Formação de radicais livres induzida por cromo trivalente (Cr3+) e hexavalente (Cr6+)

Abstract

Íons trivalente (3+) e hexavalente (6+) são os estados de oxidação mais estáveis do metal de transição cromo. Enquanto a forma Cr 3+ é um micronutriente essencial para a adequada regulação da homeostase glicêmica, Cr 6+ é reconhecidamente tóxico e carcinogênico. Estudos prévios tem indicado, entretanto, que ambas espécies de cromo podem ter em comum uma expressiva capacidade em gerar espécies reativas de oxigênio (EROs). Assim, procurou-se aprofundar o estudo da formação de EROs a partir da interação entre íons cromo e H2O2 in vitro e as características dessa produção, a fim de contribuir com a discussão dos mecanismos químicos desse processo. Além disso, o efeito oxidativo em proteínas isoladas (albumina sérica bovina e β- lactoglobulina) também foi estudado. A presença de radical hidroxil (OH) após incubação de Cr 3+ e H2O2 foi identificada de forma direta em EPR com a formação característica do aduto DMPO/OH, e reiterada com os resultados de degradação oxidativa da 2-desoxirribose (2-DR), hidroxilação do ácido tereftálico (TPA) e oxidação de dimetilsulfóxido (DMSO). A formação de OH por Cr 3+ mostrou-se dependente do tempo de incubação, com produção contínua por 10 dias no experimento de oxidação de 2-DR em temperatura ambiente (Cr 3+ 0,1 mM, H2O2 1 mM, 2-DR 5 mM, tampão fosfato 5 mM, pH 7,2). Foi descartada experimentalmente uma influência significativa da própria 2-DR ou de metais contaminantes durante essa produção contínua. A concentração de Cr 3+ e H2O2 manteve relação direta com a formação de OH e é sugerido uma produção concomitante de H2O2 durante a formação de OH, num processo de “reciclagem” de H2O2. Ocorre porém a decomposição espontânea dos níveis de H2O2 ao longo do tempo. Não foi observada produção significativa de proteínas carboniladas a partir da oxidação de albumina ou β-lactoglobulina induzida por Cr 3+ 0,1 mM, mesmo na presença de H2O2. O cromo hexavalente também mostrou- se capaz de gerar OH, sendo neste caso um processo extremamente rápido (inferior a 10 min, possivelmente de segundos). A concentração de Cr 6+ e H2O2 também influencia diretamente a produção de OH, sem interferência significativa de metais contaminantes, e da mesma forma sugere-se um mecanismo de reciclagem de H2O2. A oxidação de proteínas por Cr 6+ foi significativa e mostrou-se independente da adição de H2O2. Os resultados sugerem ainda que os mecanismos de geração de OH mediados por Cr 3+ e/ou Cr 6+ sejam independentes e que não há oxidação/redução até a outra forma mais estável do metal. Os mecanismos sugeridos compreendem a formação de OH a partir de reação similar ao Fenton “clássico”, envolvendo as formas Cr 3+ e Cr 6+ e compostos intermediários (possivelmente radical superóxido e O2) em interação com o H2O2. Dessa forma, atribui-se mais peso a evidência da capacidade tóxica do Cr 6+ e alerta quanto a utilização terapêutica do Cr 3+ , especialmente de forma crônica. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Trivalent (3+) and hexavalent (6+) ions are the most stable forms of the transition metal chromium. Whereas Cr 3+ is an essential nutrient for the accurate regulation of glycaemia homeostasis, Cr 6+ is acknowledged as toxic and carcinogenic. Previous studies have indicated that both chromium species might have in common a significant ability of generating reactive oxygen species (ROS). Thus, we sought to deepen the study of the formation of ROS from the interaction between chromium and H2O2 in vitro and the characteristics of this production, in order to contribute to the discussion of the chemical mechanisms of this process. Moreover, the oxidative effect in isolated proteins (bovine serum albumin and β-lactoglobulin) is also presented. The presence of hydroxyl radical after incubation of Cr 3+ and H2O2 was directly identified on EPR by the characteristic adduct DMPO/OH, and confirmed with results from oxidative degradation of 2- deoxyribose (2-DR), hydroxylation of terephthalic acid (TPA) and oxidation of dimethylsulfoxide (DMSO). The formation of OH-radical by Cr 3+ was dependent on incubation time, with persistent production even after 10 days on the experiment with 2- DR at room temperature (0.1 mM Cr 3+ , 1 mM H2O2, 5 mM 2-DR, 5 mM phosphate buffer, pH 7,2). It was experimentally ruled out a significant influence of 2-DR or contaminant metals during the continuous production of OH-radical. Concentration of Cr 3+ and H2O2 was directly related with OH-radical formation and it is suggested a production of H2O2 during free radical production, in a H2O2 “recycle” process. Spontaneous decay of H2O2 do occurs over time. It was not observed significant production of carbonyl protein from the oxidation of albumin and β-lactoglobulin induced by 0.1 mM Cr 3+ , even in the presence of H2O2. Hexavalent chromium also proved capable of generating OH-radical, but extremely rapid (less than 10 min, possibly seconds). Concentration of Cr 6+ and H2O2 also directly influenced the production of OH-radical, without significant interference of contaminant metals, and similarly it is suggested a mechanism with H2O2 recycle. Oxidation of proteins was significant by Cr 6+ and it was independent on the addition of H2O2. The results suggest the mechanisms of generation of OH-radical mediated by Cr 3+ and/or Cr 6+ are independent and there is no oxidation / reduction to the other stable form of the metal. The suggested mechanisms of OH-radical formation is similar to the “classic” Fenton reaction, involving Cr 3+ and Cr 6+ forms and its intermediate compounds (possibly superoxide radical and O2) in interaction with H2O2. Thus, more weight is assign to the evidence of the toxic ability of Cr 6+ and warning about the therapeutic use of Cr 3+ , especially in a chronic routine.