“Aplicações Analíticas de Eletrodos de Pasta de Carbono Quimicamente

Modificados em Soluções de Guanina”

Robson Pinho da Silva

Orientadora: Profª Drª Sílvia Helena Pires Serrano

Laboratório de Bioeletroanalítica

Biossensores de DNA

Sensor de hibridização

Matriz para imobilização enzimática

Eletrodos Quimicamente Modificados com DNA

Podem ser utilizados para:

Caracterizar a interação entre Fármacos-DNA. Neste caso o fármaco tem o DNA como molécula alvo in vivo.

Caracterizar o comportamento redox e o desenvolvimento de metodologia analítica para quantificação de compostos de interesse biológico.

Brett et al. Electroanal., 8 (11) 992 - 995 (1996).

Sítios de oxidação da bases

Modificação dos Eletrodos com DNA

Eletrodo

DNA DuplaHélice

DNA degradado

0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3

Ip(adenina)

Ip(guanina)

2 A

6º

1º

E / V

V.P.D. registrados com EPC/DNA. Solução de DNA degradado 80 µg mL-

1 em tampão acetato pH 4,5. Em vermelho branco apenas em tampão. = 5 mV s-1, E = 50mV, larg. de pulso = 70 ms.

Brett et al., In Comprrensive Chemical Kinetics;, Vol.37., Cap.3, pag.91 –119, R.G. Compton e G. Hancock (Editores), Oxford University Press, Oxford, 1999 Inglaterra

Identificação dos mecanismos de interação entre intermediários de redução dos nitrocompostos e o DNA .

Aplicações:

Os sítios preferenciais de ataque dos intermediários de redução dos nitrocompostos são as bases purínicas (adenina e guanina)

Desenvolvimento de

Metodologia Analítica

No estudo do mecanismo de interação com

Fármacos – Bases purínicas

Objetivos

Preparar Eletrodos Quimicamente Modificados a partir desta bases.

Analitos de Interesse: NADH, NADPH, Ácido Úrico e 8-oxo-Guanina

Primeira base utilizada foi a Guanina

Eletrodos Quimicamente Modificados

Moléculas que via de regra, causam envenenamento superficial devido à adsorção dos produtos de oxidação.

P

O-

O-

O-

P

O-

O-

O-

NADH e NADPH

NADH e NADPH:

São cofatores enzimáticos

Determinação de Atividade Enzimática.

Esclarecimento do mecanismo de Ação Enzimática

Desenvolvimento de Biossensores para substratos não eletroativos ou com eletroatividade em valores extremos de potencial

Um dos principais produtos finais do catabolismo de purinas (guanina e adenina)

Ácido Úrico

Componente fisiológico associado aos sintomas de algumas doenças por exemplo a gota.

8-oxo-guanina:O maior produto de degradação oxidativa do Dna. Usado como traçador biológico de estresse oxidativo.

Altos níveis dessa substâncias podem estar associados à incidência de câncer.

Experimental

Eletrodos de trabalho:

Pasta de carbono, (EPC)

Pasta de carbono modificado em solução de Guanina (EPC/G)

Pasta de carbono modificado em solução de 8-oxo-guanina (EPC/8-OXO).

Eletrodo de referência:

Ag/AgCl (KCl sat.)

Eletrodo auxiliar:

Pt.Equipamentos:

Potenciostato/ Galvanostato: Eco Chemie, Autolab, modelo PGSTAT 20 e aquisição de dados pelo software GPS 3.1.

pH-metro: modelo 654, Eletrodo de vidro combinado 6.0205.100 ( OE ), ambos da Metrohm.

Modificação de eletrodos de trabalho:

Solução de Guanina 50 mM em tampão universal pH 8,0

Solução de 8-oxo-guanina 50 mM em tampão universal pH 8,0

12 min. de condicionamento a 0,2 V; 0,4 V ou 1,1 V, sob agitação.

Medidas voltamétricas dos analitos

Solução tampão PIPES pH 7,0

Faixas de concentração: 15 a 824 M para 8-oxo-guanina e 7,5 a 841 M para os demais.

