estado de

transicin disminuido [Mathews, Van Holde y Ahern, 2002].

Las enzimas son protenas que catalizan una gran cantidad de reacciones biolgicas. Como

cualquier catalizador, las enzimas aumentan la velocidad de la reaccin que facilitan, pero

no afectan la constante de equilibrio de sta. Su accin se produce por una disminucin enla energa de activacin de las sustancias reaccionantes. Las enzimas no son alteradas por la

reaccin, pero por ser protenas, resultan termolbiles y sensibles a los cambios y

variaciones del medio ambiente fsico en que se hallen.


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Figura 4. Importancia de los estados intermediarios. Es frecuente que una enzima se una al sustrato en una conformacin

intermediaria que asemeja al estado de transicin pero con menor energa. Las energas de activacin de la formacin del

estado intermediario y de la conversin del intermediario en el producto (G1y G2

, respectivamente) son menores

que la energa de activacin de la reaccin no catalizada [Mathews, Van Holde y Ahern, 2002].

El equilibrio intermedio de una reaccin qumica viene determinado por la Ley de Masas y

el catalizador no hace sino disminuir el tiempo para encontrar el equilibrio, pero no lo altera

ni lo modifica. Pero el equilibrio puede quedar estancado cuando la enzima o la cantidad de

la enzima es igual a los elementos reaccionantes, como puede ocurrir a nivel celular.

Usualmente se conoce que una enzima, acelera una reaccin desde ambos trminos de la

ecuacin, pero en trminos experimentales, diferentes enzimas pueden catalizar procesos

recprocos, ya sea hidrolizando un compuesto y/o sintetizando otro. Adems, una de las

caractersticas ms notables de las enzimas es su especificidad, interactuando nicamente

con su sustrato. Si alguna enzima no tiene un sustrato de estructura definida, salvo algn

tipo particular de enlace, presenta baja especificidad.

Una enzima que contiene un catin metlico como grupo prosttico y cuya participacin es

esencial para el proceso cataltico, recibe el nombre de metaloenzima. Estas se clasifican en

dos grupos: 1) aquellas en las que el metal est fuertemente unido a la protena, y 2)

aquellas que contienen al metal en forma fcilmente disociable y son llamadas enzimasactivadas por metales. Estas enzimas, para llevar a cabo su actividad cataltica, dependen de

la participacin de estructuras no proteicas o cofactores, que pueden actuar directamente en

el proceso cataltico y en otras acta como transportador transitorio de algn grupo

funcional especfico. El cofactor puede ser un in metlico como Mg(II), Zn(II) o Cu(II),

que cuando est fuerte y permanentemente unido a la protena es realmente un grupo


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prosttico, una molcula orgnica compleja como el difosfato de tiamina (derivado de la

vitamina B1) o un compuesto organometlico (derivados de la vitamina B12). A este tipo de

molculas suele llamrseles coenzimas [Baran, 1995].

De todos los radicales existentes, resultan de especial inters las especies reactivas de

oxgeno (ROS), ya que durante el metabolismo aerobio se generan pequeas cantidades de

dichas especies, tales como los radicales hidroxilo ( .OH), aniones superxido (O2.-) y

perxido de hidrgeno (H2O2), como respuesta a estmulos externos e internos. Estas

mnimas concentraciones de ROS pueden ser indispensables en muchos procesos, sin

embargo, altas dosis o una eliminacin inadecuada de ROS dan lugar al denominado estrs

oxidativo, que puede causar graves disfunciones metablicas y dao a macromolculas

biolgicas [Snchez-Gaytn, 2005]. Las especies reactivas de oxgeno (ROS) tales como el

anin superxido o los radicales hidroxilo son conocidos por daar componentes biolgicosesenciales y por provocar dao a las membranas celulares. Estas especies reactivas estn

involucradas en la iniciacin, propagacin y mantenimiento de los procesos inflamatorios

agudos y crnicos. Los sistemas de defensa celular requieren mecanismos que inhiban a las

ROS para proteger las membranas celulares y otros componentes celulares del dao

oxidativo y por esto los seres vivos han desarrollado un gran nmero de mecanismos de

defensa para sobrellevar este estrs oxidativo. Las enzimas antioxidantes son esenciales

para las clulas aerbicas, puesto que mantienen dentro de niveles aceptables las

concentraciones de especies qumicas conocidas como radicales libres, que se caracterizan

por presentar un electrn desapareado y por ser muy reactivas.

