ANÁLISIS DE LOS EFECTOS DE LAS INTERACCIONES DEL
DIÓXIDO DE AZUFRE Y LAS BIOMOLÉCULAS HUMANAS
ESTRUCTURALES, USANDO QUÍMICA CUÁNTICA
ANALYSIS OF THE EFFECTS OF INTERACTIONS BETWEEN
SULFUR DIOXIDE AND STRUCTURAL HUMAN BIOMOLECULES,
USING QUANTUM CHEMISTRY
Dr. Manuel González Pérez
Universidad Tecnológica de Tecamachalco, México
Adrian Mundo Álvarez
Tecnológico Nacional de México
Yahir Emmanuel Saldaña Rodríguez
Universidad Autónoma de Guerrero, México
Diana Laura Pino Dircio
Tecnológico Nacional de México
Alexis Yael López Cortés
Universidad Autónoma de Guerrero, México
Verónica Hernández Fernández
Centro de Estudio Superiores de Tepeaca, México
Olivia Alejandra García-Paz
Centro de Estudio Superiores de Tepeaca, México
Edith González Castillo
Centro de Estudio Superiores de Tepeaca, México
pág. 11803
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.13340
Análisis de los Efectos de las Interacciones del Dióxido de Azufre y las
Biomoléculas Humanas Estructurales, Usando Química Cuántica
Dr. Manuel González Pérez
1
m.gonzalez.perez@personal.uttecam.edu.mx
http://orcid.org/0000-0001-8700-2866
Director del proyecto Delfín Enlace
CONAHCYT
Universidad Tecnológica de
Tecamachalco. UTTECAM
México
Adrian Mundo Álvarez
mundo.adrian06@gmail.com
https://orcid.org/0009-0006-7310-171X
Departamento de Ingeniería Química y
Bioquímica. Tecnológico Nacional de México
IT de Acapulco TecNM/ITA
Programa Delfín
México
Yahir Emmanuel Saldaña Rodríguez
yahir_1494@hotmail.com
http://orcid.org/0009-0001-4639-985X
Facultad de ciencias naturales
Universidad Autónoma de Guerrero,UAGro
Programa Delfín
México
Diana Laura Pino Dircio
dianalaurapino2002@gmail.com
http://orcid.org/0009-0003-3489-3652
Departamento de Ingeniería Química y
Bioquímica. Tecnológico Nacional de México
IT de Acapulco TecNM/ITA, Programa Delfín
México
Alexis Yael López Cortés
lopezcortesalexisyael@gmail.com
http://orcid.org/0009-0005-9618-7846
Facultad de ciencias naturales
Universidad Autónoma de Guerrero,UAGro
Programa Delfín
México
Verónica Hernández Fernández
veronica.hernandez04@ces-tepeaca.edu.mx
http://orcid.org/0009-0004-6609-0691
Escuela de Medicina
Centro de Estudio Superiores
de Tepeaca CEST. Programa Delfín
México
Olivia Alejandra García-Paz
olijandra911@ces-tepeaca.edu.mx
http://orcid.org/0009-0004-4890-5682
Escuela de Medicina
Centro de Estudio Superiores
de Tepeaca CEST. Programa Delfín
México
Edith González Castillo
gonzalezcastilloedith920@ces-tepeaca.edu.mx
http://orcid.org/0009-0006-9805-1819
Escuela de Medicina
Centro de Estudio Superiores
de Tepeaca CEST. Programa Delfín
México
1
Autor principal.
