Reducción termodinámica de los disulfuros mediante el control del estado de oxidación del azufre

Área de la Ciencia:

• Mecanoquímica
• La biofísica
• Ciencia de las proteínas

Sus antecedentes:

• Las fuerzas mecánicas, junto con la energía térmica, la corriente y la luz, pueden activar reacciones químicas y alterar las vías de reacción.
• La mecanoquímica de una sola molécula ha demostrado que la fuerza acelera la escisión de enlaces y la apertura de anillos en polímeros.
• La reacción de tiol-disulfuro S_N2 es un modelo para estudiar la sustitución nucleofílica dependiente de la fuerza, pero la reactividad de los iones de azufre inorgánicos es menos comprendida.

Objetivo del estudio:

• Investigar si las fuerzas mecánicas pueden activar la ruptura de los enlaces de disulfuro de proteínas por iones de azufre inorgánicos.
• Explorar la reactividad dependiente de la fuerza de las reacciones termodinámicamente no favorecidas que involucran enlaces de disulfuro de proteínas.

Principales métodos:

• Espectroscopia de force-clamp de una sola molécula para medir las velocidades de reacción dependientes de la fuerza.
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para modelar los mecanismos de reacción.
• Mediciones del ensayo colorimétrico para cuantificar los resultados de la reacción.

Principales resultados:

• Demostró que la fuerza mecánica puede activar la reducción termodinámica no favorecida de los enlaces disulfuro por iones inorgánicos.
• Se demostró que esta reactividad activada por la fuerza ocurre dentro del núcleo de la proteína, impactando las proteínas con funciones mecánicas fisiológicas.
• Cuantificó el impacto directo de la ruptura del enlace disulfuro desbloqueado por fuerza en la elasticidad de la proteína.

Conclusiones:

• La fuerza mecánica puede superar las barreras termodinámicas para activar la reducción de enlaces disulfuro por iones inorgánicos menos reactivos.
• Esta activación mecanoquímica tiene implicaciones significativas para la comprensión de la mecánica y la función de las proteínas bajo fuerza.
• Los hallazgos revelan una nueva vía para modular la elasticidad de las proteínas a través de transformaciones químicas inducidas por la fuerza.