ESTUDIO IN SILICO DE LA REACTIVIDAD Y PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DE ADUCTOS DE EPÓXIDO DE EUGENOL Y 2-METOXI-4-ALILIDENO-2,5-CICLOHEXADIENO-1-ONA CON GLUTATIÓN EN Candida albicans[1]

STUDY IN SILICO OF REACTIVITY AND PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES OF ADDUCTS OF EPOXIDE OF EUGENOL AND 2-METHOXY-4-ALLYLIDENE-2,5-CICLOHEXADIENE-1-ONE WITH GLUTATION IN Candida albicans

En las últimas décadas, la incidencia de las infecciones fúngicas oportunistas ha aumentado. Entre los agentes etiológicos de micosis oportunistas más frecuentes se tienen a los géneros Aspergillus, Candida y Cryptococcus (Nucci et al., 2010; Garbee et al., 2017).

En los últimos años se ha reportado, en especies de Candida, un importante incremento en la resistencia a algún antifúngico (Sanguinetti et al., 2015). Por lo tanto, se hace evidente la necesidad de encontrar tratamientos alternativos y estrategias preventivas (Sanguinetti et al., 2015; Gonçalves et al., 2016).

El eugenol es un alilbenceno (Figura 1) obtenido a partir de diversas plantas medicinales y aromáticas, siendo las más representativas: Syzygium aromaticum, Myristica fragrans, Cinnamomum tamala, Zygium aromaticum y especies del genero Ocimum (Charan-Raja et al., 2015). Diversos estudios han demostrado sus propiedades antifúngicas (Charan-Raja et al., 2015; Kong et al., 2014). Sin embargo, aún no se ha esclarecido su mecanismo de acción (Charan-Raja et al., 2015; Kong et al., 2014; Abbaszadeh et al., 2014).

Estudios en Candida albicans, sugieren que el eugenol genera estrés oxidativo, peroxidación lipídica, disminución de la concentración de glutatión reducido, disminución de la actividad del glutatión peroxidasa y niveles altos de actividad catalasa y peroxidasa (Khan et al., 2011). Estos estudios sugieren que un derivado del eugenol (Figura 1), 2-metoxi-4-alilideno-2,5-hexadieno-1-ona (MAHO), podría unirse covalentemente al glutatión reducido; lo cual contribuiría a las bajas concentraciones de este (Khan et al., 2011; Bolton et al., 2014).

Figura 1
Candida albicans
Elaboración propia.

Por otro lado, el eugenol puede ser metabolizado a 2-metoxi-4-oxiranil-metilfenol (epóxido de eugenol) mediante el citocromo P450, ya que el grupo alqueno del eugenol es susceptible a la epoxidación (Luo & Guenthner, 2001). Siendo el grupo epóxido muy reactivo se esperaría encontrar uniones covalentes de esta molécula con macromoléculas celulares (Luo & Guenthner, 2001). Sin embargo, no se han encontrado niveles significativos de aductos de epóxido de eugenol con ADN o proteínas (Luo & Guenthner, 2001). Por lo que, se sugirieron mecanismos de eliminación de estos epóxidos; siendo uno de ellos la unión covalente del epóxido de eugenol con el glutatión reducido (Figura 2), esta reacción sería catalizada por la enzima glutatión S-transferasa (Luo & Guenthner, 2001).

Figura 2
Estructura química del aducto producto de la unión covalente entre el epóxido de eugenol y glutatión (estructura C).
Elaboración propia

Figura 3
Estructuras químicas de los aductos productos de la unión covalente entre el 2-metoxi-4-alilideno-2,5-ciclohexadieno-1-ona y glutatión (estructuras 1 y 2).
Elaboración propia

Las relaciones cuantitativas estructura-actividad (QSAR) son una serie de propiedades fisicoquímicas (como área de la superficie topológica polarizada, refractividad molar, etc.) que permiten la predicción teórica del comportamiento, así como el potencial farmacológico y toxicológico, de una determinada molécula en un entorno biológico (Cherkasov et al., 2014).