Voltamogramas de pulso diferencial (D.P. V.)

0,0 Eapl 1,0 V = 5 mV s-1; E = 50 mV larg. de pulso = 70 ms.

RESULTADOS EXPERIMENTAIS

Para otimização das etapas de preparação dos Eletrodos modificados utilizou-se como analito apenas o NADH

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

branco

1 A

E / VD.P.V. registrados em solução de 420 M de NADH em PIPES pH 7,0 em EPC/G . (____) Modificado em solução de guanina a 0,42 V durante 12 min.; (____) Modificado em solução de guanina a 1,1 V durante 12 min.

Ep2

80 mVEp

1 60 mV

E / V

Silva R. P. e Serrano S. H. P., J. of Pharm. and Biom. Anal. 33, 735 – 744 (2003).

Qual a participação da 8-oxo-guanina na

modificação do eletrodo?

Figura 2: V.D.P. registrados em solução de 420 M NADH em tampão PIPES pH 7,0 com: (a) (EPC/8-oxo) modificado à 0,2 V (b) (EPC/8-oxo) modificado à 1,1 V . (c) (EPC/g ) modificado à 1,1 V.

0,80,2 0,4 0,6

E / V

a

3 A

0,8

E / V

0,2 0,4 0,6

b

c

0,2 0,4 0,6 0,8

E / V

Como comprovar que a superfície do eletrodo foi totalmente modificada?

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

40 A

E / V

D.P.V. registrados em solução tampão PIPES, pH 7,0 (brancos) com: (___ ) (EPC) sem modificação; (___ ) (EPC/G) a 1.1 V (___ ) (EPC/8-oxo) modificado a 0,2 V.; (___ ) (EPC/8-oxo) modificado a 1,1 V; (durante 12 min.)

E / V

E / V

E / V

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

(1)

40 A

E / VV.P.D. registrados com (EPC ) modificado em tampão HAc/NaAc, pH 4,5

branco a 1,1 V durante 12 min. em solução: (1) tampão HAc/NaAc, pH 4,5 (2

) 50 M solução de guanina (5º volt.); (3) tampão HAc/NaAc, pH 4,5, após 2

GuaninaEp = 0.83 V

(2)

E / V

(3)

E / V

D.P.V. registrados em solução tampão HAc/NaAc, pH 4,5 branco a 1,1 V durante 12 min. com : (1) EPC modificado em Guanina 5 x 10-5 tampão

HAc/NaAc, pH 4,5 (2 ) EPC modificado em Guanina 5 x 10-4 tampão HAc/NaAc, pH 4,5

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

(1)

E / V

Ep = 0.55 V

(2)

G-d

ímer

o

8 -o

xo-g

uan

ina

Ep = 0.90 V

E / V

O pH da solução de Guanina influencia o

processo de modificação do

eletrodo?

Figura 4: V.P.D. registrados em solução 420 M de NADH (PIPES pH 7,0)

(___) (EPC/G pH 4,5), (___) (EPC/g pH 7,0) e (___) (EPC/G pH 8,0)

O pH da solução de Guanina influencia o processo de modificação do eletrodo?

0.2 0.4 0.6 0.8

3 A

E / V

E / VE / V

Comparações entre os D.P.V. registrados em concentrações crescentes de NADH em tampão PIPES pH 7,0 : EPC e EPC/G .

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

EPC/G pH 8,0

5 A

E / V

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

EPC

5 A

E / V

14 adições no intervalo de concentração : 7,5 x 10-6 M NADH 8,1 x 10-4 M

Em cada adição foram realizados 3 voltamogramas

Curvas Analíticas para NADH

0 200 400 600 8000

2

4

6

8

10 A

Ip(

A)

[NADH] molL-1

Comparações entre as curvas de adição de padrão de NADH, Ip vs. [NADH] : 1a série, 2a série, 3a série e 4a série (A) (EPC); B) (EPC/G);

0 200 400 600 8000

2

4

6

8

10B

Ip(

A)

[NADH] molL-1

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

EPC/G pH 8,0

5 A

E / V

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

EPC

5 A

E / V

Comparações dos V.P.D. em concentrações crescentes de NADPH em tampão PIPES pH 7,0 : EPC e EPC/G .

