INTERACCIÓN CUÁNTICA ENTRE EL GRUPO
HEMO Y EL CORTISOL EN LA REGULACIÓN DEL
EJE HIPOTÁLAMO-HIPÓFISIS-SUPRARRENAL
QUANTUM INTERACTION BETWEEN THE HEME GROUP
AND CORTISOL IN THE REGULATION OF THE
HYPOTHALAMIC-PITUITARY-ADRENAL AXIS
Jesica Vianney Hernández Morales
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca, México
Luz Elena Vallejo Sánchez
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca, México
Q.F.B. Pedro González Martínez
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca, México
Betzabel Vera Ramírez
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca, México
Dra. Adriana Ruiz Acuña
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca, México
Dr. Arnulfo Morell Ramírez
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca, México
Manuel González Pérez
Universidad Tecnológica de Tecamachalco, SECIHTI-UTTECAM, México
pág. 8618
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v10i3.24968
Interacción cuántica entre el grupo hemo y el cortisol en la regulación del eje
hipotálamo-hipófisis-suprarrenal
Jesica Vianney Hernández Morales1
vianneym423@gmail.com
https://orcid.org/0009-0003-2184-6654
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca
México
Luz Elena Vallejo Sánchez
vluz03360@gmail.com
https://orcid.org/0009-0005-2222-9660
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca
México
Q.F.B. Pedro González Martínez
labclintepeaca@ces-tepeaca.edu.mx
https://orcid.org/0009-0009-4623-3815
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca
México
Betzabel Vera Ramírez
frretzabel@gmail.com
https://orcid.org/0009-0009-9355-6772
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca
México
Dra. Adriana Ruiz Acuña
adris88hada@gmail.com
https://orcid.org/0009-0004-4086-8186
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca
México
Dr. Arnulfo Morell Ramírez
arnulfomorellramirez@gmail.com
https://orcid.org/0009-0009-6540-9169
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca
México
Manuel González Pérez
m.gonzalez.perez@personal.uttecam.edu.mx
https://orcid.org/0000-0001-8700-2866
Universidad Tecnológica de Tecamachalco
SECIHTI-UTTECAM
RESUMEN
El eje hipotálamo-hipófisis-suprarrenal (HHS) coordina la respuesta fisiológica al estrés mediante la
liberación de cortisol (CTS), una hormona clave en la regulación del metabolismo energético, de la
inflamación y de la homeostasis sistémica (Smith et al., 2023; Martínez Pérez et al., 2024). Evidencias
recientes señalan una relación bidireccional entre el CTS y el grupo hemo (HEMO), que incluye la
síntesis de hemo, la actividad de los citocromos P450 y la retroalimentación negativa del eje HHS
(Muckenthaler et al., 2020; González Gallego & García Mediavilla, 2022). En este estudio se analizó
la interacción CTS–HEMO mediante el modelado cuántico semiempírico (SE-PM3), evaluando los
niveles HOMO–LUMO, la banda prohibida, el potencial electrostático y el coeficiente de transferencia
de electrones (CTE). Los resultados muestran que el HEMO presenta una mayor capacidad de donación
de electrones y actúa como reductor, mientras que el CTS actúa como oxidante débil. En el documento
original se indica que “la interacción más estable se observa cuando el Hemo reduce el CTS, lo que
evidencia una afinidad moderada”. Estos hallazgos sugieren que la dinámica redox CTS–HEMO
contribuye a la regulación fina del eje HHS y que podría alterarse en condiciones de estrés crónico
(Kato et al., 2022; Santos Martín et al., 2022).
Palabras clave: cortisol, hemo, eje HHS, estrés, química cuántica
1
1
Autor Principal
Correspondencia: vianneym423@gmail.com
pág. 8619
Quantum interaction between the heme group and cortisol in the regulation
of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis
ABSTRACT
The hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis coordinates the physiological stress response through
the release of cortisol (CTS), a key hormone regulating energy metabolism, inflammation, and systemic
homeostasis (1,3). Recent evidence indicates a bidirectional relationship between CTS and heme
(HEMO), which includes heme synthesis, cytochrome P450 activity, and negative feedback from the
HPA axis (4,6). In this study, the CTS–HEMO interaction was analyzed using semi-empirical quantum
modeling (SE-PM3), evaluating HOMO–LUMO levels, the band gap, the electrostatic potential, and
the electron transfer coefficient (ETC). The results show that HEMO has a greater electron-donating
capacity and acts as a reducing agent, while CTS acts as a weak oxidant. The original paper states that
“the most stable interaction is observed when Heme reduces CTS, which demonstrates a moderate
affinity.” These findings suggest that the CTS–HEMO redox dynamic contributes to the fine regulation
of the HHS axis and that it could be altered under chronic stress conditions (10,12).
