Evaluación de la interacción de derivados de naftoquinona con albúmina de suero bovino por medio de espectrofluorimetría y acoplamiento molecular

Abstract

En este trabajo se sintetizaron y caracterizaron seis derivados de naftoquinona los cuales fueron usados para evaluar su interacción con la albúmina de suero bovino (BSA). Los rendimientos de reacción obtenidos fueron moderados para todos los compuestos a excepción del derivado FAN, la diferencia en los rendimientos fue atribuida a los distintos mecanismos de reacción implicados. La interacción de los derivados de naftoquinona con BSA fue evaluada por medio de espectrofluorimetría de estado estacionario con lo cual se encontró que todos los derivados de naftoquinona son desactivadores de la fluorescencia de BSA. Los derivados de naftoquinona presentaron valores de la constante de quenching biomolecular kq mayores a 2x10^10 M-1 s-1, indicando la presencia de un mecanismo de apagamiento de fluorescencia estático lo cual implica la formación de un complejo ligando-proteína no fluorescente. La formación de los complejos fue confirmada por espectroscopía uv-vis en la cual se pudo observar un efecto hipercrómico en el espectro de BSA conforme incrementó la concentración de los derivados de naftoquinona. Los espectros de absorción de segundo orden obtenidos de la interacción de BSA con los derivados de naftoquinona mostraron que no existe cambios en el microambiente de los aminoácidos Trp presentes en BSA. A partir de los datos obtenidos por espectrofluorimetría se determinó que los derivados de naftoquinona presentan un solo sitio de unión con BSA. Los derivados FAN, 2F-FAN, 2F-ClFAN y 4F-ClFAN presentaron valores de Ka óptimas para interactuar con BSA con lo cual pudieran ser trasportados dentro del cuerpo a través de su unió con BSA, por otro lado, los derivados 4F-FAN y ClFAN presentaron valores por debajo del rango óptimo por lo cual pueden presentar problemas de biodistribución. Por medio de estudios in silico de acoplamiento molecular entre los derivados de naftoquinona y BSA se pudo determinar que la formación de los complejos es un proceso espontáneo al predecirse ΔG° <0, lo cual concordó con los valores experimentales de ΔG° obtenidos. Los resultados predijeron que los compuestos FAN, 2F-FAN y 4F-FAN se unen en el mismo sitio de union. Además, las principales fuerzas de interacción entre estos derivados y BSA fueron puentes de hidrógeno lo cual fue consistente con los valores experimentales de ΔH° y ΔS° los cuales indicaban la presencia de este tipo de fuerzas intermoleculares. El sitio de unión fue el mismo para de los compuestos ClFAN y 4F-ClFAN, en ambos casos las fuerzas intermoleculares involucradas más relevantes fueron electroestáticas e hidrofóbicas. El sitio de unión de 2F-ClFAN fue diferente al resto de los compuestos y se obtuvo como principales fuerzas de interacción la formación de puentes de hidrógeno y la presencia de fuerzas hidrofóbicas. Los resultados de este trabajo demuestran que los compuestos FAN, 2F-FAN, 2F-ClFAN y 4F-ClFAN pudieran ser candidatos para posteriores estudios de biodistribución in vivo

In this work, six derivatives of naphthoquinone were synthesized and characterized, which were then used to evaluate their interaction with bovine serum albumin (BSA). Reaction yields obtained were moderate for all compounds except for the FAN derivative. The difference in yields was attributed to the various reaction mechanisms involved. The interaction of naphthoquinone derivatives with BSA was evaluated using steady-state spectrofluorimetry, revealing that all naphthoquinone derivatives act as fluorescence quenchers of BSA. The naphthoquinone derivatives exhibited biomolecular quenching constants (kq) greater than 2x1010 M-1 s-1, indicating the presence of a static fluorescence quenching mechanism, implying the formation of a non-fluorescent ligand-protein complex. Complex formation was confirmed by UV-vis spectroscopy, showing a hyperchromic effect in the BSA spectrum as the concentration of naphthoquinone derivatives increased. Second-order absorption spectra obtained from the interaction of BSA with naphthoquinone derivatives showed no changes in the microenvironment of Trp amino acids present in BSA. From the spectrofluorimetry data, it was determined that naphthoquinone derivatives have a single binding site with BSA. The derivatives FAN, 2F-FAN, 2F-ClFAN, and 4F-ClFAN exhibited optimal Ka values for interacting with BSA, suggesting they could be transported within the body through their binding with BSA. However, the derivatives 4F-FAN and ClFAN had values below the optimal range, potentially leading to biodistribution issues. Through in silico molecular docking studies between naphthoquinone derivatives and BSA, it was determined that complex formation is a spontaneous process, as predicted by ΔG° <0, consistent with experimental ΔG° values. The results predicted that compounds FAN, 2F-FAN, and 4F-FAN bind at the same binding site. Hydrogen bonding was the primary interaction force between these derivatives and BSA, consistent with experimental ΔH° and ΔS° values, indicating the presence of such intermolecular forces. The binding site for ClFAN and 4F-ClFAN compounds was the xii same, with the most relevant intermolecular forces being electrostatic and hydrophobic. The binding site for 2F-ClFAN differed from the other compounds, with the main interaction forces being hydrogen bonding and hydrophobic forces. The results of this study suggest that compounds FAN, 2F-FAN, 2F-ClFAN, and 4F-ClFAN could be candidates for further in vivo biodistribution studies.