Faixa de concentração : 7,5 M NADPH 810 M

0 200 400 600 8000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

B

Ip(

A)

[NADPH] molL-1

0 200 400 600 8000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

A

Ip(

A)

[NADPH] molL-1

Comparações entre as curvas de adição de padrão de NADPH, Ip vs. [NADPH] : 1a série, 2a série, 3a série e 4a série (A) (EPC); (B) (EPC/G);

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

EPC/G pH 8,0

5 A

E / VComparações dos D.P.V. em concentrações crescentes de Ácido Úrico em tampão PIPES pH 7,0 : (A) (EPC/G pH 8,0); (B) (EPC) .

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

EPC

5 A

E / V

Faixa de concentração : 7,5 M Ác. Úrico 810 M

Comparações dos D.P.V. em concentrações crescentes de 8-oxo-guanina em tampão PIPES pH 7,0 : (EPC/G) e (EPC) .

Faixa de concentração : 15 M 8-oxo-guanina 840 M

0.2 0.4 0.6 0.2 0.4 0.6

EPC/G

1 A

E / V

EPC

E / V

CONSIDERAÇÕES FINAIS

EPC/G podem ser utilizados para determinação de NADH, NADPH, Ác.

Úrico ou 8-oxo-guanina

Analito Sensibilidade Lim. de Detec.

NADH 3 vezes maior ~ 2 vezes menor

NADPH 10 vezes maior ~ 4 vezes menor

Ac.úrico 2 vezes maior ~2 vezes menor

8 – 0xo 0,1 vezes maior ~2 vezes menor

Comparação entre EPC/G e EPC

Apresenta resultados mais reprodutíveis

Evita adsorção dos produtos de oxidação de NADH e NADPH, Ácido Úrico e 8-oxo-guanina

Favorece o processo de transferência de elétrons

A superfície modificada:

No eletrodo modificado em guanina o processo é controlado por difusão

0 10 20 30 40 50 600

20

40

60

80

100

120

140 B

ed

c

b

a

I lim /

A

1/2 / rpm1/2

0 10 20 30 40 50 600

20

40

60

80

100

120

140

A e

d

c

b

a

I lim / A

1/2 / rpm1/2

Gráfico de I vs. 1/2 obtido pela corrente limite dos voltamogramas cíclicos na diversas velocidade de rotação com: (A) EPC/G (B) EPC; concentrações de NADH: (a) 0,29 mM; (b) 0,55 mM; (c) 0,78 mM, (d) 1,00 mM; (e) 1,20 mM.

A provável composição para superfície modificadora é uma estrutura formada por dímeros ou trímeros formado por guanina e 8-oxo-guanina;

(1) A. M. O. Brett, S. H. P. Serrano e J. A. P. Piedade, “Electrochemistry of DNA”. In: Comprehensive Chemical Kinetics - Book Series, Vol.37., Cap.3, pag.91 –119, R.G. Compton e G. Hancock (Editores), Oxford University Press, Oxford, 1999 Inglaterra

(2) R. Srinivasan, J. C. Murphy e R. Faichtein, J. Electroanal. Chem, 312, 293-300 (1991).

(3) N. J. Tao e Z. Shi, J. Phys. Chem, 98, 1464-1471 (1994).

(4) N. J. Tao e Z. Shi, J. Phys. Chem, 98, 7422-7426 (1994)

Mecanismo de oxidação

Mecanismo de oxidação

Modificação do Eletrodo

0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3

Ip(adenina)

Ip(guanina)

2 A

6º

1º

E / V

Em potencias positivos (+1,4V ) as bases purínicas (guanina e adenina) do DNA degradado em solução são oxidadas na superfície do eletrodo recoberto com filme de DNA modificando-o de forma permanente e dando origem a uma fase condutora.

V.P.D. registrados com EPC/DNA. Solução de DNA degradado 80 µg mL-1 em tampão acetato pH 4,5. Em vermelho branco apenas em tampão. = 5 mV s-1, E = 50mV, larg. de pulso = 70 ms.