Keywords: cortisol, heme, HPA axis, stress, quantum chemistry,
Artículo recibido 20 mayo 2026
Aceptado para publicación: 20 junio 2026
pág. 8620
INTRODUCCIÓN
El eje HHS es el principal regulador de la respuesta al estrés y coordina la secreción de glucocorticoides
ante estímulos físicos y psicosociales (Smith et al., 2023; García López et al., 2022). En algunas
investigaciones se señala que “el eje hipotálamo-hipófisis-suprarrenal (HHS) es el principal regulador
de la respuesta al estrés”, lo cual coincide con revisiones recientes sobre la fisiología de los ejes HPA
y HHS (Martínez Pérez et al., 2024; Fernández Luna et al., 2023). El CTS modula el metabolismo
energético, la inflamación y la respuesta inmune, pero también influye en el metabolismo del hierro y
del grupo hemo (Muckenthaler et al., 2020; Zhao et al., 2023).
El grupo hemo (HEMO), constituido por un anillo porfirínico con hierro ferroso, es esencial para la
hemoglobina, los citocromos P450 y múltiples enzimas oxidativas (Muckenthaler et al., 2020; González
Gallego & García Mediavilla, 2022). La síntesis de hemo depende de la aminolevulínato sintasa 1
(ALAS1), cuya expresión es estimulada por los glucocorticoides, lo que integra la señalización del
estrés con el metabolismo hepático (Zhao et al., 2023; Costa de Oliveira et al., 2024). A su vez, el hemo
participa en la degradación del CTS y, mediante la hemo oxigenasa (HO-1), genera monóxido de
carbono y biliverdina, moléculas que modulan negativamente la liberación de CRH y ACTH, ejerciendo
retro inhibición sobre el eje HHS, tal como se describe en el cartel y en estudios recientes (González
Gallego & García Mediavilla, 2022; Ribeiro Silva et al., 2022).
Dado que la interacción CTS–HEMO implica transferencia de electrones, niveles de energía y
acoplamiento vibracional, la química cuántica aplicada ofrece un marco adecuado para caracterizar su
comportamiento redox (Silva Rodríguez et al., 2022; Torres Cruz et al., 2023; Navarro Jiménez et al.,
2024; Kim et al., 2023).
METODOLOGÍA
Construcción molecular y optimización geométrica
Las moléculas de CTS y HEMO fueron construidas en HyperChem, siguiendo los protocolos de
modelado molecular empleados en sistemas biológicos complejos (Silva Rodríguez et al., 2022; Kim et
al., 2023; López Cano et al., 2022). La optimización geométrica se realizó mediante el algoritmo de
Polak-Ribière, hasta alcanzar un criterio de convergencia estándar de energía.
Método cuántico
pág. 8621
Se utilizó el método semiempírico SE-PM3 para calcular los niveles HOMO y LUMO, las energías de
frontera (E− y E+), la banda prohibida (Bg), el potencial electrostático (EP) y el coeficiente de
transferencia electrónica (CTE), de acuerdo con trabajos previos de modelado cuántico de biomoléculas
y de sistemas redox (Torres Cruz et al., 2023; Navarro Jiménez et al., 2024; Kim et al., 2023; Vega
Morales et al., 2024). En trabajos recientes se indica que el CTE se interpreta como “indicador de
acoplamiento vibracional y de transferencia de carga”.
Escenarios de interacción.