La funcin de las peroxidasas (PX) consiste esencialmente en la oxidacin de sustratos

orgnicos haciendo uso de H2O2como agente reductor [English, 1995]. La reaccin global

que representa a la funcin realizada por las peroxidasas es escrita de la siguiente manera:

H2O2+ 2 AH22H2O + 2 AH

Donde AH2 representa a una molcula de sustrato donador de hidrgeno generalizado. La

reaccin anterior puede ser desglosada en tres etapas de reaccin, cada una representada por

las siguientes ecuaciones qumicas:


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PX + H2O2Compuesto I + H2O

Compuesto I + AH2Compuesto II + AH

Compuesto II + AH2PX + AH + H2O

Las peroxidasas realizan una gran variedad de funciones biosintticas y degradativas

mediante el uso de compuestos tipo perxido, en especial H2O2, como oxidante [Carranza-

Tllez, 2005]. Acorde a la secuencia homloga de aminocidos y a las caractersticas

estructurales conocidas, las peroxidasas han sido agrupadas generalmente en tres

superfamilias: la superfamilia de peroxidasas de plantas, la cual incluye tanto a las

peroxidasas de hongos como tambin a algunas peroxidasas presentes en bacterias, la

superfamilia de peroxidasas en animales y, por ltimo, a una superfamilia de peroxidasas

que no se ajusta a ninguna de las mencionadas anteriormente.

La superfamilia de peroxidasas de plantas es la familia ms estudiada y adems est

dividida en tres clases: las peroxidasas con linaje procaritico, las peroxidasas de hongos y

las peroxidasas secretorias clsicas de plantas. Cada una de estas clases es conocida como

clase I, clase II y clase III, y ejemplos de cada una de estas son la citocromo c peroxidasa,

la manganeso peroxidasa y la peroxidasa de rbano, respectivamente [Bertini, et al, 2001].La peroxidasa de rbano (horse radish peroxidase), en especial la isoenzima C (HRPC)

representa el ejemplo clsico de la extensa variedad de peroxidasas secretorias en plantas

[Howes et al, 1999]. La funcin biolgica de las peroxidasas en particular es la oxidacin

monoelectrnica de sustratos como es el citocromo c, fenoles, aminas, lignina, etc. La

especie activa responsable de estas reacciones ha sido propuesta como el compuesto I

(O=Fe(IV) protena). Las reacciones catalizadas por peroxidasas pueden ser agrupadas

dentro de cuatro categoras.

1) Deshidrogenacin Oxidativa

2 AH + H2O22 A + 2 H2O

2) Halogenacin Oxidativa

AH + H2O2+ H++ X-AX + 2 H2O


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3) Dismutacin de H2O2

2 H2O22 H2O + O2

4) Reaccin de transferencia de Oxgeno

AH + H2O2AOH + H2O

[Colonna et al, 1999].

La importancia de las peroxidasas en la naturaleza est acentuada por su amplia

distribucin entre los organismos vivos y su multiplicidad en procesos fisiolgicos. Sin

embargo, no todas las peroxidasas conocidas contienen hemo (algunas utilizan vanadio o

selenio, como la glutatin peroxidasa). Sin embargo, la gran mayora poseen este grupo.

De esta forma, nuestro conocimiento acerca de la relacin existente entre estructura yfuncin, adems de los mecanismos catalticos de peroxidasas est basado en el trabajo

realizado con la enzima peroxidasa de rbano (HRP). HRP es la peroxidasa con la

especificidad ms amplia para llevar a cabo un proceso de deshidrogenacin oxidativa,

siendo capaz de producir una gran variedad de compuestos tiles. sta es una hemoenzima

de aproximadamente 40 000 Da y se encuentra en la raz de la planta de rbano blanco.

Aproximadamente el 18% de su peso es debido a la mitad de carbohidratos enlazados

covalentemente (figura 4). La funcin biolgica especfica, el potencial de reduccin del

hierro y la naturaleza de los sustratos que pueden ser oxidados, estn fuertemente

determinados por las caractersticas estructurales de la protena alrededor del grupo

prosttico [Snchez-Gaytn, 2004]. La peroxidasa de rbano desempea una funcin

catablica in vivoutilizando como sustrato la fitohormona cido actico 3-indol, de ah que

esta hemoprotena sea considerada como una enzima importante en el crecimiento celular.

La peroxidasa de rbano utiliza in vitrouna gran variedad de fenoles aromticos y aminas

como donadores monoelectrnicos con la finalidad de reducir los dos compuestos

intermediarios implicados en la funcin cataltica que realiza.


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Figura 5. Estructura tridimensional de la peroxidasa de rbano. Los residuos del sitio activo son indicados en color verde

[Armstrong, Tidor y Cheng, 2006].

De manera particular, son consideradas dos caractersticas principales como responsables

de la especificidad de la funcin biolgica: el fuerte carcter aninico del ligante proximal

al hierro, el cual tiene la capacidad de estabilizar estados de oxidacin altos y la naturaleza

hidroflica de los residuos en el hueco distal. Aunado al correcto potencial de reduccinpara que se lleve a cabo la reaccin de oxidacin, la especificidad hacia diferentes sustratos

tambin depende del arreglo estructural de la protena, lo cual determina sitios especficos

de enlace para sustratos y mediadores.

A pesar de que existe poca homologa entre las peroxidasas, la coordinacin del hierro y de

la mayora de los residuos en el sitio activo es completamente conservada en las

peroxidasas secuenciadas hasta ahora. El hierro es invariablemente pentacoordinado, las

cuatro posiciones ecuatoriales corresponden a los N del anillo porfirnico y la quinta

posicin corresponde a una histidina axial (Figura 6).