El presente estudio determinó las propiedades fisicoquímicas QSAR, utilizando softwares de acceso abierto, de aductos de epóxido de eugenol (estructura C) y MAHO (estructura 1 y 2) con glutatión (Figuras 2 y 3); asimismo, se estudió la reactividad de estos aductos en microorganismos aeróbicos, utilizando el software EAWAG-BBD. Esto permitirá entender el comportamiento fisicoquímico de estos aductos y los posibles mecanismos químicos de biodegradación.

Los resultados de las propiedades fisicoquímicas de los aductos se observan en la Tabla 1. De la misma manera, en la Tabla 2 puede observarse los resultados del pKa de cada uno de los grupos funcionales ionizables de cada aducto.

Los valores obtenidos de TPSA, de estos aductos, indican baja capacidad para atravesar membranas celulares (Fernandes & Gattass, 2009). Por otro lado, las estructuras 1 y 2 presentan los mismos valores de FSP3, lo cual indica igual número de carbonos en sp3; asimismo, diversos estudios han relacionado los valores FSP3 con la solubilidad (Lovering et al., 2009). Por lo que estos aductos tendrían la misma solubilidad.

Tabla 1
Propiedades fisicoquímicas de las estructuras C, 1 y 2.

Tabla 2
pKa de los grupos químicos ionizables.

De la misma manera, resultados de RM indican que las estructuras C y 1 presentan valores similares, lo cual se debería a su similitud estructural; ya que la refractividad molar depende de la masa moral, densidad e índice de refracción (Malta de Sá et al., 2010). Teniendo en cuenta que las estructuras 1 y 2 poseen similar composición, la variación en su RM podría deberse a diferencias en su densidad y/o índice de refracción.

El volumen de Van der Waals y el área superficial de Van der Waals dependen del valor que tome el radio de Van der Waals (Zhao et al., 2003; Moorthy et al., 2012); por lo que, la estructura C tendría un radio de Van der Waals mayor que las estructuras 1 y 2. Asimismo, la estructura C tendría una mayor área y volumen para interactuar con las moléculas de su medio.

Se considera al LogP como una medida de la hidrofobicidad de una molécula (Ensuncho et al., 2017); los resultados indican que los aductos estudiados presentan baja hidrofobicidad. Por lo tanto, se esperaría que dichos aductos no formen interacciones hidrofóbicas con lípidos.

La energía libre de Gibbs es una función de estado que determina la espontaneidad de una reacción química (Chang, 2008). Todos los aductos estudiados presentan una energía libre de Gibbs de formación (∆_f G^◦) negativa, en condiciones estándar de reacción; lo cual indicaría que pueden formarse espontáneamente (Chang, 2008). Siendo la estructura C, la más favorable. Sin embargo, el método de Joback presenta una serie de limitaciones, pues este método simplifica la estructura molecular, además los cálculos se realizan considerando que las reacciones se llevan a cabo a 25^◦C, 1 atm y 1 molar de concentración de cada reactivo (Fierro et al., 2016; Constantinou & Gani, 1994). Por lo tanto, estos resultados deben comprobarse experimentalmente.

Los resultados del punto isoeléctrico indican que todos los aductos estudiados, en condiciones de pH fisiológico, se presentan como moléculas con carga. De la misma manera, los resultados de pKa de los grupos ionizables indican que estos se ionizan en un amplio rango de pH. A un pH cercano a 7, todos los aductos estudiados presentan átomos cargados en sus grupos amino 1B (NH² 1B), hidroxilo 2A (OH 2A) e hidroxilo 1A (OH 1A). Por lo tanto, tendrían baja capacidad para atravesar membranas biológicas; esto concuerda con los valores de Log P.

Todos los aductos estudiados presentan donantes y aceptores de hidrógeno, lo cual les permitiría formar puentes de hidrógeno con las moléculas de su medio. Sin embargo, debido a esto tendrían baja capacidad para atravesar membranas biológicas.