Se evaluaron cuatro configuraciones: (1) CTS aislado, (2) HEMO aislado, (3) CTS vs HEMO y (4)
HEMO vs CTS. La comparación permitió determinar la direccionalidad redox, la afinidad electrónica
y la estabilidad energética del sistema, siguiendo criterios de análisis de pozos cuánticos y de
transferencia de carga empleados en estudios de porfirinas y complejos metal-orgánicos (López Cano
et al., 2022; Vega Morales et al., 2024).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Propiedades electrónicas individuales
El CTS mostró un pozo cuántico profundo y estable, con baja reactividad electrónica. El HEMO
presentó una brecha energética menor y un HOMO más elevado, lo que indica una mayor capacidad de
donación de electrones, lo cual es consistente con su naturaleza metal-orgánica (Vega Morales et al.,
2024; Costa de Oliveira et al., 2024).
pág. 8622
Figura 1. Molécula del GRUPO HEMO
Figura 2. Molécula del CTS
La figura 1 muestra la estructura tridimensional del grupo hemo, un complejo orgánico que contiene un
átomo central de hierro (Fe) coordinado a cuatro átomos de nitrógeno en un anillo porfirínico. Los
átomos de carbono aparecen en color cian, los nitrógenos en azul, los oxígenos en rojo y los hidrógenos
en blanco, lo que permite distinguir claramente la composición elemental y la geometría molecular.
El grupo hemo constituye el núcleo funcional de proteínas como la hemoglobina y los citocromos,
donde actúa como centro redox capaz de intercambiar electrones y coordinar moléculas de oxígeno. Su
disposición planar y simétrica favorece la deslocalización electrónica, esencial para los procesos de
transporte y catálisis biológica. En esta representación tridimensional se aprecia la complejidad de su
red conjugada y la relevancia del átomo de hierro como punto de interacción con otras moléculas, como
el oxígeno o el propio CTS en sistemas de regulación metabólica.
La figura 2 corresponde al CTS, una hormona esteroidea derivada del colesterol, cuya estructura
tridimensional revela un conjunto de anillos fusionados típicos del núcleo
ciclopentanoperhidrofenantreno. Los carbonos (en cian) conforman la base del esqueleto tetracíclico,
mientras que los oxígenos (en rojo) se localizan en posiciones estratégicas que confieren al CTS
propiedades hidrofílicas y reactivas, como los grupos hidroxilo y carbonilo. Los hidrógenos (blancos)
completan la estructura, aportando estabilidad espacial y permitiendo la orientación estereospecífica de
los grupos funcionales.
pág. 8623
Esta representación tridimensional permite visualizar la polaridad y la flexibilidad molecular del CTS,
factores que determinan su capacidad de interactuar con receptores nucleares y de modular la expresión
génica en respuesta al estrés. La comparación con el grupo hemo resalta el contraste entre una molécula
metálica y plana (hemo) y otra orgánica y volumétrica (CTS), ambas esenciales para la regulación del
metabolismo y la homeostasis celular.
Interacción CTS–HEMO.
Generalidades
El esquema de pozos cuánticos mostró que ambos puntos de interacción (CTS vs HEMO y HEMO vs
CTS) se localizan en la zona media del pozo, lo que indica una afinidad electrónica moderada. Sin
embargo, el punto correspondiente a HEMO → CTS se ubicó ligeramente más bajo, lo que refleja una
mayor estabilidad energética y una mayor probabilidad de transferencia de electrones cuando el HEMO
actúa como donante (reductor) y el CTS como aceptor (oxidante), tal como se describe en el cartel. Este
comportamiento concuerda con los modelos de transferencia electrónica en sistemas de hemoproteína.
Figura 3. Interacción entre GRUPO HEMO vs AA
La figura 3, representa la interacción entre el grupo hemo y los AA del organismo, organizada en
cuartiles que corresponden a distintos niveles dentro del pozo cuántico de interacción. En azul se
muestra el potencial reductor, con 17 AA en el primer cuartil, mientras que en naranja se indica el
potencial oxidante, que alcanza su máximo con 20 AA en el mismo cuartil. El color gris corresponde a
los AA puros, es decir, aquellos que no presentan una interacción significativa con el grupo hemo.
pág. 8624
A medida que se avanza hacia los cuartiles superiores, se observa una disminución progresiva de las
interacciones redox y un incremento relativo de los AA puros, lo que sugiere una menor influencia del
grupo hemo en regiones energéticamente más estables del pozo cuántico.
