Química de coordenação de crómio relacionada com os efeitos biológicos de compostos de Cr(III) e de Cr(VI)

Doutoramento em QuímicaO crómio, em especial no seu estado de oxidação mais elevado, +6, é conhecido como um agente mutagénico e carcinogénico. Pretendeu-se com este trabalho estudar alguns aspectos da química do crómio que permitissem esclarecer e contribuir para a compreensão dos mecanismos de toxicidade deste elemento. Assim, nos Capítulos 1 e 2 desta dissertação é feita uma revisão bibliográfica dos aspectos da química do crómio e de alguns dos seus redutores, ou potenciais ligandos, com importância para o estudo dos seus efeitos biológicos. O trabalho experimental desenvolvido ao longo desta tese visou, essencialmente, a compreensão dos aspectos atrás referidos. Assim, o Capítulo 3 descreve a cinética dos processos de redução do Cr(V1) por redutores que contêm o grupo tiol. Por diversos métodos espectroscópicos, foram estudadas as reacções de redução de Cr(V1) pela glutationa, pela cisteína e pela penicilamina, este Último aminoácido utilizado na perspectiva de um composto modelo. Aplicaram-se, a estas reacções de redução, novos métodos de tratamento de dados, nomeadamente no estudo da reacção de redução pela glutationa, considerado como um processo bifásico, e métodos de cinética rápida, no caso das reduções com a cisteína e a penicilamina. Foi possível, a partir destes estudos, identificar e caracterizar os intermediários do tipo tioéster formados nestas reacções, assim como estudar a sua cinética de formação e de decomposição. Os resultados obtidos sustentam novos argumentos para a atribuição ou a confirmação dos respectivos mecanismos de redução. Na tentativa de identificar aspectos estruturais do intermediário formado na reacção de redução com a glutationa, foi também usada espectroscopia de Raman. Os resultados obtidos permitiram alargar à zona de pH fisiológico algumas hipóteses anteriormente postas apenas para condições de pH mais acídicas. Ainda neste Capítulo é, também, referida a identificação de alguns dos produtos finais das referidas reacções de redução e estudada a cinética da sua formação. O Capítulo 4 descreve as condições de síntese e a caracterização de complexos de Cr(II1) com cisteína, penicilamina e ácido tiomálico, alguns dos quais preparados pela primeira vez. Discutem-se, ainda, resultados de estudos da cinética de hidrólise dos dois primeiros, a qual permitiu determinar as respectivas constantes de hidrólise. Surpreendentemente, os valores destas últimas são anormalmente elevados para complexos de Cr(III), mesmo considerando o carácter Iábil de complexos com ligações Cr-S. O comportamento destes compostos em solução foi também estudado do ponto de vista tennodinâmico, em soluções não aquosas (DMD. Tendo sido constatados alguns problemas na atribuição de configurações absolutas a complexos de Cr(III), mesmo com os a-aminoácidos mais simples. este assunto foi revisto e sistematizado no Capítulo 5. Prepararam-se alguns daqueles complexos, tendo sido sintetizado um complexo novo de Cr(1II) com L-valina. cuja estrutura cristalina foi estabelecida por Raios-X de cristal único. A fim de procurar resolver ambiguidades na interpretação de resultados espectroscópicos sobre aqueles complexos, nomeadamente em dicroísmo circular, aplicou-se, pela primeira vez, a espectrometria de massa com ionização por bombardeamento com átomos rápidos, o que permitiu identificar cinco novas estruturas para este tipo de complexos. No Capítulo 6 apresentam-se resultados de estudos de interacção de compostos de Cr(II1) com núcleos celulares extraídos do timo de vítelo. Os resultados obtidos, devido ao comportamento invulgar em termos de toma experimentado pelos complexos possuidores de ligações Cr-S, abrem novas perspectivas em relação à interpretação do comportamento biológico deste tipo de complexos. Em particular, procuraram formularse algumas considerações sobre o envolvimento de compostos com crómio neste estado de oxidação, nos mecanismos da toxicidade deste elemento. Finalmente, no Capítulo 7 são descritos em detalhe os métodos e as técnicas experimentais que levaram à obtenção dos resultados discutidos nos restantes capítulos.Chromium, in its higher oxidation state +6, is known as a strong mutagenic and carcinogenic agent. The aim of this thesis is to contribute to a better understanding of the mechanisms of toxicity of this element, exploring some aspects of the bioinorganic chemistry of chromium. Chapters 1 and 2 are a review of some aspects of the chemistry of chromium and of some of its biological reductants, which may also act as potential ligands after chromium reduction. In Chapter, 3 the kinetics of Cr(V1) reduction processes by thiol containing reductants is described. In particular, reduction reactions of Cr(V1) by glutathione, cysteine or penicillamine were studied using several spectroscopic techniques. New data treatment methods were applied to the reduction reaction by glutathione (considering it as having a biphasic behaviour). Fast kinetic methods were utilised in the Cr(V1) reduction reactions by cysteine and penicillamine. All these studies allowed the identification and characterisation of thioester intermediates formed during reduction, as well as their formation and decomposition kinetics. Results support new arguments in favour of the attribution of a certain type of mechanism to those reactions. Raman spectroscopy was applied to study structural aspects of the thioester intermediates, under physiological conditions. This Chapter deals also with the identification and kinetics of formation of final Cr(II1) products obtained from Cr(V1) reduction reactions with cysteine, penicillamine and glutathione. Chapter 4 describes the syntheses and the characterisation of Cr(II1) complexes with cysteine, penicillamine and thiomalic acid. Hydrolysis kinetic results for the two first complexes are discussed. Surprisingly, the hydrolysis rate constants are abnormally high, even if considering the unusual labile behaviour of Cr(II1) complexes containing Cr-S bonds. Their behaviour in an non-aqueous solution (DMF) was also studied. Because of found contradictions in the attribution of absolute configurations to Cr(II1) complexes with the simplest aminoacids this subject was reviewed in Chapter 5. Some of this type complexes were prepared and a new compound with L-valine was synthesised and its crystal structure determined by single-crystai X-Ray diffraction methods. Mass spectrometry with ionisation by fast atom bombardment was applied for the first time to these Cr(II1) complexes with a-aminocarboxilic acids, in order to solve ambiguities in the interpretation of spectroscopic results (DC). Successful results allowed the identification of five new structures, mainly dimeric-type. In Chapter 6, results from the interaction of Cr(I1I) compounds with calf thymus isolated nucleic are presented. Because of the unusual uptake of the compounds containing Cr-S bonds, the results obtained open new perspectives into the interpretation of the mechanisms and of the biological role of chromium compounds in +3 oxidation state. In Chapter 7, at last, experimental methods and conditions concerning the results presented in the previous chapters are described in detail