Correspondencia: m.gonzalez.perez@personal.uttecam.edu.mx
pág. 11804
RESUMEN
El SO
2
es un gas incoloro y de olor fuerte que irrita las mucosas. Su inhalación puede producir diversas
lesiones, dependiendo de su concentración en el aire. Se ha prestado especial interés a las alteraciones
genéticas que puede inducir en la agricultura y la medicina. Esta investigación in silico tuvo como
objetivo analizar los efectos de las interacciones del SO
2
y las Biomoléculas Humanas Estructurales
(BHE) mediante química cuántica. Las moléculas se caracterizaron con el software hyperchem. La
teoría del Coeficiente de Transferencia de Electrones (CTE) se utilizó para los cálculos cuánticos del
HOMO, LUMO, Banda Prohibida (BP) y el Potencial Electrostático (EP). Los resultados coinciden con
la mayoría de las investigaciones de vanguardia. El 100% de las interacciones del SO
2
con los
aminoácidos (AA) AA-SO
2
; y de las Bases Nitrogenadas (BN) BN-SO
2
son oxidantes. En ningún caso
este gas es antioxidante. Se recomienda a la población que intente no exponerse a este gas ya que es
difícil de expulsar del cuerpo una vez que se ha introducido.
Palabras clave: dióxido de azufre, proteínas, ADN, ARN, química cuántica
Artículo recibido 10 julio 2024
Aceptado para publicación: 15 agosto 2024
pág. 11805
Analysis of the Effects of Interactions Between Sulfur Dioxide and
Structural Human Biomolecules, Using Quantum Chemistry
ABSTRACT
Sulfur dioxide (SO
2
) is a colorless gas with a powerful odor that irritates mucous membranes. Inhalation
can cause various lesions, depending on its concentration in the air. Special interest has been paid to the
genetic alterations it can induce in agriculture and medicine. This in silico research aimed to analyze
the effects of the interactions of sulfur dioxide and structural human biomolecules (SHB) using quantum
chemistry. The molecules were characterized with hyperchem software. The electron transfer
coefficient (ETC) theory was used for quantum calculations of the HOMO, LUMO, Band Gap (Bg),
and Electrostatic Potential (EP). The results coincide with most of the state-of-the-art research. 100%
of the interactions of SO
2
and amino acids (AAs) AA-SO
2
; and of Nitrogenous Bases (NB) NB-SO
2
are
oxidizing. In no way is this gas an antioxidant. The public is advised to try not to expose themselves to
this gas as it is tough to expel from the body once it has been introduced.
Keywords: sulfur dioxide, proteins, DNA, RNA, quantum chemistry
pág. 11806
INTRODUCCIÓN
SO
2
.
El SO
2
es un gas incoloro, con un olor muy fuerte e irritante de las mucosas, cuya inhalación puede
producir diversas lesiones, dependiendo de sus concentraciones en el aire. (Manosalva Fonseca, 2020);
(Romero Taboada, 2024) En los campos de la agricultura y la medicina se le ha prestado un interés
especial a las alteraciones genéticas que puede inducir. El impacto ambiental que ocasiona el SO
2
puede
ser evaluado de diversas maneras, mediante métodos que valoran su efecto en la salud humana, la
vegetación, la cadena trófica, la calidad de los materiales, etc. (Varona et al, (2007); (Borregaard, 2001).
Sin duda alguna, el efecto del elemento químico sobre el material genético ocupa un lugar preferente
en la evaluación del nivel de contaminación que ocasiona, debido a que el daño genético es considerado
un grave problema ambiental, ya que es responsable de la ruptura de los equilibrios intra e inter-
poblacionales, la introducción de novedades que en muchos casos son perjudiciales, la variedad de
enfermedades y la accidentabilidad.
Relación SO
2
y BHE
En lo concerniente a la salud humana, la exposición del ser humano a este contaminante ha demostrado
su toxicocinética, mostrando una rápida absorción por inhalación, dependiente de la concentración. Esto
puede manifestarse en irritación ocular, en la faringe y en las vías respiratorias. Las moléculas de SO
2
inhaladas, que serán absorbidas pasivamente, podrán unirse a la parte húmeda de las estructuras
anatomopatológicas de la región afectada. Luego, se disociarán y se mezclarán con el agua existente
allí, para posteriormente combinarse con moléculas proteicas a través de reacciones de disolución y
disociación. Esto puede llevar a la formación de ácido sulfúrico en áreas con humedad intrínseca.
