Redução voltamétrica de artemisinina e sua interação com grupo heme (hemina) / Voltammetric reduction of artemisinin and its interaction with heme (hemin)

A malária é a endemia tropical mais devastadora do mundo e esse quadro é agravado pela ausência de tratamento eficaz. Entretanto, a resistência dos plasmódios à artemisinina não apresenta relevância clínica e seu mecanismo de ação está associado ao grupo heme, com formação de radicais livres e rompimento da ponte endoperóxido. O comportamento voltamétrico da artemisinina foi estudado por voltametria cíclica e voltametria de onda quadrada. O fármaco é irreversivelmente reduzido em eletrodos de carbono vítreo e os valores de potencial de pico não sofrem influência da acidez do meio, porém observou-se o maior valor de corrente em pH 6,0. O comportamento voltamétrico da artemisinina foi significativamente alterado na presença do grupo heme, provocando uma antecipação de seu pico de redução em cerca de 600 mV. Por voltametria de onda quadrada observou-se que este novo pico foi sensível à adição crescente de concentração de hemina, atingindo valor de corrente cerca de 10 vezes maior em relação ao pico original da artemisinina, numa relação de concentração de 20 mmol/L para o primeiro e 50 mmol/L do segundo. Além disso, resultados indicaram que esse processo eletrocatalítico ocorreu pela formação de Fe(II)-hemina na superfície do eletrodo, com provável processo de eletro-polimerização da hemina sobre o eletrodo de carbono vítreo. Esse efeito adsortivo foi avaliado a partir da estimativa da concentração superficial (G) de hemina sobre o eletrodo de trabalho em pH 6,0. A modificação do eletrodo de carbono vítreo por hemina mostrou que a interação entre artemisinina e o grupo heme ocorre predominantemente sobre a superfície do eletrodo e não em solução. Portanto, esclarecer o mecanismo de ação da artemisinina é importante para o planejamento e desenvolvimento de novos agentes antimaláricos.

Malaria is the tropical disease most devastating of the world and this situation is worsened by the absence of effective treatment. However, the plasmodium resistance to artemisinin does not show clinical relevance. The drug mechanism of action is associated to the heme group, with free radical formation and endoperoxide moiety breakage. The voltammetric behavior of artemisinin was studied by cyclic and square-wave voltametries. This drug was irreversibly reduced on glassy carbon electrode and the peak potential values are pH independent, however the biggest value of current peak was observed at pH 6.0. The voltammetric behavior of artemisinin was significantly changed in the heme group presence, provoking an anticipation of about 600 mV on cathodic peak. By square-wave voltammetry it was observed that this new peak was sensitive to the hemin concentration, reaching a value around 10 times larger regarding the original cathodic peak of artemisinin, being the concentration of 20 mmol/L for the former and 50 mmol/L for the latter. In addition, results indicated that this electro-catalytic process depends on the Fe(II)-hemin formation on the electrode surface, indicating the possible electro-polymerization of hemin on the glassy carbon electrode. This adsorptive effect was evaluated from the superficial concentration (G) estimation of the hemin on the working electrode at pH 6.0. The modification of the glassy carbon electrode using hemin showed that the interaction between artemisinin and the heme group predominantly occurs on the electrode surface and not in solution. Therefore, clarifying artemisinin mechanism of action is important in order to contribute for the design and development of new antimalarial agents.

Theoretical evaluation of adiabatic and vertical electron affinity of some radiosensitizers in solution using FEP, ab initio and DFT methods.

The biological activity of radiosensitizers is associated to their electron affinity (EA), which can be divided in two main processes: vertical and adiabatic. In this work, we calculated the EAs of nitrofurans and nitroimidazoles (Fig. 2) using Hartree-Fock (HF) and density functional theory (DFT) methods and evaluated solvent effects (water and carbon tetrachloride) on EAs. For water, we combined the polarized continuum model (PCM) and free energy perturbation (FEP) (finite difference thermodynamic integration, FDTI) methods. For carbon tetrachloride, we used the FDTI method. The values of adiabatic EA obtained are in agreement with experimental data (deviations of 0.013 eV). The vertical EAs were calculated according to Cederbaum's outer valence Green function (OVGF) method. This methodology, which relies on theoretical aspects of free energy calculations on charged molecules in solution, was used to select potential selective radiosensitizers from recently reported compounds and could be helpful in the rational design of new and more selective bioreductive anticancer drugs.

Comportamento voltamétrico e mecanismo de ação biológica de nitroimidazóis / Mechanism of biological action and voltammetric behaviour of nitroimidazoles

Os derivados nitroimidazólicos são fármacos que apresentam amplo espectro de ação e possuem mecanismo de redução complexo. A ação biológica dos nitrocompostos é dependente da redução do grupo nitro. O radical nitro aniônico e o derivado hidroxilamínico são os principais intermediários responsáveis pela ação citotóxica dos nitroimidazóis. Este artigo de revisão discute o mecanismo de ação biológica dos nitroimidazóis e de que modo as técnicas voltamétricas apresentam-se como altenativa para a compreensão do mecanismo de redução desse grupo de fármacos e suas correlações com atividade biológica, seletividade tóxica e eficiência terapêutica. Aborda, também, os principais aspectos do comportamento voltamétrico do metronidazol, tendo o eletrodo de gota de mercúrio como eletrodo de trabalho, além dos recentes avanços no uso de eletrodo de carbono vítreo modificado com DNA aplicado à análise e ao estudo do mecanismo de ação de fármacos