persulfuro

En química , el hidropersulfuro se refiere al grupo funcional RSSH. ^{[ 1 ] [ 2 ]} La forma aniónica de un hidropersulfuro es un persulfuro , análogo a la nomenclatura para hidroperóxidos . ^{[ 3 ]} Los persulfuros son intermediarios en la biosíntesis de proteínas hierro- azufre ^{[ 4 ]} y se invocan como precursores del sulfuro de hidrógeno , una molécula de señalización biológica. Se cree que los hidropersulfuros median muchas de las funciones de señalización antioxidante que antes se atribuían exclusivamente al sulfuro de hidrógeno a través de la modificación de residuos de cisteína (Cys) de proteínas en un proceso denominado persulfidación . ^{[ 2 ] [ 5 ]} Los hidropersulfuros son especies reactivas de azufre prototípicas .

La nomenclatura utilizada para los compuestos organosulfurados suele ser asistemática. La literatura actual (en inglés) ha estandarizado el uso de hidropersulfuro y persulfuro. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Los hidropersulfuros también pueden describirse como derivados S -sulfanílicos de sus tioles correspondientes (es decir, S -sulfanilcisteína para el hidropersulfuro de cisteína). En la literatura antigua, los persulfuros se denominan hidrodisulfuros o hidridodisulfuros para evitar confusiones con los disulfuros del grupo RSSR, al enfatizar la presencia de un H en un extremo de un enlace disulfuro . La literatura antigua también se ha referido a los hidropersulfuros como "pertioles". ^{[ 6 ]} Asimismo, la formación de hidropersulfuros de proteínas a partir de tioles de proteínas en el contexto de la señalización se denominaba antiguamente " S -sulfhidración" ^{[ 7 ]} , término que ahora se considera obsoleto en favor de " S -persulfidación" o "persulfidación" en la literatura actual. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

Los hidropersulfuros, al igual que las especies de azufre concatenadas en general, ^{[ 8 ]} son ​​termodinámicamente inestables con respecto a la pérdida de azufre elemental:

RSSH → RSH + 1/8 S ₈

El enlace SH es más ácido y más frágil que en los tioles. Los hidropersulfuros son, en promedio, entre 1 y 3 unidades _de pK a más ácidos que sus tioles correspondientes, ocupando un rango de 4,6 a 6,3 para los tioles biológicamente relevantes. ^{[ 9 ] [ 10 ]} Por lo tanto, los persulfuros existen predominantemente en forma ionizada a pH neutro. Sin embargo, la autorreactividad de los hidropersulfuros dificulta la cuantificación fiable de sus valores de pK _a .

La energía de disociación del enlace de un hidropersulfuro típico es 22 kcal/mol menor que la de un tiol típico, y el pKa _es menor , de aproximadamente 6,2 para los persulfuros en comparación con 7,5 para los tioles. Este efecto se atribuye a la estabilidad del radical RSS·. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

La estructura del hidropersulfuro de tritilo se ha determinado mediante cristalografía de rayos X. La longitud del enlace SS es de 204 picómetros y el ángulo diedro CSSH es de 82°. Estos parámetros no son excepcionales. ^{[ 12 ]} (C ₆ H ₅ ) ₃ CSSH se comporta como una fuente de azufre, como lo ilustra su reacción con trifenilfosfina para dar sulfuro de trifenilfosfina y trifenilmetanotiol :

(C ₆ H ₅ ) ₃ CSSH + P(C ₆ H ₅ ) ₃ → (C ₆ H ₅ ) ₃ CSH + SP(C ₆ H ₅ ) ₃

La regioselectividad del ataque nucleofílico a los dos azufres de un hidropersulfuro depende de los sustituyentes en el azufre. ^{[ 13 ]} En la reacción de un nucleófilo tiol con un hidropersulfuro, el ataque al átomo de azufre terminal produce una transferencia neta de un grupo sulfhidrilo del hidropersulfuro al tiol atacante, reacción conocida como transpersulfidación . El ataque al átomo de azufre interno produce la liberación del anión hidrosulfuro (en equilibrio a pH neutro con sulfuro de hidrógeno) y la formación de un nuevo disulfuro.