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(a) (b)

Figura 6. (a) Sitio activo de la Citocromo C oxidasa. (b) Sitio activo de la HRP [Carranza-Tllez, 2004; Armstrong, Tidor y Cheng,

2006].

Este residuo se caracteriza por tener un carcter aninico debido a la presencia de un enlace

de hidrgeno entre el N del anillo de una histidina (His) y de un residuo de cido asprtico

(Asp). Esta propiedad del ligante axial contribuye a disminuir el potencial de reduccin

negativo del hierro, lo cual estabiliza altos estados de oxidacin, un requisito necesario para

la estabilizacin de las especies activas conocidas como compuesto I y compuesto II. El

estado pentacoordinado del hierro en las peroxidasas esta determinado por la presencia de

un ligante histidinato axial fuerte, el cual empuja al hierro fuera del plano del hemo, lo cual

evita que una molcula de agua se enlace en la otra posicin axial, aunado a las propiedades

de la cavidad distal ya que los residuos hidroflicos estabilizan un considerable cmulo de

molculas de agua, a travs de una red de puentes de hidrgeno, la cual, junto con el enlace

Fe-N2, evita que una molcula de agua se coordine al hierro.

Tambin la peroxidasa de rbano se caracteriza por la presencia de dos iones calcio, los

cuales esencialmente desempean un papel estructural. Un sitio de enlace se localiza en el

dominio de la parte proximal y est formado por ocho tomos de oxgeno proporcionados

por la estructura de la cadena lateral de residuos. El in calcio se encuentra fuertementeunido debido a que su sitio de enlace no es accesible para el volumen del solvente. El sitio

de enlace de calcio distal, posee siete tomos de oxgeno suministrados por la estructura de

la cadena lateral de aminocidos y por dos molculas de agua. Ambos iones calcio son

relevantes para mantener la estructura del sitio activo. En realidad, ambos iones calcio se

coordinan a los residuos correspondientes de las hlices que forman los sitios proximal y


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distal. Adems, un ligante de cada in calcio corresponde al residuo inmediato que se sigue

a la histidina distal y proximal, respectivamente [Carranza-Tllez, 2004].

3.2.1.1 Estudios previos de complejos de coordinacin con actividad peroxidasa

Existen muy pocos estudios empleando diferentes compuestos de coordinacin para la

determinacin de la actividad peroxidasa de los mismos. La mayora de ellos han probado

compuestos de coordinacin con selenio, sin embargo, algunos otros han sido empleando

metales de transicin para reproducir la actividad cataltica de la peroxidasa de rbano. Un

ejemplo es el propuesto por Xiang-Guang et al, [2004], en el que se evaluaron las

reacciones de hidroquinona con perxido de hidrgeno que fueron catalizadas por los iones

de metales de transicin Cu(II), Fe(II), Fe(III), Co(II) y Mn(II) en solucin acuosa a 25C.Adems, se sintetizaron dos complejos de cobre (bis(dimetilglioxima)cobre(II) y ioduro de

5,7,7,12,14,14-hexametil-1,4,8,11-tetraazaciclotetradeca-4,11-dienatocobre(II)). Sus

actividades catalticas sobre esta oxidacin fueron determinadas cinticamente en solucin

acuosa y en una solucin micelar de bromuro de cetiltrimetilamonio a 25C. Se

establecieron las ecuaciones cinticas para la catlisis micelar y metalomicelar,

respectivamente. Las micelas en CTAB incrementaron la velocidad de reaccin debido a

sus efectos electrostticos y de concentracin sobre los sustratos y/o intermediarios. Las

metalomicelas exhibieron una actividad cataltica remarcable sobre esta reaccin de

oxidacin, la cual es atribuida a los efectos del sitio activo y su microambiente. La

presencia de co-ligantes de imidazol (o piridina) incrementa remarcablemente la actividad

cataltica del complejo metlico en el sistema micelar en contraste con la disminucin de la

actividad del complejo en solucin acuosa. Las metalomicelas podran ser tratadas como

modelos mimticos de peroxidasa.

En otro estudio realizado por Carranza-Tllez [2005], se sintetiz el ligante tipo clip

piridinadicarbonil-bishistidina [PDC(His)2], que fue complejado con Fe(III)-protoporfirina

IX para evaluar su actividad peroxidasa en presencia de guayacol y perxido de hidrgeno.

Dicho complejo fue sintetizado en fase slida y en fase lquida, y fue caracterizado por

espectroscopa infrarroja, UV-VIS y de RMN de 1H y 13C. Se observ en los espectros de

UV-VIS para el complejo PDC(His)2-Hemina, cambios que sugieren la presencia de una


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mezcla de complejos con los estados de alto y bajo espn de Fe (III). El complejo

PDC(His)2-Hemina presenta actividad cataltica del tipo peroxidasa, mostrando una kcat con

un valor de 8.064 x 104, siendo este menor en tres ordenes de magnitud que la kcat reportada

para la peroxidasa de Horseradish, pero mayor que la kcat reportada para la mioglobina.

Adems, se obtuvo un cristal de cido dipicolnico correspondiente a un nuevo

ordenamiento supramolecular del mismo complejo. De esta forma, con este compuesto se

logr reproducir el comportamiento espectroscpico de una peroxidasa obteniendo as un

modelo funcional de dicha enzima.