(Quispe Chilo & Yucra Ccosaña, 2021); (Maren, Cadete y Romero, 2020)
Sin embargo, (Chen et al, 201); (Wang y Du, 2014); (Cai y Wang, 2021) revisan los efectos biológicos
del SO
2
en los mamíferos. Ellos llegan a la conclusión que el SO
2
puede tener un papel doble en la
regulación de los efectos fisiológicos y pato fisiológicos en los mamíferos. Sus efectos tóxicos, que
incluyen daño oxidativo, daño al ácido desoxirribonucleico (ADN) e inflamación. Por otro lado,
estudios recientes han demostrado que el SO
2
puede generarse de forma endógena en los mamíferos.
pág. 11807
El SO
2
endógeno tiene efectos antioxidantes, antiinflamatorios, antihipertensivos y anti aterogénicos y
regula el tono vascular y la función cardíaca en los mamíferos, destacaron que el SO
2
podría ser una
nueva molécula de señalización gaseosa endógena involucrada en la regulación de las funciones
cardiovasculares.
Casos preocupantes en la genética
(Meng, King y Bai; 2004) estudiaron, los efectos dañinos del ADN de los derivados del SO
2
en las
células de varios órganos: cerebro, pulmón, corazón, hígado, estómago, bazo, timo, médula ósea y riñón
de ratones machos. Estos estudios muestran que los derivados del SO
2
pueden causar daño al ADN en
múltiples órganos de ratones y que los derivados del SO
2
son agentes sistémicos que dañan el ADN, no
solo en el sistema respiratorio. Se ha sugerido que la exposición a los derivados del SO
2
presenta un
riesgo potencial para el ADN en múltiples órganos de los mamíferos y podría estar relacionada con la
carcinogénesis u otras enfermedades relacionadas con el daño del ADN. Investigaciones recientes han
demostrado que el SO
2
y sus derivados pueden inducir un aumento en las frecuencias de aberraciones
cromosómicas, intercambios de cromátidas hermanas y micronúcleos en células de mamíferos y causar
daño oxidativo en múltiples órganos de ratones machos y hembras. En conjunto, estos datos sugieren
que el SO
2
y sus derivados son agentes tóxicos sistémicos.
Bai y Meng (2005). Estudiaron ratas Wistar macho alojadas en cámaras de exposición y las trataron con
atmósferas de SO
2
con la finalidad de estudiar si hubo apoptosis y mutación genética. Ellos llegaron a
la conclusión que la exposición al SO
2
podría modificar la expresión de genes relacionados con la
apoptosis y sugieren que el SO
2
puede inducir la apoptosis en el hígado de ratas y puede estar
relacionado con algunas enfermedades relacionadas con la apoptosis.
González-Santiago et al 2021 evaluaron los efectos citotóxicos y genotóxicos en adultos jóvenes sanos
expuestos a diferentes niveles de contaminación del aire e identificar áreas con tasas de contaminación
del aire por encima de los límites regulatorios. Sus resultados sugieren que la exposición a altos niveles
de contaminación del aire en adultos jóvenes sanos tiene un efecto sobre la integridad celular y nuclear
y por ende en la salud humana, ya que las áreas con mayor contaminación del aire mostraron un aumento
en la citotoxicidad, específicamente en los marcadores tempranos y tardíos de muerte celular.
pág. 11808
Meng y Zang (2002) investigaron la inducción de aberraciones cromosómicas (AC) en células de
médula ósea de ratón por inhalación de SO
2
. Concluyeron que, a bajas concentraciones, SO
2
indujo solo
AC de tipo cromátida, mientras que, a altas concentraciones, SO
2
indujo tanto AC de tipo cromátida
como de tipo cromosómico.
La inhalación de SO
2
redujo los índices mitóticos de las células de la médula ósea. Los resultados
implican que la inhalación de SO
2
puede inhibir las mitosis y aumentar las frecuencias de AC de las
células de la médula ósea y que es un agente clastogénico y genotóxico. La exposición prolongada a la
contaminación por SO
2
en bajas concentraciones en el medio ambiente puede ser un riesgo potencial de
inducción de daño citogenético in vivo en humanos.
