Transferência de elétrons entre citocromo c e nanopartículas de óxidos de ferro como biomimético da cadeia respiratória

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Modenez, Iago de Assis
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: biomimetic; biomimético; cadeia respiratória mitocondrial; citocromo c; cytochrome c; iron oxide; mitochondrial respiratory chain, mitochondrial model membrane; modelo de membrana mitocondrial; nanoparticles; nanopartículas; óxidos de ferro
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-23102020-122703/

A biologia sintética busca entender os processos biológicos no nível molecular e desenvolver materiais bioinspirados, com propriedades semelhantes ou aprimoradas em relação aos organismos vivos, capazes de mimetizar esses processos. Inúmeros materiais têm sido estudados e aplicados como miméticos de proteínas redox e, dentre eles, nanopartículas de óxidos de ferro têm se mostrado como potenciais candidatos na mimetização de processos envolvendo, principalmente, reações com transferência de elétrons. Neste estudo, propõe-se a mimetização de uma etapa redox da cadeia respiratória mitocondrial, empregando-se nanomateriais a base de óxidos de ferro e uma heme proteína, o citocromo c. Para tanto, nanopartículas de magnetita (Fe3O4) e maghemita (γ-Fe2O3) foram sintetizadas e a interação nanopartícula-proteína foi, inicialmente, estudada em solução e, posteriormente, em um modelo de membrana mitocondrial (filme de Langmuir-Blodgett). Experimentos in situ mostraram interações favorecidas por forças coulombianas e de van der Waals, resultando em uma transferência de elétrons direta entre os sítios de ferro superficiais das nanopartículas e o grupo heme da proteína, acarretando uma mudança no estado de oxidação deste grupo prostético, porém sem alterar significativamente ambas as estruturas secundária e terciária da proteína. Observou-se que as nanopartículas de Fe3O4 se comportam como miméticos do complexo III (citocromo bc1) da cadeia respiratória, reduzindo o ferricitocromo c (Fe3+-heme) à ferrocitocromo c (Fe2+-heme) com uma constante heterogênea de transferência de elétrons, de segunda ordem, de 2,63 ± 0,05 L mol-1 s-1 a 25ºC, e energia de ativação de 40,2 ± 1,5 kJ mol-1. Já as nanopartículas de γ-Fe2O3 atuam como miméticos do complexo IV (citocromo c oxidase) da cadeia respiratória, reoxidando ferrocitocromo c à ferricitocromo c. Os resultados indicaram que a transferência de elétrons é dependente da proporção Fe2+/Fe3+ superficiais nas nanopartículas, uma vez que, a redução do ferricitocromo c é controlada pelos íons Fe2+, enquanto a oxidação do ferrocitocromo c, por sua vez, é dependente dos íons Fe3++. Observou-se que quando incorporadas em um modelo de membrana mitocondrial, ambas as nanopartículas mantêm sua atividade redox frente ao citocromo c, indicando que sistemas inorgânicos nanoestruturados podem se comportar como complexos proteicos em um modelo de membrana celular.