R ¹ SSH + R ² SH${\displaystyle \rightleftharpoons }$Transpersulfidación de R ¹ SH + R ² SSH

R ¹ SSH + R ² SH${\displaystyle \rightleftharpoons }$Formación de disulfuro R ¹ SSR ² + H ₂ S

Ambos procesos son viables en solución. Sin embargo, la transpersulfidación se ve ligeramente favorecida cinéticamente debido a una menor barrera estérica. Los grupos electroatractores del hidropersulfuro estabilizan la carga negativa que se desarrolla en el átomo de azufre interno del estado de transición de la transpersulfidación, lo que favorece aún más la reactividad hacia esta última. La vía de formación del disulfuro es más competitiva cuando el hidropersulfuro no presenta impedimento estérico.

Se cree que la transpersulfidación de hidropersulfuros de bajo peso molecular sobre residuos de cisteína de proteínas es el mecanismo dominante por el cual las proteínas se persulfidan. ^{[ 3 ]} La inestabilidad de los hidropersulfuros en solución ha motivado el diseño de moléculas donadoras de hidropersulfuro para la investigación bioquímica, que generalmente operan a través de la reactividad de transpersulfidación. ^{[ 14 ]}

Debido a su mayor acidez, los hidropersulfuros existen como aniones persulfuro a pH fisiológico en mayor medida que los tioles correspondientes, que existen como tiolatos. El papel del efecto α en esta nucleofilicidad de los persulfuros es objeto de debate. ^{[ 14 ] [ 15 ]} La protonación de los hidropersulfuros aumenta la electrofilicidad del enlace SS.

En condiciones neutras a ligeramente ácidas, donde están presentes tanto los estados de protonación del anión hidropersulfuro electrófilo como del anión persulfuro nucleófilo, los hidropersulfuros se desproporcionan reversiblemente para dar un equilibrio complejo de sulfuro de hidrógeno, persulfuros, trisulfuros , tetrasulfuros y polisulfuros de orden superior , y azufre elemental: ^{[ 16 ] [ 17 ]}

R ¹ S ^– + R ² SSSH${\displaystyle \rightleftharpoons }$R ¹ SSH + R ² SS ^–${\displaystyle \rightleftharpoons }$R ¹ SSSR ² + HS ^–

R ¹ SSSR ² + R ³ SS ^–${\displaystyle \rightleftharpoons }$R ³ SSSSR ² + R ¹ S ^– → → R ^x S(S) _n SR ^y

Cabe señalar que las ecuaciones anteriores no abarcan todos los posibles productos de intercambio de azufre y recombinación que podrían formarse. Los trisulfuros representan un mínimo termodinámico local para los persulfuros en solución diluida, pero están sujetos a la reactividad de concatenación de azufre. También pueden formarse hidropolisulfuros [RS(S) _n SH], los cuales se espera que posean propiedades similares a las de los hidropersulfuros. ^{[ 5 ]}

La singular inestabilidad de los persulfuros complica su detección en muestras biológicas, que normalmente se realiza mediante la alquilación de persulfuros con electrófilos como derivados de yodoacetamida y aceptores de Michael como la N -etilmaleimida . ^{[ 18 ] [ 19 ]}

Debido a la estabilidad del radical pertiilo (RSS·), se ha descubierto que los hidropersulfuros son reactivos excepcionales para la transferencia de átomos de hidrógeno en condiciones fisiológicas, comparables al alfa-tocoferol , el antioxidante monoelectrónico canónico soluble en membranas lipídicas . Se ha observado que los hidropersulfuros inhiben rápidamente las reacciones en cadena de la peroxidación lipídica mediante la conversión de radicales peroxilo lipídicos en hidroperóxidos lipídicos. ^{[ 10 ] [ 20 ]}

Los hidropersulfuros pueden sintetizarse directamente a partir de sulfuro de hidrógeno mediante reacción con ácidos sulfénicos , una oxoforma de cisteína biológicamente relevante pero de corta duración: ^{[ 21 ]}

RSOH + H₂S → _RSSH + _H₂O

La formación de especies biológicas de hidropersulfuro a partir de sulfuro de hidrógeno y un tiol es un proceso de oxidación neta y, por lo tanto, debe ocurrir necesariamente a través de algún tipo de oxidación, incluso si no hay ningún agente oxidante obvio presente.