BHE
El cuerpo del ser humano o de cualquier otro ser vivo está formado principalmente por cuatro tipos de
moléculas de gran tamaño que se encuentran por todo el organismo. Son las proteínas, los aminoácidos,
los glúcidos, los lípidos y los ácidos nucleicos (Moreno-Londoño, 2021).
Las proteínas o aminoácidos son fundamentales para el cuerpo humano, presentes en todos los órganos,
tejidos, células, sub células y sistemas. Su estructura se compone de largas cadenas de moléculas, ya
sea de la misma clase o de diferentes clases, plegadas de manera estable (Giraldo y Herrera2022). En
esta investigación solo se analizan los aminoácidos como ladrillos que forman a las proteínas y las bases
nitrogenadas que componen a los ácidos nucleicos.
METODOLOGÍA
En las figura 1 y 2, se muestra el mapa conceptual de la metodología de la investigación para este
artículo. La figura 1 representa la parte esencial de esta investigación.
Primero se caracteriza la molécula del SO
2
en silico con la herramienta software Hyperchem. Se hace
énfasis en su carácter oxidativo y reductor (antioxidante).
En segundo lugar se hace lo mismo con las biomoléculas (proteínas) que utilizan a los aminoácidos
como ladrillos de construcción y las bases nitrogenadas que se utilizan para formar los ácidos nucleicos.
pág. 11809
Figura 1. Diagrama de árbol de los temas involucrados en esta investigación entre el SO
2
y las
biomoléculas estructurales humanas. Bióxido = Dióxido.
La figura 2. Como tercer momento de la investigación se hace una ordenación tomada de dos en dos
tanto de los aminoácidos como de las bases nitrogenadas. Esta ordenación se hace para contabilizar la
cantidad de interacciónes en las que inteviene el SO
2
como oxidante o antioxidante tanto de los tejidos
proteicos como de los ácidos nucleicos ADN y ARN. (González-Pérez & Sánchez, 202)
No se colocan aquí los parámetros de programación ni las ecuaciones resueltas por razones de espacio,
pero si hay algún interés por éstas, favor de contactar al director de este proyecto. (González-Pérez, M.
(2017)
Figura 2. Diagrama de árbol de los la planeación de las interacciones como una ordenación estadística
tomada de dos en dos y su carácter óxido-reductivo entre el SO
2
, las proteínas y los ácidos nucleicos.
pág. 11810
Como metodología específica se usó la teoría del coeficiente de transferencia publicada en 2017 por el
director de este proyecto.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la figura 4, se muestra la caracterización cuántica de la molécula del SO
2
. A) Diseño molecular
Hyperchem: S = amarillo, O = rojo. B) Potencial electrostático Positivo= azul, Negativo = rojo, Neutro
= verde. C) HOMO (verde +, violeta -). D) LUMO (verde +, violeta -).
Figura 4. Caracterización cuántica de la molécula del SO
2
.
A) SO
2
. Hyperchem
B) SO
2
. Potencial Electrostático
C) SO
2
.
HOMO
D) SO
2
.
LUMO
Donde:
CTE = Coeficiente de Transferencia de Electrones. En radios de Bohr [a°].
BP = Banda Prohibida en [eV].
PE = Potencial Electrostático. En 󰇣

°
󰇤
pág. 11811
En la Tabla 1, se muestran los resultados de las interacciones químico cuántico de las sustancias puras.
Esta tabla se asemeja a un pozo cuántico. Abajo se ubican las interacciones más fuertes y más probables
(más afines químicamente). Arriba se tienen las interacciones menos fuertes y menos probables (menos
afines).
El SO
2
ocupa el lugar número 1 del pozo cuántico, esto significa que el SO
2
es una sustancia de acción
prolongada, es decir, muy difícil de expulsar del cuerpo. En medicina se dice que es un medicamento
de acción prolongada.
