Estudio teórico de los procesos oxidativos de los iones Zn²⁺ y Cu²⁺ en biomoléculas de Staphylococcus aureus y Escherichia coli: una aproximación con DFT
DOI:
https://doi.org/10.29105/qh15.01-513Keywords:
Iones metálicos, proceso oxidativo, DFT, dureza química, transferencia de cargaAbstract
Los iones metálicos, como el zinc (Zn²⁺) y el cobre (Cu²⁺), han sido empleados desde tiempos antiguos como agentes antimicrobianos; sin embargo, su modo de acción no fue completamente comprendido hasta años recientes. En el presente trabajo se investigaron los procesos oxidativos de estos iones con fragmentos de biomoléculas seleccionadas de Staphylococcus aureus y Escherichia coli, mediante la Teoría del Funcional de la Densidad, utilizando el funcional de tres parámetros de Becke de Lee, Yang y Parr y los conjuntos de bases Pople 6-31G (d). El cálculo se utilizó para determinar la estructura de mínima energía, parámetros de reactividad donde la dureza química muestra que la adenosina tiene la facilidad de cambiar su configuración electrónica en presencia de los iones metálicos y las funciones Fukui que permitieron ubicar el sitio más susceptible a ataque electrofílico de los iones metálicos. La transferencia de carga indica que el ion Cu²⁺ tiene una mayor capacidad oxidante en comparación del ion Zn²⁺ la cual inicia con ADN y finaliza en los lípidos.
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References
- [1]. Raghunath, A., & Perumal, E. (2017). Metal oxide nanoparticles as antimicrobial agents: a promise for the future. International journal of antimicrobial agents, 49(2), 137-152. https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2016.11.011 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2016.11.011
- [2]. Agwara, M. O., Ndifon, P. T., Ndosiri, N. B., Paboudam, A. G., Yufanyi, D. M., & Mohamadou, A. (2010). Synthesis, characterisation and antimicrobial activities of cobalt (II), copper (II) and zinc (II) mixed-ligand complexes containing 1, 10-phenanthroline and 2, 2’-bipyridine. Bulletin of the Chemical Society of Ethiopia, 24(3). http://doi.org/10.4314/bcse.v24i3.60680 DOI: https://doi.org/10.4314/bcse.v24i3.60680
- [3]. Pasquet, J., Chevalier, Y., Pelletier, J., Couval, E., Bouvier, D., & Bolzinger, M.-A. (2014). The contribution of zinc ions to the antimicrobial activity of zinc oxide. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 457, 263-274. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2014.05.057 DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2014.05.057
- [4]. De la Guardia Peña, O., Ustáriz García, C., García García, M. D. L. Á., & Morera Barrios, L. (2011). Algunas aplicaciones clínicas del zinc y su acción sobre el sistema inmune. Revista Cubana de Hematología, Inmunología y Hemoterapia, 27(4), 367-381.
- [5]. Lipovsky, A., Nitzan, Y., Gedanken, A., & Lubart, R. (2011). Antifungal activity of ZnO nanoparticles—the role of ROS mediated cell injury. Nanotechnology, 22(10), 105101. https://doi.org/10.1088/0957-4484/22/10/105101 DOI: https://doi.org/10.1088/0957-4484/22/10/105101
- [6]. Prado, V., Vidal, R., & Durán, C. (2012). Aplicación de la capacidad bactericida del cobre en la práctica médica. Revista médica de Chile, 140(10), 1325-1332. https://dx.doi.org/10.4067/S0034-98872012001000014 DOI: https://doi.org/10.4067/S0034-98872012001000014
- [7]. Brunner, T. J., Wick, P., Manser, P., Spohn, P., Grass, R. N., Limbach, L. K., & Stark, W. J. (2006). In vitro cytotoxicity of oxide nanoparticles: comparison to asbestos, silica, and the effect of particle solubility. Environmental science & technology, 40(14),4374-4381. https://doi.org/10.1021/es052069i DOI: https://doi.org/10.1021/es052069i
- [8]. Landeros-Martinez, L. L., Orrantia-Borunda, E., & Flores-Holguin, N. (2015). DFT chemical reactivity analysis of biological molecules in the presence of silver ion. Org. Chem. Curr. Res, 4, 153.https://doi.org/10.4172/2161-0401.1000153 DOI: https://doi.org/10.4172/2161-0401.1000153
- [9]. Lallo da Silva, B., Abuçafy, M. P., Berbel Manaia, E., Oshiro Junior, J. A., Chiari-Andréo, B. G., Pietro, R. C. R., & Chiavacci, L. A. (2019). Relationship between structure and antimicrobial activity of zinc oxide nanoparticles: An overview. International journal of nanomedicine, 9395-9410. https://doi.org/10.2147/IJN.S216204 DOI: https://doi.org/10.2147/IJN.S216204
- [10]. Gomes, G. A., da Costa, G. L., & da Silva Figueiredo, A. B. H. (2018). Synthesis of ferrite nanoparticles Cu1− xAgxFe2O4 and evaluation of potential antibacterial activity. Journal of Materials Research and Technology, 7(3), 381-386. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2018.04.021 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2018.04.021
- [11]. Naranjo-Herrera, A. M., Correa-Torres, S. N., & Herrera-Barros, A. P. (2017). Evaluación de la propiedad antimicrobial de las nanopartículas de oro sintetizadas con extractos de tamarindus indica L y mangifera indica L. Ingeniería, investigación y tecnología, 18(4), 389-398. DOI: https://doi.org/10.22201/fi.25940732e.2017.18n4.034
- [12]. Vázquez-Olmos, A. R., Vega-Jiménez, A. L., & Paz-Díaz, B. (2018). Mecanosíntesis y efecto antimicrobiano de óxidos metálicos nanoestructurados. Mundo nano. Revista interdisciplinaria en nanociencias y nanotecnología, 11(21), 29-44.
