Theoretical study of interaction of COVID-19 palliative chlorine dioxide with hemoglobin analogs

Abstract

El uso de dióxido de cloro (ClO2) ha tomado protagonismo como un paliativo para combatir enfermedades virales como el COVID-19. A pesar de que las organizaciones y entes regulatorios no han avalado su uso y han advertido de sus posibles efectos dañinos en la salud, su consumo sigue siendo popular entre la población. El ClO2, en solución acuosa produce subproductos como cloritos y puede actuar como un potente agente oxidante hacia diferentes biomoléculas que juegan roles biológicos importantes en el ser humano, tal es el caso de las hemoproteínas cuyo sitio activo, el grupo hemo, alberga un átomo de hierro en el que el control de su ambiente químico y su estructura electrónica son muy importantes para que sus funciones biológicas no sean alteradas. Por ello, este trabajo tiene como objetivo estudiar las interacciones del ClO2 y su el ion clorito ClO2− con el grupo hemo-b, así como comparar los cambios en las propiedades estructurales y electrónicas que se producen por efecto de dichas interacciones. Para llevar a cabo este estudio se ha utilizado herramientas computacionales que permiten predecir, el comportamiento de los complejos de interés. A través de la teoría funcional de densidad DFT y el funcional B3LYP se realizó la optimización de geometría de los complejos, así como también se estudiaron las propiedades estructurales y electrónicas. Por otro lado, se realizó un estudio experimental de la interacción de dichos derivados clorados con la enzima bifuncional catalasa peroxidasa de Neurospora crassa, CAT-2. Dicha enzima se utilizó como modelo estructural debido a que contiene un grupo prostético hemo-b en su sitio activo. Los resultados computacionales obtenidos demuestran que los ligantes ClO2 y ClO2− se coordinan al hierro mediante el átomo de oxígeno y con una energía menor a la forma oxigenada. Además, los ligantes H2O, O2, ClO2 y ClO2- producen una distorsión de la geometría octaédrica que está en concordancia con lo reportado en la literatura. El análisis poblacional de Mulliken muestra un cambio significativo en la carga del hierro. Finalmente, del análisis experimental de interacción de la enzima CAT-2 con una disolución comercial de dióxido de cloro, se documentaron cambios espectrales significativos que revelan la degradación del grupo hemo. Ambos tipos de resultados apoyan la hipótesis de este trabajo, en el sentido de que el uso de dióxido de cloro como agente paliativo para el tratamiento de COVID-19 puede causar alteraciones importantes en el funcionamiento de biomoléculas relevantes para el cuerpo humano como la hemoglobina.