Reactividad de flavonoides frente a O2(1Δg) en presencia de metales

Abstract

En este trabajo se midió la reactividad de los flavonoides quercetina, morina, 3–hidroxiflavona, luteolina y catequina frente a O2(1Δg), en presencia de los iones metálicos Ca+2, Cu+2, Zn+2 y Fe+2, en medio homogéneo y microheterogéneo, mediante la determinación de las constantes de velocidad de reacción química entre los complejos formados y oxígeno excitado, y de las constantes de desactivación total de a O2(1Δg). Mediante el método de Job y el método de Benesi–Hildebrand se determinó la estequiometría de los complejos y la constante de asociación flavonoide–metal en medio homogéneo, respectivamente, obteniéndose como resultado que la mayor parte de los complejos presenta asociación 1:1, a excepción de morina–Cu, morina–Zn, morina–Fe y 3–hidroxiflavona–Fe, que presentaron estequiometría 2:1. En todos los casos estudiados, se observó valores de constantes de asociación que indican un favorecimiento en la formación de los complejos, los cuales van desde 15,2 M-1 para el complejo 3-hidroxiflavona – Ca hasta 2,25x109 M-2 para el complejo Morina – Cu. En medio microheterogéneo no se determinó la constante de asociación de los complejos, aunque se pudo demostrar su formación bajo estas condiciones. La constante de velocidad de reacción química entre los complejos y O2(1Δg), se obtuvo mediante el método de fotólisis estacionaria. Los resultados obtenidos en medio homogéneo muestran un aumento en la reactividad para los complejos que presentan estequiometría 1:1 respecto del flavonoide sin complejar, el cual podría deberse al aumento de la densidad electrónica en los sitios reactivos del flavonoide, cuando este se encuentra asociado al ion metálico. Los complejos que presentaron estequiometría 2:1 mostraron bajos aumentos o disminución en la reactividad frente a O2(1Δg) respecto del flavonoide sin complejar. De acuerdo con los resultados obtenidos, la presencia del doble enlace en el anillo C y del grupo 3–OH en el flavonoide, son fundamentales para dar cuenta de la magnitud de la constante de velocidad de reacción química, tanto del flavonoide libre como de los complejos formados con diferentes iones metálicos. Al comparar los resultados obtenidos para la constante de velocidad de reacción química de los flavonoides y los complejos flavonoide–metal con O2(1g), en medio homogéneo y microheterogéneo, se aprecia que los flavonoides libres son más reactivos en el entorno lipídico, obteniéndose valores mayores en un orden de magnitud respecto de los valores medidos en metanol, sin embargo, los cambios que ocurren en la reactividad una vez los complejos se forman son menos significativos y menos predecibles en el sistema compartimentalizado. Las constantes de desactivación total de O2(1g) por complejos flavonoide–metal, se determinaron observando el decaimiento de la luminiscencia infrarroja del O2(1g). En los complejos medidos en medio homogéneo, se observó que la desactivación total es mayor a la reactividad química, lo cual indica que la desactivación física es predominante. Por otra parte, los valores de la constante para los diferentes complejos, es siempre mayor a la del flavonoide sin complejar. En condiciones de medio microheterogéneo, no fue posible determinar las constantes de asociación de los complejos estudiados, sin embargo, sí se realizó una determinación cualitativa de su capacidad para desactivar O2(1Δg) respecto de los flavonoides libres. El efecto de la disminución en el tiempo de vida es discreto cuando en el medio se agrega solución de los iones metálicos Ca+2 y Zn+2. El efecto más importante se observa en los complejos de quercetina y morina formados con Cu+2, los que presentan las mayores disminuciones en la constante de velocidad de reacción química, pero, a la vez, la mayor disminución en el tiempo de vida de O2(1Δg). Los resultados obtenidos son consecuentes con la hipótesis, ya que, con la formación de complejos, se observa, de forma general, aumentos en la reactividad con oxígeno molecular singulete, respecto de los flavonoides libres. El ion Ca+2 resulta aún más relevante, considerando que su concentración en el medio extracelular puede llegar a 3 mM, por lo que existe gran probabilidad de encuentros con flavonoides y, por lo tanto, de mejoras en la desactivación de esta especie excitada

In this work, the reactivity of the flavonoids quercetin, morin, 3-hydroxyflavone, luteolin and catechin against O2(1Δg) was measured, in the presence of Ca+2, Cu+2, Zn+2 and Fe+2 metal ions, in a homogeneous and microheterogeneous media. Measurements were performed by determining both, the chemical rate constants for reaction between the complexes flavonoid–metal and excited oxygen, and the total deactivation constants of O2(1Δg). Using the Job and the Benesi–Hildebrand methods, the stoichiometry of the complexes and the flavonoid–metal association constant in homogeneous medium, respectively, were determined. Result obtained shows that most of the complexes have 1:1 stoichiometry, except for morina–Cu, morina–Zn, morina–Fe and 3–hydroxyflavone–Fe, which presented stoichiometry 2:1. In all the cases studied, were observed association constant values that indicate a favourable formation of complexes, which range from 15.2 M-1 for the 3-hydroxyflavone–Ca complex to 2.25x109 M-2 for the Morina–Cu complex. In the microheterogeneous medium, the association constant of the complexes was not determined, although their formation could be demonstrated under these conditions. Chemical rate constant for reaction between the complexes and O2(1Δg), was obtained using the stady–state photolysis method. The results obtained in homogeneous medium show an increase in reactivity for the 1:1 stoichiometry complexes regarding to the uncomplexed flavonoid. The biggest reactivity of complexes could be due to the increase in the electronic density in the reactive sites of the flavonoid, when it is associated with the metal ion. The complexes that presented 2:1 stoichiometry showed low increases or a decreases in reactivity against O2(1Δg) with respect to the non complexed flavonoid. According to the results obtained, the presence of the double bond in the C ring and the 3–OH group in the flavonoid are essential to account for the magnitude of the chemical reaction rate constant for both, the free flavonoid and the complexes formed with different metal ions. When comparing the results obtained for the chemical reaction rate constant of flavonoids and flavonoid–metal complexes with O2(1Δg), in homogeneous and microheterogeneous media, it can be seen that free flavonoids are more reactive in the lipid environment, obtaining values 10–fold greater than those measured in methanol, however, the changes in reactivity once the complexes are formed are less significant and less predictable in compartmentalized system. The total deactivation constants of O2(1Δg) by flavonoid–metal complexes were determined by observing the decay of the infrared luminescence of O2(1Δg). In the complexes measured in homogeneous medium, it was observed that the total deactivation is greater than the chemical reactivity, which indicates that the physical deactivation is predominant. On the other hand, the values of the constant for the different complexes is always greater than that of the uncomplexed flavonoid. In microheterogeneous medium conditions, it was not possible to determine the association constants of the complexes studied, however, a qualitative determination of their ability to deactivate O2(1Δg) with respect to free flavonoids was made. The effect of the decrease in lifetime is slight when the metal ions Ca+2 and Zn+2 were added to the medium. The most important effect is observed for quercetin and morin complexes with Cu+2, which have the greatest decreases in the chemical reaction rate constant, but, at the same time, the greatest decrease in the lifetime of O2(1Δg). The results obtained in this work are consistent with the hypothesis, since in general, the flavonoid–metal complexes showed an increase in reactivity with singlet molecular oxygen when are compared with the free flavonoids. The Ca+2 ion is even more relevant, considering that its concentration in the extracellular medium can reach 3 mM, so there is a high probability that this ion is associated with flavonoids, therefore, intensifying the deactivation of this excited species of oxygen