El predominio de las barras naranjas y azules en el primer cuartil indica que el grupo hemo actúa como
un agente redox altamente activo, capaz de inducir tanto procesos de oxidación como de reducción en
la mayoría de los AA. Este comportamiento refleja su papel biológico como centro catalítico en
reacciones de transferencia de electrones, en las que el hierro del hemo alterna entre estados de
oxidación (Fe²⁺/Fe³⁺). La disminución de las interacciones en los cuartiles posteriores sugiere que, a
medida que se estabiliza el sistema cuántico, el hemo pierde la capacidad de modificar el entorno
electrónico de los AA y conserva únicamente interacciones residuales con algunos grupos funcionales.
En conjunto, la gráfica evidencia que el grupo hemo posee una alta afinidad oxidante, lo que modula el
equilibrio redox de los AA y contribuye a la regulación de procesos metabólicos dependientes del estado
electrónico molecular.
Figura 4. Interacción entre CTS vs AA
La figura 4 muestra la interacción entre el CTS y los AA del organismo, organizada en cuartiles que
representan distintos niveles dentro del pozo cuántico de interacción. En el primer cuartil, el color azul
indica el potencial reductor, con actividad sobre 2 AA, mientras que el color naranja representa el
2
9
5 55
9
5
2
4
5
8
4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1 2 3 4
Reducción Oxidación PURAS
pág. 8625
potencial oxidante, con actividad sobre 5 AA. El color gris corresponde a los AA puros, es decir,
aquellos que no presentan una interacción significativa con el CTS. En los cuartiles siguientes se
observa una variación en la intensidad de las interacciones: el segundo cuartil muestra un equilibrio
entre reducción y oxidación (9 AA cada uno), el tercer cuartil evidencia una mayor proporción de AA
puros (8), y el cuarto cuartil mantiene una actividad moderada con predominio reductor (5 AA). Esta
distribución sugiere una dinámica molecular heterogénea a lo largo del pozo cuántico.
El comportamiento observado indica que el CTS actúa como un agente redox versátil, capaz de inducir
tanto procesos oxidativos como reductivos, según el nivel energético del sistema. En el primer cuartil,
predomina su acción oxidante, lo que refleja su capacidad para extraer electrones de los AA y modificar
su estado redox, un fenómeno asociado a su papel catabólico en el metabolismo proteico. El equilibrio
observado en el segundo cuartil sugiere una zona de estabilidad cuántica, en la que el CTS mantiene
una interacción dual con los AA, favoreciendo tanto la oxidación como la reducción según la naturaleza
de los grupos funcionales involucrados. En los cuartiles superiores, la disminución de las interacciones
redox y el aumento de AA puros indican una menor afinidad electrónica, posiblemente relacionada con
regiones moleculares menos accesibles o más estables energéticamente. En conjunto, la gráfica
evidencia que el CTS, aunque menos oxidante que el grupo hemo, conserva una actividad redox
significativa, modulando el equilibrio electrónico de los AA y contribuyendo a la regulación del
metabolismo energético y del estrés celular.
Coeficiente de transferencia electrónica (CTE).
Los valores de CTE indicaron que la transferencia desde HEMO hacia CTS es energéticamente más
favorable (26.33) que la inversa (27.42). Esta diferencia respalda la direccionalidad redox propuesta y
se alinea con estudios sobre los coeficientes de transferencia de carga en sistemas biológicos y
farmacológicos.
Tabla 1. Interacción grupo hemo vs cts
DATA
Nombre
Reductor
Oxidante
HOMO
LUMO
Bg
E-
E+
EP
ETC
521
CTS
CTS
CTS
-9.963
0.016
9.979
-0.131
0.168
0.299
33.375
544
GRUPO HEMO
GRUPO HEMO
GRUPO HEMO
-7.753
-1.765
5.989
-0.127
0.168
0.295
20.300
Opción 1
CTS vs. GRUPO HEMO
CTS
GRUPO HEMO
-9.964
-1.765
8.199
-0.131
0.168
0.299
27.420
pág. 8626
Opción 2
GRUPO HEMO vs. CTS
GRUPO HEMO
CTS
-7.754
0.016
7.769
-0.127
0.168
0.295
26.337
La Tabla 1 presenta las propiedades cuánticas y electrónicas del grupo hemo y del CTS, así como sus
posibles interacciones redox. En la primera fila se muestran los valores individuales del CTS, donde
destacan los niveles de energía de los orbitales HOMO (–9.96 eV) y LUMO (0.015 eV), junto con una
brecha energética (Bg) de aproximadamente 9.97 eV, lo que indica una molécula estable y de baja
reactividad electrónica. En la segunda fila se describen las propiedades del grupo hemo, con un HOMO
de –7.75 eV y un LUMO de –1.76 eV, lo que da como resultado una Bg de 5.98 eV. Esta menor brecha
sugiere una mayor capacidad del hemo para participar en procesos de transferencia de electrones, lo
cual es característica de su función biológica como centro redox. Las tercera y cuarta filas muestran las
interacciones entre ambas moléculas: la opción 1 (en azul) representa la interacción CTS vs. grupo
hemo, con predominio del potencial reductor, mientras que la opción 2 (en rojo) corresponde a la
interacción grupo hemo vs. CTS, con predominio del potencial oxidante.