3.2.2 Toxicidad de complejos de coordinacin en modelos biolgicos

3.2.2.1 Microorganismos

Como ya se mencion, muchos complejos de coordinacin son empleados como agentes

antimicrobianos en la prctica mdica o en la conservacin de materiales aprovechando las

caractersticas txicas del metal y/o del ligante. En un estudio realizado por Kasuga et al,

[2003] se sintetizaron y caracterizaron por anlisis elemental, termogravimtrico y trmico

diferencial y por espectroscopa de IR y UV-VIS, doce complejos de Zn(II) con los ligantes

tiosemicarbazona y carbazona, y adems se obtuvieron siete estructuras moleculares de

complejos de Zn(II) que fueron determinadas por difraccin de rayos X (Figura 6). Las

actividades antimicrobianas de los compuestos sintetizados fueron determinadas mediante

la tcnica de concentracin mnima inhibitoria (CMI) contra cuatro especies de bacterias

(Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Escherichia coli y Pseudomonas aeruginosa),

dos de levaduras (Candida albicans y Saccaromyces cerevisiae) y dos de hongos

(Aspergillus niger y Penicillium citrinum). Los complejos coordinados en 5- y 6- con zinc

y un ligante tiosemicarbazona tridentado (Hatsc), [Zn(Hatsc)(OAc)]n,

[Zn(Hatsc)2](NO3)20.3H2O, [ZnCl2(Hatsc)] y [Zn(SO4)(Hatsc)(H2O)]H2O [Hatsc = 2-

acetilpiridina(tiosemicarbazona)]), mostraron actividad antimicrobiana contra los

organismos probados y dicha actividad fue diferente de la observada con los ligantes libres

o los compuestos iniciadores de Zn(II). Especialmente, el compuesto

[Zn(Hatsc)2](NO3)20.3H2O mostr actividad antimicrobiana muy eficaz contra P.


30/46

aeruginosa yC. albicans y actividad antimicrobiana moderada contra S. cerevisiaey los

dos hongos. Estos resultados contrastaron con los resultados obtenidos para los complejos

coordinados en 5- y 6- con zinc y con una molcula de 2-acetilpiridina-4N-

morfolinatiosemicarbazona, ([Zn(mtsc)2]0.2EtOH, [Zn(mtsc)--(OAc-O,O)]n y

[Zn(NO3)2(Hmtsc)] [Hmtsc = 2-acetilpiridina(4N-morfolil tiosemicarbazona)]) ya que estos

ltimos no mostraron actividad antimicrobiana contra bacterias, levaduras y hongos. El

complejo [Zn(SO4)(Hatsc)(H2O)]H2O, que fue isoestructural al complejo [ZnCl2(Hatsc)],

mostr una ligera actividad antimicrobiana contra la bacteria Gram positivaB. subtilis. Los

complejos 1:1 de zinc(II) con ligantes tiosemicarbazona pentadentados, ([Zn(dmtsc)]n y

[Zn(datsc)]n[H2dmtsc = 2, 6-diacetilpiridina bis(4N-morfolil tiosemicarbazona) y H2datsc =

-diacetilpiridina bis(semicarbazona)]), mostraron actividad antimicrobiana moderada contra

bacterias. Con base en las estructuras de rayos X, se elucid la correlacin estructura-

actividad para la actividad antimicrobiana, ya que las diferencias observadas entre los

complejos de Zn(II) indicaron que un factor importante para las actividades

antimicrobianas de los complejos de Zn(II) es su capacidad para formar puentes de

hidrgeno intermoleculares por el menor volumen de los ligantes, en lugar del nmero de

coordinacin de los tomos donadores, la carga del complejo (neutro vs. catinico), la

solubilidad o la hidrofobicidad. Estas caractersticas sugirieron que los factores

estructurales que regulan la actividad antimicrobiana son significativamente dependientesde los iones metlicos centrales.

Figura 7. Estructura tridimensional de dos complejos representativos de Zn-tiosemicarbazona y Zn-semicarbazona

[Kasuga et al, 2003].


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Nomiya et al [2004] sintetizaron y caracterizaron algunos complejos de Ag(I), Al(II) y

Co(II) con 4-isopropiltropolona (hinokitiol), para determinar su actividad antimicrobiana.

Los iones metlicos estuvieron coordinados por medio de dos tomos donadores de

oxgeno no equivalentes del ligante hinokitiol (hino; C10H12O2; 4-isopropiltropolona).