El hidropersulfuro de cisteína (Cys) puede generarse a partir de cistina mediante las enzimas de la vía de transulfuración cistationina β-sintasa (CBS) y cistationina γ-liasa (CSE, también conocida como cistationasa). ^{[ 22 ]} La cisteína aminoacil-ARNt sintetasa mitocondrial CARS2 sintetiza hidropersulfuro de cisteína a partir de cisteína y permite la incorporación cotraduccional de hidropersulfuros en proteínas nacientes. ^{[ 23 ]} La enzima 3-mercaptopyruvato sulfurtransferasa cataboliza el 3-mercaptopyruvato para producir un hidropersulfuro de Cys en el sitio activo, que puede sufrir reacciones de transpersulfidación con tioles o reducirse para liberar H ₂ S. ^{[ 24 ]} La sulfuro:quinona oxidorreductasa (SQOR) oxida el H ₂ S para formar hidropersulfuros en presencia de un aceptor de tiol como el glutatión. ^{[ 2 ]} La tiosulfato sulfurtransferasa rodanasa interconvierte hidropersulfuros y tiosulfato.

Las desulfurasas de cisteína también generan hidropersulfuros de Cys en el sitio activo, que se utilizan como fuentes de azufre para la biosíntesis de cofactores que contienen azufre, como la 4-tiouridina y la tiamina , ^{[ 25 ]} así como para el ensamblaje de cúmulos de hierro-azufre tanto en bacterias ^{[ 26 ]} como en células de mamíferos. ^{[ 27 ]} El ensamblaje de cúmulos de hierro-azufre mitocondriales requiere la transpersulfidación de la desulfurasa de cisteína NFS1 a la proteína de ensamblaje de cúmulos de hierro-azufre ISCU, mediada por la proteína accesoria frataxina (FXN); la pérdida de la transpersulfidación efectiva de NFS1 a través de mutaciones deletéreas en FXN da como resultado la ataxia de Friedrich .

Se ha invocado a los persulfuros como intermediarios en la biodegradación del disulfuro de carbono. ^{[ 28 ]}

Los hidropersulfuros se consideran típicamente antioxidantes debido a la activación de la señalización de Nrf2 a través de la persulfidación de Keap1, la proteína inhibidora de Nrf2. ^{[ 2 ] [ 5 ]} Los hidropersulfuros también inhiben la ferroptosis a través del agotamiento de especies radicales oxidantes. ^{[ 20 ] [ 29 ]} Se ha demostrado que los hidropersulfuros actúan como grupos protectores fisiológicos para los residuos de Cys de las proteínas contra la sobreoxidación, ya que pueden ser oxidados de forma sacrificial a ácidos tiosulfónicos y luego escindidos por tiorredoxinas para regenerar la proteína original. ^{[ 30 ]} Sin embargo, la persulfidación también puede actuar en una capacidad prooxidante al promover la formación de disulfuro, que tradicionalmente se considera una modificación oxidativa en biología.

Los persulfuros se catabolizan en las mitocondrias como parte del catabolismo del H₂S _. La rodanasa puede utilizar reversiblemente el GSSH como fuente de azufre para producir tiosulfato. El GSSH es degradado irreversiblemente por la persulfuro dioxigenasa ETHE1 a GSH y sulfito, que posteriormente se oxida y se excreta. ^{[ 2 ]} El hidropersulfuro de cisteína puede ser expulsado directamente de las células de mamíferos a través del antiportador de cistina/glutamato SLC7A11 . ^{[ 31 ]}

• Persulfuro de hidrógeno : un hidropersulfuro inorgánico
• Polisulfano : una clase relacionada de especies de azufre concatenadas inorgánicas.
• polisulfuro
• Especies reactivas de azufre