Se observa que las moléculas de guanina y citocina se localizan en lugar 2 y 3 de la tabla.
Hacemos notar que se consideró el uracilo y su tautómero. U1 es cetónico, U2 es hidroxilado. Nótese
que el U2 es más afin con sus moléculas de la misma especie (sustancia pura) que el U1.
Tabla 1. Cálculos. Pozo cuántico. Orden descendente de la afinidad química. Sustancias puras.
N
Reductor
Oxidante
HOMO
LUMO
BP
E-
E+
EP
CTE
27
Val
Val
-9.914
0.931
10.845
-0.131
0.109
0.240
45.188
26
Ala
Ala
-9.879
0.749
10.628
-0.124
0.132
0.256
41.515
25
Leu
Leu
-9.645
0.922
10.567
-0.126
0.130
0.256
41.279
24
Phe
Phe
-9.553
0.283
9.836
-0.126
0.127
0.253
38.879
23
Gly
Gly
-9.902
0.902
10.804
-0.137
0.159
0.296
36.500
22
Ser
Ser
-10.156
0.565
10.721
-0.108
0.198
0.306
35.037
21
Cys
Cys
-9.639
-0.236
9.403
-0.129
0.140
0.269
34.956
20
Glu
Glu
-10.374
0.438
10.812
-0.111
0.201
0.312
34.655
19
Ile
Ile
-9.872
0.972
10.844
-0.128
0.188
0.316
34.316
18
Thr
Thr
-9.896
0.832
10.728
-0.123
0.191
0.314
34.167
17
Gln
Gln
-10.023
0.755
10.778
-0.124
0.192
0.316
34.108
16
Asp
Asp
-10.370
0.420
10.790
-0.118
0.204
0.322
33.509
15
Asn
Asn
-9.929
0.644
10.573
-0.125
0.193
0.318
33.249
14
Lys
Lys
-9.521
0.943
10.463
-0.127
0.195
0.322
32.495
13
Pro
Pro
-9.447
0.792
10.238
-0.128
0.191
0.319
32.095
12
Trp
Trp
-8.299
0.133
8.431
-0.112
0.155
0.267
31.577
11
U1
U1
-9.710
-0.511
9.199
-0.126
0.171
0.297
30.973
10
T
T
-9.441
-0.475
8.966
-0.123
0.169
0.292
30.705
9
Tyr
Tyr
-9.056
0.293
9.349
-0.123
0.193
0.316
29.584
8
His
His
-9.307
0.503
9.811
-0.169
0.171
0.340
28.855
7
A
A
-8.654
-0.213
8.441
-0.140
0.156
0.296
28.517
6
Met
Met
-9.062
0.145
9.207
-0.134
0.192
0.326
28.243
5
U2
U2
-9.910
-0.415
9.495
-0.147
0.202
0.349
27.206
4
Arg
Arg
-9.176
0.558
9.734
-0.165
0.199
0.364
26.742
3
C
C
-9.142
-0.344
8.798
-0.174
0.161
0.335
26.263
2
G
G
-8.537
-0.206
8.331
-0.150
0.172
0.322
25.873
1
SO
2
SO
2
-10.552
-1.530
9.022
-0.149
0.248
0.397
22.726
pág. 11812
En la figura 5 se muestran las interaccións de óxido-reducción del SO
2
y los aminoácidos que componen
a todas las proteínas. Se observan tres diagramas. El diagrama de la izquierda representa a todas las
interacciones antioxidantes o reductoras del SO
2
y los aminoácidos que componen a las proteínas. El
diagrama del centro representa a todas las interacciones de los aminoácidos en su secuencia genética
lineal se cualquier proteína. El diagrama de la derecha representa a todas las interacciones oxidantes del
SO
2
y los aminoácidos que componen a las proteínas.
En el pozo cuántico, el diagrama de la derecha (interacciones oxidantes) se ubica como el más bajo de
los tres. Esta ubicación nos indica que el SO
2
es 100% oxidante de los aminoácidos del cuerpo humano.