Dicho ligante mostr actividad antimicrobiana en estudios previos. Adems, el complejo

dimrico de Ag(I) enlazado con oxgeno ([Ag(hino)]2, el complejo monomrico de Al(III)

[Al(hino)3]0.5H2O y el complejo de Co(II) [Co(hino)2]2H2O fueron sintetizados y

caracterizados por anlisis elemental, termogravimtrico y trmico diferencial (TG/DTA),

espectroscopa de infrarrojo de transformadas de Fourier (FTIR) y espectroscopa de RMN

en solucin (1H y 13C). La estructura cristalina del complejo [Ag(hino)]2 fue determinada

por el anlisis de Rietveld basado en los datos de difraccin de rayos X en polvo (XPD),

debido a que dicho complejo fue fotosensible y, en consecuencia, inestable, y lasestructuras de los complejos [Al(hino)3]0.5H2O y [Co(hino)2]2H2O fueron determinadas

por un anlisis sencillo de difraccin de rayos X. Se compar la actividad antimicrobiana

de los complejos de Ag, Al y Co con hino, en E. coli, P. aeruginosa, B. subtilis, S. aureus,

entre otros microorganismos, con la de otros complejos metlicos con especies aninicas de

hino- como ligante (M = Na, Li, Cs, Ca, V, Zn), y fue determinada con la tcnica

concentracin mnima inhibitoria (CMI; g mL -1). La actividad antimicrobiana del

complejo de Ag-hino se increment de manera significativa, mientras que en el caso de losdems complejos metlicos sta se vio suprimida, comparada con la observada para las

molculas de Hhino neutro y las aninicas de hino-. La actividad antimicrobiana observada

en este mismo complejo fue comparable con la determinada para complejos de Ag(I)

enlazada con oxgeno, ya que los ligantes por s solos no mostraron tal actividad. De esta

forma fue propuesto que la actividad antimicrobiana de los complejos de Ag(I) enlazados

con oxgeno se debe a una interaccin directa o complejacin del in de Ag(I) con ligantes

biolgicos como protenas, enzimas y membrana, y los ligantes coordinados en el complejo

de Ag(I) juegan el papel de transportadores del in Ag(I) en el sistema biolgico.

En otro estudio realizado por Carcelli et al [1995] se investigaron las propiedades

antibacterianas y antifngicas de cinco 2,6-diacetilpiridina bis(acilhidrazonas) [acil:

benzoil, H2dapb; 2-aminobenzoil, H2dapab; saliciloil, H2daps; picolinoil, H2dappc; 2-tenoil,

H2dapt) y de una serie de sus complejos de coordinacin con cinco metales de transicin


32/46

(Fe, Co, Ni, Cu y Zn) por la tcnica CMI. Tambin fue determinada la estructura cristalina

del complejo [Cu(dapt)]2, que estaba constituido por unidades dimricas en las cuales dos

tomos de cobre presentan coordinacin hexagonal. La determinacin de la actividad

antimicrobiana in vitro mostr que algunos de los complejos (Fe, Ni y Zn) exhibieron

buena actividad contra bacterias Gram positivas. En varios casos, los complejos mostraron

una actividad similar a la de los ligantes libres o reducida. Slo se observ en los complejos

de hierro que fueron ms activos que los agentes quelantes involucrados. Adems, ninguno

de los complejos mostr actividad fngica significativa. La genotoxicidad de los

compuestos sintetizados fue determinada in vitrocon el ensayo-rec (ensayo que evala las

propiedades potenciales de los compuestos para daar el DNA) en Bacillus subtilis y el

ensayo de reversin en microsomas de Salmonella, probando los compuestos a

concentraciones subletales en microsomas de hgado de rata. No se detect dao a DNA enel ensayo-rec con B. subtilis. Finalmente, se observ que en la mayora de los casos, las

propiedades genotxicas de los ligantes desaparecen cuando se encuentran complejados con

metales.

En otro estudio realizado por Mohamed [2006] se report la sntesis y la caracterizacin por

anlisis elemental, IR, reflexin de slidos, momento magntico, conductividad molar y

anlisis trmico (TGA), de algunos complejos metlicos derivados de 2,6-

piridinacarboxaldehidobis(p-hidroxifenilimina) [ligante 1 (L1)], y de 2,6-

piridinadicarboxaldehidobis(o-hidroxifenilimina) [Ligante 2 (L2)] (Figura 8). Se encontr

que los complejos tenan la frmula [MX2(L1 o L2)]nH2O, donde M = Fe(II), Co(II),

Ni(II), Cu(II) y Zn(II), X = Cl en el caso de los complejos de Fe(II), Co(II), Ni(II) y Cu(II),

y Br en el caso de los complejos de Zn(II) y n= 0-2.5. Los datos de conductividad molar

revelaron que los quelatos eran no-electrolitos. Los espectros de IR mostraron que los

ligantes (o bases de Schiff) estaban coordinados a los iones metlicos de manera tridentada

con sitios donadores NNN de la piridina-N y dos de azometina-N. De los espectros de

reflexin de slidos y magnticos se encontr que la estructura geomtrica de estos

complejos fue de bipirmide trigonal (en el caso de los complejos de Co(II), Ni(II), Cu(II) y

Zn(II)) y octadrica (en el caso de los complejos de Fe(II)). El comportamiento trmico de

estos quelatos muestra que los complejos hidratados pierden molculas de agua de la

hidratacin en la primera etapa seguida inmediatamente por la salida del agua coordinada,


33/46

de aniones y ligantes (L1 y L2) en las etapas posteriores. Adems de lo anterior, se

determin la actividad antimicrobiana de los ligantes sintetizados y sus complejos de

coordinacin contra las bacterias E. coli, P. aeruginosa, S. aureus y contra un hongo