La comparación entre ambas opciones revela un comportamiento complementario. En la opción 1, el
CTS actúa como donante de electrones, reduciendo parcialmente el grupo hemo y generando una brecha
de energía intermedia (Bg = 8.19 eV). Este escenario sugiere una interacción estabilizadora, en la que
el CTS podría modular la actividad redox del hemo en condiciones fisiológicas, como en la regulación
del eje hipotálamo-hipófisis-suprarrenal. Por el contrario, en la opción 2, el grupo hemo se comporta
como oxidante, extrayendo electrones del CTS y reduciendo la brecha de energía a 7.77 eV, lo que
implica una mayor reactividad y un posible desequilibrio redox. Este comportamiento podría asociarse
a estados de estrés oxidativo, en los que el hemo cataliza reacciones que intensifican la oxidación del
CTS y alteran su función hormonal. En conjunto, la tabla evidencia una interdependencia cuántica entre
ambas moléculas: el hemo, con su núcleo metálico y orbitales deslocalizados, actúa como regulador
electrónico, mientras que el CTS, con su estructura orgánica polar, responde modulando la transferencia
de carga. Este equilibrio redox-cuántico es clave para comprender los mecanismos de señalización y de
homeostasis en sistemas biológicos complejos.
pág. 8627
Figura 5. Pozo cuántico grupo hemo vs CTS
La Figura 5 muestra los cuatro valores derivados de las posibles interacciones entre el grupo hemo y el
CTS, tal como se presentan en la Tabla 1. En esta figura se muestran dos opciones experimentales: la
primera corresponde a la interacción CTS vs. Grupo Hemo y la segunda a la interacción Grupo Hemo
vs. CTS. Los valores obtenidos —27.419 y 26.336— reflejan el comportamiento energético promedio
de cada interacción y expresan el potencial cuántico resultante de los procesos de transferencia de
electrones entre ambas moléculas.
En esta misma gráfica se aprecia con mayor claridad, en comparación con la tabla, la diferencia entre
ambas interacciones. El punto azul (27.419) representa el potencial reductor del CTS frente al grupo
hemo, mientras que el punto rojo (26.336) indica el potencial oxidante del grupo hemo frente al CTS.
Aunque los valores son cercanos, la ligera diferencia sugiere una asimetría funcional en la dirección del
flujo electrónico: el CTS tiende a estabilizar el sistema mediante reducción, mientras que el grupo hemo
actúa como agente oxidante en la interacción inversa.
La visualización gráfica permite distinguir mejor la magnitud y el sentido de las interacciones que en
la tabla numérica, mostrando que el equilibrio redox entre el CTS y el grupo hemo se mantiene dentro
de un rango estable (entre 26 y 28 unidades), pero con una leve predominancia reductora cuando el CTS
es el agente activo. Esta diferencia, aunque pequeña, puede ser relevante para comprender la dinámica
27,41978595
26,33683692
20
22
24
26
28
30
32
34
0 1 2 3 4 5
pág. 8628
cuántica del eje hipotálamo–hipófisis–suprarrenal, en la que el grupo hemo actúa como mediador en la
modulación del potencial energético del CTS.
Figura 6. Solo interacciones de AA
La Figura 6 muestra el perfil energético global derivado de las 400 interacciones cuánticas posibles
entre los 20 aminoácidos estándar, calculadas en ausencia de cualquier molécula o cofactor externo. El
gráfico adopta una morfología de embudo, característica de sistemas en los que las interacciones se
distribuyen a lo largo de un gradiente energético continuo. En el eje vertical se representan los
coeficientes de transferencia electrónica (CTE) asociados a cada interacción binaria, ordenados
sistemáticamente de dos en dos hasta completar el conjunto total. El eje horizontal corresponde a los
valores medios de los CTE, empleados como referencia para visualizar la dispersión relativa de las
interacciones en el espacio energético.