https://doi.org/10.22201/ceiich.24485691e.2018.21.62545 DOI: https://doi.org/10.22201/ceiich.24485691e.2018.21.62545
- [13]. Román, L., Castro, F., Maúrtua, D., Condori, C., Vivas, D., Bianchi, A. E., ... & Gómez, M. M. (2017). Nanopartículas de CuO y su propiedad antimicrobiana en cepas intrahospitalarias. Revista Colombiana de Química, 46(3), 28-36. https://doi.org/10.15446/rev.colomb.quim.v46n3.62386 DOI: https://doi.org/10.15446/rev.colomb.quim.v46n3.62386
- [14]. Paull, J., & Lyons, K. (2008). Nanotechnology: the next challenge for organics. Journal of Organic Systems, 3(1), 3-22. https://orgprints.org/id/eprint/13569/
- [15]. El-Shafiy, H. F., Saif, M., Mashaly, M. M., Halim, S. A., Eid, M. F., Nabeel, A. I., & Fouad, R. (2017). New nano-complexes of Zn (II), Cu (II), Ni (II) and Co (II) ions; spectroscopy, thermal, structural analysis, DFT calculations and antimicrobial activity application. Journal of Molecular Structure, 1147, 452-461. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2017.06.121 DOI: https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2017.06.121
- [16]. Soldatović, T., Selimović, E., & Ličina, B. Antibacterial activity of zinc (II) and copper (II) terpyridine complexes.
- [17]. El‐Sawaf, A. K., Abdel‐Monem, Y. K., & Azzam, M. A. (2020). Synthesis, spectroscopic, electrochemical characterization, density functional theory (DFT), time dependent density functional theory (TD‐DFT), and antibacterial studies of some Co (II), Ni (II), and Cu (II) chelates of (E)‐4‐(1, 5‐dimethyl‐3‐oxo‐2‐phenyl‐2, 3‐dihydro‐1H‐pyrazol‐4‐yl)‐1‐(3‐hydroxynaphthalen‐2‐yl) methylene) thiosemicarbazide Schiff base ligand. Applied Organometallic Chemistry, 34(8), e5729. https://doi.org/10.1002/aoc.5729 DOI: https://doi.org/10.1002/aoc.5729
- [18]. Mohamed, T. A., Shaaban, I. A., Farag, R. S., Zoghaib, W. M., & Afifi, M. S. (2015). Synthesis, antimicrobial activity, structural and spectral characterization and DFT calculations of Co (II), Ni (II), Cu (II) and Pd (II) complexes of 4-amino-5-pyrimidinecarbonitrile. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 135, 417-427. https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.07.018 DOI: https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.07.018
- [19]. Becke, A. D. (1993). Density‐functional thermochemistry. III. The role of exact exchange. The Journal of chemical physics, 98(7), 5648-5652. https://doi.org/10.1007/978-3-662-10421-7_60 DOI: https://doi.org/10.1063/1.464913
- [20]. Rassolov, V. A., Ratner, M. A., Pople, J. A., Redfern, P. C., & Curtiss, L. A. (2001). 6‐31G* basis set for third‐row atoms. Journal of Computational Chemistry, 22(9), 976-984. https://doi.org/10.1002/jcc.1058 DOI: https://doi.org/10.1002/jcc.1058
- [21]. Tomasi, J., & Persico, M. (1994). Molecular interactions in solution: an overview of methods based on continuous distributions of the solvent. Chemical Reviews, 94(7), 2027-2094. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/cr00031a013 DOI: https://doi.org/10.1021/cr00031a013
- [22]. Frisch, M. J. E. A., Trucks, G. W., Schlegel, H. B., Scuseria, G. E., Robb, M. A., Cheeseman, J. R., ... & Fox, D. J. (2009). gaussian 09, Gaussian. Inc., Wallingford CT, 121, 150-166. https://gaussian.com/
- [23]. Hirshfeld, F. L. (1977). Bonded-atom fragments for describing molecular charge densities. Theoretica chimica acta, 44(2), 129-138. https://doi.org/10.1007/BF00549096 DOI: https://doi.org/10.1007/BF00549096
- [24]. Pearson, R. G. (1986). Absolute electronegativity and hardness correlated with molecular orbital theory. Proceedings of the National Academy of Sciences, 83(22), 8440-8441. https://doi.org/10.1073/pnas.83.22.8440 DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.83.22.8440
- [25]. Parr, R. G. (1989). Density functional theory of atoms and molecules. In Horizons of Quantum Chemistry: Proceedings of the Third International Congress of Quantum Chemistry Held at Kyoto, Japan, October 29-November 3, 1979 (pp. 5-15). Dordrecht: Springer Netherlands. https://doi.org/10.1007/978-94-009-9027-2_2 DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-009-9027-2_2
- [26]. Padmanabhan, J., Parthasarathi, R., Subramanian, V., & Chattaraj, P. K. (2007). Electrophilicity-based charge transfer descriptor. The Journal of Physical Chemistry A, 111(7), 1358-1361. https://doi.org/10.1021/jp0649549 DOI: https://doi.org/10.1021/jp0649549
- [27]. Rodríguez Perón, J. M., Menéndez López, J. R., & Trujillo López, Y. (2001). Radicales libres en la biomedicina y estrés oxidativo. Revista cubana de medicina militar, 30(1), 15-20. http://scielo.sld.cu/scielo.php?pid=S0138-65572001000100007&script=sci_arttext
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