(Candida sp.). Los resultados obtenidos mostraron que los complejos metlicos fueron

agentes antimicrobianos ms poderosos que los ligantes orgnicos parentales contra una o

ms especies bacterianas. La actividad antimicrobiana notoria de los dos ligantes base de

Schiff puede surgir a partir de los grupos piridil-N e hidroxilo, as como la presencia de dos

grupos imino que son importantes al elucidar el mecanismo de las reacciones de

transformacin en sistemas biolgicos. Adems, al incrementar la concentracin de los

complejos en las pruebas se demostr que sta juega un papel vital al incrementar el grado

de inhibicin del crecimiento. Es sugerido que los complejos que presentan actividad

antimicrobiana pueden actuar sobre el microbio matndolo o inhibiendo su multiplicacinbloqueando sus sitios activos.

Figura 8. Estructura de los complejos L1y L2[Carcelli et al, 1995]

Finalmente, Zamudio-Rivera et al [2005] sintetizaron y caracterizaron cinco compuestos

organometlicos a base de Sn(IV), empleando como reactivos salicilaldehido, -amino

alcoholes y xido de di-n-butilestao(IV) u xido de difenilestao(IV). Todos loscompuestos fueron caracterizados por IR, espectroscopa de RMN 1H, 13C y 119Sn, y

anlisis elemental; adems, los complejos de estao fueron caracterizados por difraccin de

rayos X. Despus de la caracterizacin estructural, todos los compuestos fueron probados in

vivo contra B. subtilis, E. coli, P. aeruginosa, Desulfovibrio longus, y Desulfomicrobium

aspheronum, para determinar su actividad antimicrobiana. Esto se logr midiendo la


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toxicidad aguda de los complejos usando pruebas de toxicidad luminiscente en bacterias

(LBT-Microtox), rastreando as su impacto. Dos de los compuestos mostraron un amplio

espectro de actividad antibacteriana contra bacterias aerbicas y anaerbicas, sobre todo

para el caso de P. aeruginosa. La variacin en la efectividad de los compuestos

antimicrobianos dependi de su permeabilidad en la pared celular bacteriana. Un posible

mecanismo de accin, basado en la estructura qumica de los compuestos, involucra la

formacin de enlaces X-Sn ( X = Nbases pricas y pirimdicas, Ocarboxilato) en centros biolgicos

activos interfiriendo as con los procesos celulares normales.

3.2.2.2 Clulas de mamfero, sistemas subcelulares y modelos animales

La evaluacin de la actividad de algunos complejos de coordinacin en cultivos de clulasde mamfero y organelos, permiten la determinacin la actividad citotxica de los mismos,

y adems se ha logrado la obtencin de frmacos que pueden ser empleados como agentes

quimioteraputicos en el tratamiento de diferentes tipos de cncer. Sin embargo, estos

compuestos suelen ser txicos de manera moderada o severa para los sujetos tratados y su

actividad citotxica es observada en muchos casos.

En un estudio realizado por Afrasiabi et al [2005] se sintetizaron y caracterizaron

espectroscpicamente (difraccin de rayos X, espectroscopa de IR, UV-VIS y RMN) dos

complejos de Ni(II)-o-naftoquinona tiosemicarbazona y Ni(II)-naftoquinona semicarbazona

(Figura 9). Adems, se hizo la determinacin de la actividad biolgica de los ligantes y los

complejos por ensayo citotxico en la lnea celular de cncer de seno MCF-7, mediante el

uso de sulforrodamina B, que es un compuesto que se adhiere nicamente a la membrana

de las clulas vivas. La estructura determinada mediante el anlisis de difraccin de rayos

X de los complejos metlicos sintetizados describi una coordinacin octadrica

distorsionada con dos ligantes monodesprotonados tridentados. Los estudios de actividad

anticancergena in vivo revelaron que los derivados de semicarbazonas junto con sus

complejos de Ni(II) fueron ms activos en la inhibicin de la proliferacin celular que sus

anlogos tiosemicarbazonas, probablemente porque la complejacin de los ligantes con

Ni(II) ocasiona que estos compuestos sean ms lipoflicos, y adems de eso la complejacin


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del metal, al ser til como vehculo para el ligante, podra permitir su activacin como

agente citotxico.

Figura 9. Estructura tridimensional de los complejos Ni-NQSC y Ni-NQTS [Afrasiabi et al, 2005].

Otro estudio realizado por Ainscough et al [1999] report la sntesis y caracterizacin de

una serie de derivados de salicilaldehido benzoilhidrazonas, de sus complejos con Cu(II) y

de una serie de complejos con los ligantes no sustituidos y diferentes metales de transicin

(Ni(II), Zn(II), Co(II), Fe(II), y Cr(III)). Se aplic un anlisis de citotoxicidad (uso de

sulforrodamina B) a cada uno de los complejos sintetizados sobre la lnea celular de cncer

de colon HCT-8. Un anlisis sobre las relaciones cualitativas y cuantitativas entre

estructura y actividad (QSARs) revel que la toxicidad del ligante est estrechamente

correlacionada con sus factores electrnicos y de transporte, y puede ser modelada tratando

cada cara de la molcula como una unidad aislada. La actividad se incrementa cuando los

sustituyentes en el anillo benzoil son aceptores de electrones, mientras que para el anillo de

salicilaldehido es requerida una donacin de electrones. La citotoxicidad de los complejos

de Cu(II) fue mayor que la observada en los dems complejos con metales de transicin.