Por otro lado, un estudio in silico realizado en eugenol encontró que, de acuerdo a sus propiedades fisicoquímicas, el eugenol es un buen candidato para fármaco; ya que posee buena absorción y capacidad para atravesar membranas biológicas. Esto debido a que su Log P es menor a 5, su TPSA es menor a 140 Ų, el número de donantes de hidrógeno que tiene es menor a 5, tiene menos de 10 átomos de nitrógeno y oxígeno en su estructura, menos de 10 enlaces rotativos y una masa molecular menor a 500 Dalton (Absalan et al., 2016).

En la Tabla 3 se resumen las principales reacciones catabólicas de los aductos, puede observarse entre paréntesis el tipo de compuesto formado en cada reacción.

Asimismo, en las Figuras 4 y 5 pueden apreciarse los compuestos predichos por el software EAWAG-BBD, derivados de la estructura 1. En las Figuras 6, 7 y 8 pueden apreciarse los compuestos predichos por el software EAWAG-BBD, derivados de la estructura C.

Asimismo, en las Figuras 9, 10, 11 y 12 pueden apreciarse los compuestos predichos por el software EAWAG-BBD, derivados de la estructura 2.

Tabla 3
Reacciones catabólicas de los aductos.

Entre paréntesis, el compuesto formado en cada reacción

Figura 4
Compuestos derivados del catabolismo de la estructura 1
Elaboración propia.

Figura 5
Compuestos derivados del catabolismo de la estructura 1.
Elaboración propia.

Figura 6
Compuestos derivados del catabolismo de la estructura C.
Elaboración propia.

Por otro lado, con respecto al catabolismo de los aductos en microorganismos aeróbicos (Tabla 3); se observa que todos los aductos son susceptibles a la desaminación oxidativa en los átomos de carbono 2 y 7, además son susceptibles a la eliminación del grupo metilo en el carbono 20, con la resultante formación de un grupo hidroxilo. De la misma forma, todos los aductos son propensos a una N-desalquilación oxidativa en el carbono 5, a una oxidación del azufre a sulfóxido y a una S-desalquilación oxidativa en los carbonos 10. Asimismo, se observa una S-desalquilación oxidativa en los carbonos 11 de las estructuras 1 y C, y en el carbono 13 de la estructura 2.

Figura 7
Compuestos derivados del catabolismo de la estructura C
Elaboración propia.

Figura 8
Compuestos derivados del catabolismo de la estructura C.
Elaboración propia.

Figura 9
Compuestos derivados del catabolismo de la estructura 2.
Elaboración propia.

Figura 10
Compuestos derivados del catabolismo de la estructura 2.
Elaboración propia.

Por último, el enlace olefínico en la cadena lateral de la estructura 2 es susceptible a la epoxidación; además, el grupo hidroxilo en el oxígeno 7 de la estructura C es susceptible a la oxidación.

Un estudio en eugenol determino que es susceptible a una epoxidación, O-desalquilación y a una hidroxilación alifática; además, estas reacciones serian catalizadas por el citocromo P450. Podemos observar que estos resultados son similares a los presentados en este estudio (Absalan et al., 2016).

Figura 11
Compuestos derivados del catabolismo de la estructura 2.
Elaboración propia.

Figura 12
Compuestos derivados del catabolismo de la estructura 2.
Elaboración propia.

Las reacciones catabólicas presentadas anteriormente pueden ser catalizadas por el citocromo P450 (Guengerich, 2001; Guengerich & Munro, 2013; Isin & Guengerich, 2007). Asimismo, estudios sugieren que estas reacciones se llevan a cabo en probablemente todos los seres vivos (Kim et al., 2007). Por tanto, es posible que estas reacciones se lleven a cabo en Candida albicans tratada con eugenol, como un mecanismo de desintoxicación.

Los aductos presentados en este estudio presentan poca capacidad para penetrar membranas biológicas, baja hidrofobicidad, pueden formar puentes de hidrógeno, se presentan como moléculas cargadas a pH fisiológico y las reacciones que los originan son termodinámicamente favorables. Por lo tanto, tendrían una distribución únicamente intracelular. Por otro lado, presentan grupos químicos que podrían ser blanco de enzimas (como el citocromo P450) y de esta manera estos aductos podrían ser eliminados o biotransformados rápidamente.