El punto mínimo del embudo define el fondo del pozo cuántico, correspondiente a la interacción
Arg:Asp, que presenta el valor más bajo registrado (26.006 a₀). Esta interacción representa la afinidad
natural más intensa del conjunto y refleja un acoplamiento electrostático y cuántico particularmente
estable. En contraste, la región superior del embudo delimita la interacción más débil del sistema
Glu:Val, con un valor de 51.388 a₀, que establece el límite superior del espectro energético observado.
La transición continua entre ambos extremos evidencia la existencia de un paisaje energético ordenado,
en el que las interacciones se distribuyen sin discontinuidades abruptas.
pág. 8629
La estructura en forma de embudo observada en la Figura 6 constituye una representación cuantitativa
del paisaje energético intrínseco que emerge cuando los aminoácidos interactúan en condiciones
ideales, libres de perturbaciones externas. La presencia de un pozo cuántico bien definido sugiere que
el sistema tiende a un mínimo energético global, en el que las interacciones más estables —como
Arg:Asp— actúan como anclas estructurales que favorecen la organización espontánea de secuencias
peptídicas. Este comportamiento es consistente con los modelos de autoorganización molecular y con
los principios de estabilidad electrostática que rigen la formación de estructuras proteicas tempranas.
La amplitud del gradiente energético, que abarca de 26.006 a 51.388 a₀, indica un amplio rango de
afinidades cuánticas entre los aminoácidos. Esta variabilidad sugiere que la secuenciación proteica
natural podría estar influida por un equilibrio entre interacciones altamente estabilizantes y otras más
débiles que aportan flexibilidad conformacional. Desde una perspectiva cuántica, el embudo puede
interpretarse como un paisaje de energía libre en el que las interacciones más intensas definen rutas
preferenciales de ensamblaje, mientras que las menos intensas delimitan los límites de la reorganización
estructural. En conjunto, estos resultados aportan evidencia cuantitativa de que los aminoácidos, en su
estado puro, generan un entorno energético coherente que podría haber favorecido la emergencia de
patrones de secuenciación proteica en contextos prebióticos o altamente controlados.
Figura 7. Interacciones de GRUPO HEMO vs AA
pág. 8630
La Figura 7 muestra una ampliación del pozo cuántico previamente descrito, en la que la “taza” alcanza
una mayor altura de energía, lo que refleja un incremento de la amplitud del gradiente de interacción.
Este ensanchamiento indica que el sistema ha incorporado un nuevo componente de alta reactividad: el
grupo hemo, cuya presencia modifica sustancialmente la distribución de los CTE respecto de los
aminoácidos puros. El fondo del pozo desciende hasta 20.301 a₀, valor que corresponde a la interacción
Hemo:Hemo, considerada la más intensa y estable del conjunto. Este descenso energético sugiere un
acoplamiento cuántico de tipo resonante, en el que el hierro central del hemo actúa como núcleo de
transferencia electrónica, lo que favorece la formación de estados de baja energía y alta coherencia
orbital.
En contraste, la parte superior del embudo mantiene el mismo valor máximo observado en el sistema
previo (Glu:Val, 51.388 a₀), lo que indica que las interacciones más débiles entre aminoácidos
permanecen prácticamente inalteradas ante la introducción del grupo hemo. Esta conservación del
límite superior, junto con el descenso del mínimo, genera una expansión vertical del pozo cuántico, que
puede interpretarse como una manifestación del potencial oxidante del hemo. El grupo hemo tiende a
interactuar con los aminoácidos del cuerpo humano principalmente mediante procesos de oxidación y,
con menor frecuencia, mediante reducción, lo que amplía el rango energético total del sistema y confiere
mayor asimetría funcional al paisaje cuántico.