Flood-Garibay [2006] sintetiz, caracteriz (espectroscopa IR, UV, Anlisis Elemental,

Momento Magntico, EPR y Conductividad), y evalu la actividad biolgica in vitro

(ensayo de inhibicin de la proliferacin celular y tincin con Sulforrodamina B) en

distintas lneas tumorales humanas [HeLa (carcinoma de crvix), PC-3 (carcinoma de

prstata), HCT-15 (adenocarcinoma rectal), y SKLU (adenocarcinoma de pulmn)], de

compuestos pertenecientes a la familia de las Casiopenas (compuestos de coordinacin

del tipo [Cu(N-N)(O-O)]NO3, donde (N-N) = 4,7-dimetil-1,10-fenantrolina y (N-O) = -


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amino cidos), a los que se les atribuye actividad anticancergena. En el ensayo in vitrode

inhibicin del crecimiento celular se encontr que los compuestos ternarios de cobre

sintetizados fueron activos en todas las lneas celulares probadas; mostrando una mayor

actividad en la lnea celular HeLa de acuerdo al anlisis con sulforrodamina B. Igualmente

se concluy que los compuestos exhibieron una actividad mayor al cisplatino, que fue

usado como control negativo para comparar la efectividad en la inhibicin del crecimiento

celular. Por otro lado se encontr que la actividad biolgica de los compuestos se

incrementa al aumentar la cadena lineal principal del -aminoacidato coordinado en las

lneas celulares PC-3 y HCT-15.

En otro estudio realizado por Marn-Hernndez et al [2003], para elucidar algunos de los

mecanismos subcelulares y bioqumicos de toxicidad de las Casiopenas, fueron

expuestas a ellas mitocondrias y clulas. Se midi en mitocondrias aisladas de clulas dehgado, rin y corazn de rata, y en clulas de hepatoma AS-30D, la tasa de respiracin, el

gradiente de protones y las actividades de las enzimas succinato (SDH) y 2-oxoglutarato

deshidrogenasas (OGDH) y de la ATPasa. Tambin fue determinada la tasa de respiracin

sensible a oligomicina y el contenido de ATP en las clulas de hepatoma AS-30D. Las

Casiopenas (CS) II-gly y III-i (Figura 10) inhibieron las tasas de respiracin estimulada

por ADP y respiracin no acoplada en mitocondria. La CS-II fue mucho ms potente que la

CS-III. La sensibilidad a la CS-II fue de 4-5 veces mayor en las mitocondrias incubadas con

2-oxoglutarato que con succinato. As, a bajas concentraciones [10 nmol (mg de protena]-

1; 10 mol) la CS-II alter las funciones mitocondriales slo cuando el 2-oxoglutarato

estuvo presente, debido a una inhibicin especfica de la 2-OGDH. A altas concentraciones

[ 15 nmol (mg de protena)-1], la CS-II indujo la estimulacin de la respiracin basal,

seguida de una fuerte inhibicin, la cual se correlacion con un aumento de la dependencia

de K+y la liberacin del citocromo C, respectivamente; el canal de K+abierto induce una

respuesta mitocondrial similar. Las mitocondrias de hgado, rin y hepatoma mostraron

una sensibilidad similar hacia la CS-II, mientras que las mitocondrias del corazn fueron

ms resistentes. La fosforilacin oxidativa y el contenido de ATP tambin disminuyeron en

las clulas tumorales en presencia de CS-II. De esta manera, los datos obtenidos mostraron

que la CS-II puede interactuar directamente con las mitocondrias, ya sea de manera aislada

o junto con las clulas intactas, induciendo una gran variedad de efectos en diferentes sitios,


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los cuales causan la inhibicin de la fosforilacin oxidativa y, eventualmente, la inhibicin

de la sntesis de ATP, lo cual podra comprometer los procesos dependientes de energa

tales como la divisin celular.

Figura 10. Estructura qumica de las Casiopenas (Marn-Hernndez et al, 2003)

