Estudio de la capacidad antioxidante de derivados de hidroxicumarina en sistemas homogéneos y en modelos de membrana lipídica

La presente tesis doctoral abarca el estudio de siete derivados de cumarina, monohidroxilados y dihidroxilados en sistemas homogéneos y modelos de membranas lipídicas. Los derivados fueron electroactivos al estudiarlos mediante voltametría cíclica, donde se evidenció menores potenciales de oxidación para las dihidroxicumarinas con grupo catecol. La generación de radicales libres producto de la oxidación de estos compuestos fue comprobada a través Resonancia de espín electrónico (REE). Asimismo, los resultados del estudio computacional fueron concordantes con estos datos experimentales. Todos los derivados presentaron mayor capacidad antioxidante frente a radicales peroxilo (ROO•) usando como estándar Trolox, siendo los derivados monohidroxilados (2 y 1) los de mayor índice ORAC (Ensayo de absorción de radicales de oxígeno) con valores de 9,6 y 6,4 respectivamente. Por el contrario, los derivados con grupo catecol presentaron menores índices en comparación con los derivados monohidroxilados. Los órdenes de reacción para los compuestos 1 y 3 frente a radicales peroxilo fueron fraccionarios, indicando un mecanismo de reacción complejo. Asimismo, la estequiometría de reacción fue 4:1 ROO• por cada derivado 1 o 3. Se descartó la generación de peróxido de hidrógeno y reacciones en cadena mediante el ensayo FOX y medidas de consumo de oxígeno. A partir de los perfiles cinéticos y los valores de índices ORAC usando las sondas piranina y rojo de pirogalol se observó la baja reactividad de ambos compuesto frente a ROO•. Mientras que en el caso de ORAC-Fl, la sonda fluoresceína es menos reactiva que los derivados 1 y 3 frente a radicales peroxilo. Por tanto, se propuso la generación de radicales alcóxilo a partir de la formación y descomposición del tetrámero (ROOOOR) siendo estos radicales los que reaccionarían con los derivados y/o sus radicales libres. Al contrario, la capacidad antioxidante evaluada a través de REE frente a radicales hidroxilo fue dependiente del número de grupos hidroxilo y valores de pKa, siendo mayor para los compuestos con grupo resorcinol y catecol. Finalmente, los valores de pseudo constante de asociación con membranas de liposomas para ambos derivados fueron 236 ± 16 y 1846 ± 275, respectivamente. Asimismo, los porcentajes de asociación evaluados mediante el ensayo de difusión pasiva a través de membrana (PAMPA) fueron un 93,7% para el derivado 1 y un 94,2% para el derivado 3. La simulación a través de dinámica molecular fue concordante con estos datos experimentales. De igual forma, la incorporación y posterior estudio preliminar de protección de la sonda 1,6-difenil-1,3,5-hexatrieno frente a ROO• en membranas de eritrocitos siguió la misma tendencia que en sistemas homogéneos
 This doctoral thesis deals with the study of seven monohydroxyl and dihydroxy synthetic coumarin derivatives in the presence of a homogeneous system and in lipid membrane models. All derivatives were electroactives; however, coumarin derivatives bearing a catechol group displayed lower oxidation potentials when compared to monohydroxylcoumarins. The detection of free radicals as products of the oxidation process was carried out by means of Electron Spin Resonance (ESR). In addition, these experimental results were further corroborated by computational chemistry experiments which were in agreement with the experimental data. The antioxidant capacity of the derivatives against peroxyl radicals (ROO•) was carried out employing ORAC methodology (Oxygen Radical Absorbance Capacity). The derivatives showed better ORAC indexes than the standard molecule used Trolox. Two monohydroxylcoumarins (1 and 2) displayed the higher values, i.e. 9,6 and 6,4, respectively. On the contrary, coumarin bearing catechol group and resorcinol substituent showed lower ORAC indexes. The reaction between compounds 1 and 3 against ROO• yield fractional reaction orders with a reaction stoichiometry of 4:1 between the peroxyl radical and the antioxidant molecule indicating a complex mechanism. The overproduction of hydrogen peroxide and additional chain reactions were discarded. The use of other two probe molecules such as Pyranine and Red pyrogallol in ORAC assays suggests a lower reactivity of both derivatives against ROO• generating alcoxyl radicals that react in turn with the above-mentioned coumarins and/or their corresponding free radicals. Also, ORAC-Fl kinetic profiles are explained due to the fluorescein probe is less reactive than those compounds. On the contrary, the evaluation using ESR exhibits different antioxidant behavior against hydroxyl radicals, the results showed dependence in the number of hydroxyl groups and in their pKa values. However, the latter is the more important variable due to the fact that experimental condition where set up at pH 8. Finally, the interaction of compounds 1 and 3 with lipid membrane was corroborated by means of pseudo associations constant values of 236 ± 16; 1846 ± 275 and PAMPA studies with 93,5 % and 94,1 % of each derivatives, respectively that remains on lipid phase. The molecular dynamics studies were in agreement with the experimental results. At the same time, additional studies of consumption and/or oxidation of the fluorescent probe 1,6-diphenil-1,3,5-hexatriene by ROO• in red blood cells (ghost) displayed the same trends compared to the homogeneous system