Ferritinas naturales y sintéticasImplicaciones nanobiomédicas

Resumen

El Fe es un elemento esencial en la vida de la mayoría de los seres vivos, pero un pequeño exceso de este elemento químico es altamente tóxico para el organismo, por ello debe almacenarse de forma adecuada. La principal forma de almacenaje del Fe en los organismos es la ferritina, polipéptido constituido por 24 subunidades que se autoasocian formando una esfera hueca, de 12-13 nm de diámetro, con una cavidad central de unos 6 nm, capaz de almacenar hasta 4500 átomos de Fe en forma de un mineral tradicionalmente descrito como ferrihidrita. La función de la ferritina es almacenar el Fe que no es requerido inmediatamente por el organismo, protegiéndolo frente a la generación de los radicales libres. En este estudio se ha demostrado que el núcleo metálico de la ferritina está formado por distintas fases de óxidos de Fe (principalmente ferrihidrita y magnetita), cuya proporción va modificándose al eliminar progresivamente Fe de la ferritina mediante un proceso de eliminación reductiva. Concretamente, al ir eliminando Fe de la ferritina se incrementa el porcentaje de magnetita y disminuye el de ferrihidrita. Por tanto, hemos llegado a la conclusión de que el contenido de magnetita en la ferritina está directamente relacionado con el proceso de eliminación reductivo de Fe. En condiciones de exceso de reductor y carencia de la chaperona que captura el Fe(II) se da una eliminación descontrolada de Fe. Numerosos estudios han demostrado que la homocisteína (H-Cys), un aminoácido no esencial, aparece a altas concentraciones en los enfermos de Alzheimer mientras que el ácido fólico, posible quelante de Fe(II), es deficiente. Debido a los resultados experimentales obtenidos, hemos propuesto un protocolo de diagnosis precoz de AD, en el que asumimos que altas concentraciones de H-Cys promueven la liberación de Fe(II) que puede por una parte intervenir en la reacción de Fenton generando radicales libres y por otra reinternalizarse en la cavidad de la ferritina generando magnetita, al reaccionar con la ferrihidrita propia de la ferritina. A lo largo de esta tesis se han unido de forma covalente a la superficie externa de la ferritina colorantes orgánicos, fluoróforos, y los demominados quantum dots (QDs). El marcaje de la ferritina con colorantes orgánicos nos permite cambiar su color y con los fluoróforos podemos modificar sus propiedades ópticas. Al incubar la proteína con dos fluoróforos de la familia Alexa Flúor (AF350 y AF430), hemos obtenido un fenómeno denominado FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer), en este fenómeno la longitud de onda de emisión del fluoróforo dador (a 350 nm) coincide con la de excitación del aceptor, permitiéndonos obtener una única emisión del fluoróforo aceptor (a 430 nm) cuando irradiamos únicamente al dador. El fenómeno de FRET requiere la presencia de ambos fluoróforos (AF350 y AF430) en la misma subunidad de la ferritina a una distancia suficientemente corta como para que pueda darse la transferencia de energía.