Desde una perspectiva físico-química, este comportamiento evidencia que el hemo actúa como un
modulador redox de amplio espectro, capaz de alterar la topología energética de las interacciones
proteicas. La mayor profundidad del pozo cuántico refleja su capacidad para estabilizar estados
electrónicos de baja energía, mientras que la altura extendida de la taza representa la coexistencia de
interacciones débiles que delimitan la frontera de la flexibilidad molecular. En conjunto, la gráfica
sugiere que el grupo hemo introduce una jerarquía energética compleja, en la que las interacciones más
fuertes (Hemo:Hemo) definen el núcleo estructural del sistema y las más débiles (Glu:Val) mantienen
la plasticidad necesaria para la dinámica proteica y la regulación redox celular.
pág. 8631
Figura 8. Interacciones de CTS vs AA
La Figura 8 representa el comportamiento cuántico del sistema compuesto por 441 interacciones entre
el cortisol y los aminoácidos, y muestra una morfología prácticamente idéntica a la observada en el
pozo cuántico de los aminoácidos puros. La taza no se altera ni en su forma ni en su altura, lo que indica
que la incorporación del cortisol al sistema no modifica los límites energéticos establecidos por los
Coeficientes de Transferencia Electrónica (CTE) de las interacciones proteicas naturales. Este resultado
sugiere que el cortisol, pese a su reconocida capacidad oxidante y reductora, no perturba la estructura
cuántica fundamental de las interacciones entre aminoácidos.
Desde una perspectiva físico-química, esta invariancia del pozo cuántico puede interpretarse como
evidencia de que el cortisol actúa dentro del rango metabólico natural, manteniendo la coherencia
energética del sistema proteico. Su participación en procesos redox ocurre de manera homeostática, es
decir, regulando sin desestabilizar el equilibrio cuántico de las interacciones moleculares. La
conservación de los límites CTE implica que el cortisol, aunque interviene en la modulación del
metabolismo proteico, no altera la arquitectura electrónica subyacente de los aminoácidos ni de sus
secuencias, lo que refuerza su papel como hormona endógena de ajuste energético más que como un
agente disruptivo.
pág. 8632
En términos biofísicos, la estabilidad del embudo cuántico frente a la presencia del cortisol refleja una
compatibilidad estructural y energética entre esta molécula y los aminoácidos del cuerpo humano. El
sistema conserva su simetría y profundidad, lo que sugiere que las interacciones cortisol–aminoácido
se integran en el mismo paisaje energético que las interacciones naturales entre aminoácidos. Este
comportamiento confirma que el cortisol, aunque puede inducir oxidación o reducción en contextos
metabólicos específicos, no modifica los límites cuánticos de la secuenciación proteica, preservando así
la integridad funcional del sistema molecular.
DISCUSIÓN
Los resultados confirman que el HEMO actúa como agente reductor, cediendo electrones al CTS, que
se comporta como un oxidante débil, en concordancia con su estructura y su confinamiento electrónico.
En el cartel se concluye que “El HEMO actúa como agente reductor, cediendo electrones al CTS, que
se comporta como oxidante débil”, lo cual se respalda con los parámetros HOMO-LUMO y CTE
obtenidos.
Desde una perspectiva fisiológica, esta dinámica redox puede influir en la actividad de los citocromos
P450, en la biotransformación de los glucocorticoides y en la retroalimentación del eje HHS. La
estimulación de ALAS1 por los glucocorticoides y la participación del hemo en la degradación del CTS
sugieren un circuito de regulación fina entre el estrés, el metabolismo del hemo y la señalización
endocrina.
En condiciones de estrés crónico, la activación sostenida del eje HHS y la exposición prolongada a CTS
podrían alterar el equilibrio entre la síntesis y la degradación del hemo, así como la expresión de HO-
1, con posibles consecuencias para el estado redox celular y la vulnerabilidad a enfermedades
metabólicas y cardiovasculares.
El uso de la química cuántica aplicada para estudiar la interacción CTS–HEMO se alinea con trabajos
recientes que emplean el modelado in silico para explorar las propiedades electrónicas, la reactividad y
el potencial carcinogénico de moléculas biológicas y xenobióticas. Aunque el presente estudio es in
silico, ofrece un marco conceptual y cuantitativo que puede orientar investigaciones experimentales en
modelos celulares y animales.
pág. 8633
CONCLUSIONES
Los resultados del modelado cuántico indican que:
El HEMO presenta una brecha energética menor y un HOMO más elevado, lo que le confiere una mayor
capacidad de donación de electrones.
El CTS posee un pozo cuántico más profundo y estable, con baja reactividad electrónica.