Gracias a la evaluacin de la toxicidad de complejos de coordinacin sobre modelos

animales se ha logrado obtener una perspectiva real de los efectos que dichos compuestos

podran tener sobre la salud humana, y adems de lo anterior, se puede decidir el uso de

tratamientos en pacientes con problemas tales como infecciones bacterianas y virales,

problemas gastrointestinales y cncer, entre otros casos. De Vizcaya-Ruiz et al [2003]

evalu la respuesta hematotxica en ratas adultas causada por la administracin de

Casiopena II (CII), que es un complejo de coordinacin a base de Cu(II), al que se le

atribuye actividad anticancergena por inhibir el crecimiento de clulas HeLa (carcinoma

cervical humano), CaLo (cncer de colon) y de leucemia de roedores cepa L210. Se

aplicaron 1, 3 y 5 mg/kg de CII a los animales por va intravenosa y posteriormente se

aplicaron 5 mg/kg de CII durante 5 y15 das despus de la primera dosis. Adems de lo

anterior, se hizo una citometra hemtica y un anlisis histopatolgico del bazo para

corroborar trastornos en el sistema hematopoytico. El principal efecto txico que fue

atribuido a la administracin de CII (dosis de 5 mg/kg) en las ratas fue una anemia

hemoltica (concentracin de hemoglobina reducida, glbulos rojos y paquete celular total,

acompaada por una leucocitosis neutroflica muy evidente) a las 12 horas y 5 das despus

de la administracin, atribuida a un dao directo sobre los eritrocitos. Tambin se observ

un incremento en el nivel de reticulocitos y la presencia de normoblastos en sangre

perifrica 5 das despus de la administracin indicando una respuesta eritropoytica


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efectiva con recuperacin a los 15 das. Adems de lo anterior, se observ un incremento en

el tamao del bazo y una congestin de la pulpa roja con eritrocitos, que fue consistente

con un aumento en la toma de eritrocitos daados por el sistema reticuloendotelial

observado por histopatologa y microscopa electrnica. Tambin se observ un incremento

en la hemopoyesis extramedular a los 5 das como consecuencia de una respuesta

eritropoytica regenerativa con una recuperacin efectiva a los 15 das. Los cambios

morfolgicos en la celularidad del bazo fueron consistentes con la hematotoxicidad,

principalmente dados por una reduccin de la proporcin pulpa roja/pulpa blanca, un

incremento en el contenido de eritrocitos a las 12 horas y una infiltracin de clulas

nucleadas en la pulpa roja a los 5 das, con una tendencia hacia la recuperacin a los 15 das

despus de la administracin. El dao a los eritrocitos fue atribuido a la generacin de

radicales libres y al dao oxidativo en la membrana celular como resultado de la reduccinde Cu(II) a Cu(I) y la posible disociacin del complejo CII.

3.2.3 Sntesis, caracterizacin y actividad biolgica de complejos metal-

antiinflamatorio.

Debido a la posibilidad de uso como antiinflamatorios muy potentes, o para determinar su

efecto sobre sistemas biolgicos, se han elaborado diferentes estudios con complejos de

coordinacin a base de frmacos antiinflamatorios. Kovala-Demertzi et al [1998]

describieron diferentes complejos de coordinacin con diclofenaco y los siguientes iones

metlicos: Mn(II), Co(II) y Ni(II). Estos complejos fueron preparados con la reaccin de la

sal sdica del frmaco y las sales metlicas MnCl2, CoCl2y NiCl26H2O. En este estudio se

reportaron propiedades pticas, EPR, infrarrojas y electroqumicas de los complejos

sintetizados. Se aislaron especies hepta y hexacoordinadas en estado slido para el

complejo de Co(II). Para el complejo Ni(II) se aislaron especies tetra y hexacoordinadas,

mientras que en solucin de DMF o MeOH se observa la predominancia de especies

hexacoordinadas para los complejos de Co(II) y Zn(II). Tambin se determin la capacidad

de los complejos para catalizar la oxidacin de 3,5-di-ter-butil-o-catecol a 3,5-di-ter-butil-

o-quinona monitoreando la aparicin de la quinona espectrofotomtricamente. De esta

forma, se report la correlacin de la actividad cataltica con el potencial redox de estos


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complejos, que podra aplicarse, en cierta forma, como su posible potencial

antiinflamatorio.

En otro estudio realizado por Zhou et al [2000], se report la sntesis y la caracterizacin

estructural y espectroscpica de complejos con zinc e indometacina (cido 1-(4-

clorobenzoil)-5-metoxi-2-metil-1H-indol-3-actico). Se obtuvieron complejos

monomricos y dimricos, y de esta forma este estudio fue el primer ejemplo de la forma

monomrica y dimrica de la coordinacin del grupo carboxilato con el tomo de zinc. Fue

determinada la estructura cristalina de los complejos Zn-Indo con N, N-dimetilacetamida

(DMA), piridina (Pyr), 1-metil-2-pirrolidinona (NMP), EtOH y MeOH como solventes

ligantes, [Zn2(Indo)4(DMA)2]2DMA,1, [Zn2(Indo)4(Pyr)2]2H2O, 2, [Zn2(Indo)4(NMP)2],

3, cis-[Zn(Indo)2(EtOH)2], 4, y cis-[Zn(Indo)2(MeOH)2], 5. Los complejos 1, 2 y 3

cristalizaron en un grupo espacial triclnico P. Los tres complejos exhibieron estructurasde remo rodante. Los complejos 4y 5fueron isoestructurales, con un grupo espacial C2/c.

El zinc se encuentra en la estructura en un eje biplegado y ambos complejos presentaron

una estructura cis-octadrica distorsionada. Posteriormente, Dillon et al[2003], para tratar

de disminuir los problemas de irritacin gastrointes

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