Iones metálicos en la neuroquímica de ferritina y frataxina

Resumo

La presente Tesis Doctoral se centra en el estudio de las propiedades de dos metaloproteínas fundamentales en el metabolismo del Fe en los organismos vivos: la ferritina (principal almacén de Fe) y la frataxina (Fe mitocondrial). Los resultados experimentales obtenidos y la discusión de los mísmos se presentan en esta memoria divididos en 5 capítulos. En el primer capítulo, la introducción, se pone de manifiesto la importancia que tiene el Fe en distintos procesos vitales para los organismos vivos, y como éstos han sido capaces de adaptarse para solventar de una manera realmente eficiente los inconvenientes químicos que presenta el Fe, principalmente la baja solubilidad del Fe (III) y la formación de radicales tóxicos OH·. Posteriormente se presentan las proteínas estudiadas en esta Tesis Doctoral: ferritina y frataxina, haciendo hincapié en las controversias existentes en torno a sus propiedades, sus funciones y su papel cada vez más importante en neuroquímica. Finalmente, se concluye el capítulo con los objetivos que se han pretendido alcanzar en esta Tesis Doctoral. En el segundo capítulo, se analiza una primera controversia en relación a las propiedades de la ferritina. En concreto se abordan las posibilidades de utilizar la ferritina como un fotocatalizador capaz de foto-oxidar moléculas orgánicas y transferir electrones a aceptores de electrones externos cuando se irradia con luz UV-visible. Experimentos con un quelante de Fe (II), un indicador electrocrómico y ferritinas recombinantes indican que los electrones excitados en la banda de conducción del núcleo de ferritina no cruzan la cubierta proteica, como había sido establecido, sino que lo que en realidad lo que tiene lugar es un proceso de autofotocatálisis por medio del cual el núcleo de ferrihidrita es reducido, liberando Fe (II) al medio. En el tercer capítulo, nos centramos en resolver algunas de las controversias existentes en bibliografía en torno al funcionamiento de la ferritina: cómo adquiere Fe para almacenarlo, cómo se forma el núcleo de hierro y cómo se libera. Hemos concluido que son únicamente los centros ferroxidasas de los canales de ferritina los que se encargan de oxidar Fe (II) a Fe (III). Esta conclusión descarta la vía de oxidación catalítica Fe (II) a Fe (III) en la superficie del mineral de ferrihidrita, una ruta que había sido aceptada. Asimismo hemos concluido que la ruta de entrada y salida del Fe es exactamente la misma, concretamente a través de los canales hidrofílicos, aunque la liberación de hierro no conlleve la interacción con el centro ferroxidasa, que tiene lugar en el proceso de entrada. El cuarto capítulo está dedicado a la caracterización estructural y al estudio de las propiedades redox de algunas frataxinas de plantas, en concreto de Zea mays (ZmFH-1 y ZmFH-2) y A. thaliana (AtFH). Mientras que en eucariotas no fotosintéticos, la frataxina está codificada por un solo gen, y se localiza en la mitocondria en Zea mays existen dos isoformas funcionales de frataxina, ZmFH-1 y ZmFH-2, de las cuales se ha confirmado una localización dual en mitocondria y cloroplastos. Además, se evidencian características específicas de las frataxinas de plantas: su tendencia a sufrir cambios conformacionales bajo la exposición al oxígeno y su capacidad para formar dímeros mediante puentes disulfuro entre residuos cisteína presentes en la secuencia aminoacídica C-terminal. En el quinto capítulo, abordamos los primeros estudios de binding de Fe a frataxinas de plantas. En particular, trabajamos en la química del hierro de las frataxinas pertenecientes a Arabidopsis thaliana y Zea mays, estableciendo un escenario básico para avanzar en el conocimiento de la química de las frataxinas vegetales. Por último, en las conclusiones hacemos un resumen del trabajo desarrollado durante esta Tesis Doctoral, extrayendo y comentando los resultados obtenidos más significativos.