Se ve una interacción de 22.7 a°, esta interacción es del SO
2
puro, por lo tanto, se reafirma que el SO
2
es muy difícil de eliminar del cuerpo. Además de la toxicidad oxidante para todos los aminoácidos.
Suprimiendo la interacción 22.7 a°, se observa que no hay intersección entre los dos diagramas de la
izquierda y del centro. Esta falta de intersección reafirma nuevamente que el SO
2
es 100% oxidante de
los aminoácidos que componen a las proteínas.
Figura 5. Diagrama de bigotes y cajas de las interacciones de óxido-reducción (antioxidante) del SO
2
y los aminoácidos de las proteínas
La figura 6 representa a las interacciones de el SO
2
y las bases nitrogenadas que componen a los ácidos
nucleicos ADN y ARN. Se observa una similitud muy cercana. La única diferencia entre ambos
resultados es que las interacciones del SO
2
con las bases nitrogenadas tienen una pequeña interacción
en cuanto a la oxidación y las combinaciones de las bases nitrogenadas.
Por lo tanto, el SO
2
es 100% oxidante para los genes y en general para el genoma.
pág. 11813
Figura 6. Diagrama de bigotes y cajas de las interacciones de óxido-reducción (antioxidante) del SO
2
y las bases nitrogenadas que componen a los ácidos nucleicos.
CONCLUSIONES
Objetivo
Análizar de los efectos de las interacciones del SO
2
y las BHE, usando química cuántica.
Hipótesis
1. El SO
2
es muy toxico para la salud humana y de otros sistemas biológicos.
2. El SO
2
puede ser antioxidante para el cuerpo humano y se puede usar como molécula de
señalización.
Tesis. Hallazgos, descubrimientos.
1. El SO
2
oxida al 100% a los aminoácidos del cuerpo humano y de cualquier sistema biológico. Por
lo tanto, es exageradamente dañino para la salud humana y de cualquier sistema biológico.
2. Es casi imposible que el SO
2
sirva como molécula de señalización en sistemas biológicos, se
necesitan más estudios exhaustivos para sostener esta hipótesis.
Corolario. Hallazgos y descubrimientos que no estaban dentro de los objetivos y que se
comprobaron por la misma naturaleza de la investigación.
1. El SO
2
es de acción prolongada en el cuerpo. Es muy difícil de eliminar de los sistemas biológicos.
Por lo tanto, aunque el sistema se halla dejado de exponer, el SO
2
sigue dentro del sistema causando
daños por su oxidación tóxica fuerte y probable.
pág. 11814
Advertencias
1. Se hace un llamado a la industria petrolera que expone a sus trabajadores a la fuga de este gas SO
2
en las plantas de procesamiento (endulzadora de gas, Ciudad PEMEX Tabasco y otras).
2. A la población en general para afinar los vehículos que contaminan con este gas. Parece ser que en
nuestro país México, los vehículos de carga pesada y de pasajeros no verifican y sigue la
contaminación impunemente.
Estudios futuros
1. Estudiaremos los efectos del SO
2
en los neurotransmisores.
2. El CO
2
como contaminante y como conservador de alimentos.
Agradecimientos
A la Universidad Tecnológica de Tecamachalco, al programa Delfín, a la Escuela de Medicina del
Centro de Estudio Superiores de Tepeaca , a la Universidad Autónoma de Guerrero y al Tecnológico
de Acapulco.
A mis asesorados DELFINES 2024. Siempre he confiado en la juventud, para mí son unos genios, sin
distinción de género. Tanto joven varon como jovencitas mujeres SON EL PRESENTE Y EL FUTURO
DE MI PATRIA Y DE LA HUMANIDAD, apoyémolos por favor.
Conflicto de interses
No hay conflicto de intereses, pero cualquier problema que pueda causar esta investigación es
responsabilidad exclusiva del Dr. Manuel González Pérez.
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