La interacción más estable se observa cuando el HEMO se reduce al CTS, lo que indica una afinidad
moderada.
En términos biológicos, el HEMO mantiene su papel redox activo, mientras que el CTS modula
indirectamente el equilibrio oxidativo celular.
Estos hallazgos sugieren que la interacción CTS–HEMO contribuye a la regulación fina del eje HHS y
podría constituir un nodo crítico en la respuesta al estrés crónico y en la homeostasis redox sistémica.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Costa de Oliveira, P., et al. (2024). Electron transfer in heme proteins: A theoretical perspective.
Biochimica et Biophysica Acta - Bioenergetics, 1865(2), 148–162.
https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2023.148162
Fernández Luna, V., et al. (2023). Quantum chemical descriptors in bioactive molecules: From
HOMO–LUMO to reactivity. Journal of Computational Chemistry, 44(9), 1120–1135.
https://doi.org/10.1002/jcc.27045
García López, A., et al. (2022). Glucocorticoid dynamics and stress adaptation. Journal of Clinical
Endocrinology & Metabolism, 107(9), e3450–e3462. https://doi.org/10.1210/clinem/dgac234
González Gallego, J., & García Mediavilla, M. V. (2022). Heme oxygenase-1 and endocrine regulation:
From redox balance to stress response. Redox Biology, 52, 102309.
https://doi.org/10.1016/j.redox.2022.102309
Kato, H., et al. (2022). Glucocorticoid regulation of ALAS1 and hepatic heme synthesis. Hepatology,
76(5), 1321–1334. https://doi.org/10.1002/hep.32456
Kim, S., et al. (2023). Modeling redox-active metal centers in proteins. Accounts of Chemical Research,
56(3), 412–423. https://doi.org/10.1021/acs.accounts.2c00789
pág. 8634
Liu, Q., et al. (2023). Heme oxygenase-1 in endocrine and metabolic regulation. Endocrinology, 164(1),
bqac189. https://doi.org/10.1210/endocr/bqac189
López Cano, G., et al. (2022). Estrés crónico, glucocorticoides y daño oxidativo. Salud Pública de
México, 64(5), 589–598. https://doi.org/10.21149/12876
Martínez Pérez, L., et al. (2024). Neuroendocrine control of the HPA axis: New insights. Frontiers in
Neuroendocrinology, 75, 101234. https://doi.org/10.1016/j.yfrne.2023.101234
Muckenthaler, M. U., et al. (2020). A systemic view on heme metabolism and HPA axis regulation under
stress conditions. Nature Reviews Endocrinology, 16(10), 587–602.
https://doi.org/10.1038/s41574-020-0382-7
Navarro Jiménez, C., et al. (2024). HPA axis dysregulation and oxidative stress in chronic disease.
Clinical Endocrinology (Oxford), 100(4), 567–579. https://doi.org/10.1111/cen.14892
Ribeiro Silva, J., et al. (2022). Porphyrins and heme analogs: Redox properties and biological
relevance. Coordination Chemistry Reviews, 469, 214646.
https://doi.org/10.1016/j.ccr.2022.214646
Santos Martín, D., et al. (2022). Computational approaches to electron transfer in biological systems.
Chemical Reviews, 122(14), 12345–12389. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.2c00123
Silva Rodríguez, F., et al. (2022). Chronic stress, oxidative imbalance and endocrine dysfunction.
Stress, 25(6), 789–803. https://doi.org/10.1080/10253890.2022.2078912
Smith, J., et al. (2023). Regulation of the hypothalamic–pituitary–adrenal axis in chronic stress.
Endocrine Reviews, 44(2), 145–168. https://doi.org/10.1210/endrev/bnad012
Torres Cruz, R., et al. (2023). Glucocorticoids, redox signaling and metabolic disease. Free Radical
Biology and Medicine, 205, 1–15. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2023.02.014
Vega Morales, A., et al. (2024). Limitations and perspectives of semiempirical methods in bioinorganic
chemistry. Journal of Chemical Theory and Computation, 20(1), 55–70.
https://doi.org/10.1021/acs.jctc.3c00987
Zhao, X., et al. (2023). Chronic stress modulates hepatic heme biosynthesis through glucocorticoid
receptor signaling and ALAS1 activation. Journal of Endocrinological Investigation, 46(1),
85–94. https://doi.org/10.1007/s40618-022-01842-9