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This work investigates the electrochemical behavior, the correlation between the potential of the first reduction peak with giardicidal activity, as well as the interaction with DNA of metronidazole (MTZ) and its derivatives, modified in the lateral chain by fluoride (F-MTZ), chloride (Cl-MTZ), azide (N3-MTZ), bromide (Br-MTZ), iodide (I-MTZ), mesyl (Ms-MTZ) and tosyl (Ts-MTZ) groups. The study was performed in aprotic (DMF + TBAPF6) and in aqueous media (phosphate buffer solution pH 7.2 with 20% ethanol) using glassy carbon (GCE) (d = 1 mm) electrode, using electrochemical techniques such as cyclic voltammetry (CV), differential pulse voltammetry (DPV) and square wave voltammetry (SWV). The mechanism for the reduction of MTZ and its derivatives F-MTZ, Cl-MTZ, N3-MTZ, at 0.100 V s-1 is typical of nitroaromatic compounds and occurs in two stages, the first is monoelectronic, with a reversible nature, corresponding to the nitro anion radical formation, followed by a more pronounced wave at more negative potential, irreversible and multi-electronic which probably leads to the formation of nitroso derivative and other products with extended reduction. The analogues Br-MTZ, I-MTZ, Ms-MTZ and Ts-MTZ, with strong leaving groups, present the first reduction peaks without their anodic counterparts, which are more intense than the second ones, a typical behavior of dissociative electron transfer, an EC process (electron transfer followed by a irreversible chemical reaction). In this medium, the facility of reduction of the eight substrates represented by the reduction potential of the first wave (EpIc) follows the order: I-MTZ > Cl-MTZ > Ts-MTZ > Br-MTZ > Ms-MTZ > N3-MTZ > F-MTZ > MTZ showing an easier redution for derivatives with strong leaving groups. This finding shows correlation with biological activity, mainly against Giardia lamblia. In protic medium, the reduction mechanism is, as expected, entirely different, being characterized by only one irreversible well-defined reduction peak at less cathodic potentials than in aprotic medium, which corresponds to the formation of hydroxylamine when 4 e-/4 H+ are consumed. We also investigated the interaction of the compounds with DNA. MTZ showed a slight interaction with dsDNA by UV-Vis spectroscopy in phosphate buffer pH 7.2 with 20% ethanol. Using DPV at a GCE (d = 3 mm), in acetate buffer, pH 4.5, with 20% ethanol, it was found that practically no interaction occurs between the eight compounds with the film of dsDNA. After electrochemical reduction of the compounds, at adequate cathodic potentials, interaction with the dsDNA film was evidenced, with the presence of the diagnostic anodic peaks at potentials typical of guanine and adenine bases. A different behavior was evidenced in ssDNA solution. All the nitrocompounds interact with ssDNA, even without the step of reductive pre-conditioning, however, the interaction is more intense after reduction. Decrease and shifts of the peak potential of ssDNA towards more positive values are observed. These facts suggest that DNA might be a potential target for these biologically active compounds. Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Este trabalho versa sobre a investigação eletroquímica, a correlação dos potenciais do primeiro pico catódico com a atividade giardicida, assim como a reatividade frente ao DNA do metronidazol (MTZ) e seus análogos modificados na cadeia lateral, o fluorado (F-MTZ), o clorado (Cl-MTZ), com azido (N3-MTZ), o bromado (Br-MTZ), o iodado (I-MTZ), o mesilado (Ms-MTZ) e o tosilado (Ts-MTZ). O estudo foi realizado nos meios aprótico (DMF + TBAPF6) e prótico (tampão fosfato pH 7,2 com 20% de etanol), utilizando eletrodos de carbono vítreo (ECV) (d = 1 mm), por meio de técnicas eletroquímicas como voltametria cíclica (VC), voltametria de pulso diferencial (VPD) e voltametria de onda quadrada (VOQ). O mecanismo de redução para o padrão MTZ e seus derivados F-MTZ, Cl-MTZ, N3-MTZ a 0,100 V s-1, em meio aprótico, é típico de nitroaromáticos, ocorrendo em duas etapas, sendo a primeira de natureza reversível e monoeletrônica, correspondente à formação do ânion radical nitro, seguida por uma onda mais pronunciada em potenciais mais negativos, irreversível e multi-eletrônica, que leva, provavelmente, à formação de derivados nitrosos entre outros produtos de redução estendida. Os análogos Br-MTZ, I-MTZ, Ms-MTZ e Ts-MTZ, com grupos de natureza fortemente abandonadora apresentam o primeiro pico de redução sem o seu correspondente anódico. O perfil voltamétrico é típico de processos eletroquímicos que ocorrem com transferência de elétrons dissociativa, um processo eletroquímico, seguido de reação química acoplada irreversível (EC). Neste meio, a facilidade de redução dos oito compostos representada pelo potencial de redução da primeira onda (EpIc), segue a ordem: I-MTZ > Cl-MTZ > Ts-MTZ > Br-MTZ > Ms-MTZ > N3-MTZ > F-MTZ > MTZ que mostra uma tendência de redução mais fácil para derivados com grupos fortemente abandonadores. Esta tendência correlaciona-se às atividades biológicas dos mesmos, principalmente contra Giardia lamblia. Em meio prótico, o mecanismo de redução, conforme esperado, é totalmente diferente, caracterizando-se por um único pico de redução irreversível e bem definido em potenciais menos catódicos que em meio aprótico e correspondente à formação de hidroxilaminas ao consumir-se 4 e-/4 H+. O MTZ mostrou interagir, apenas, sutilmente com o DNA por espectroscopia UV-Vis em tampão fosfato pH 7,2 com 20% de etanol. Por VPD, em ECV (d = 3 mm), numa solução tampão acetato pH 4.5 com 20% de etanol verificou-se não ter havido qualquer interação entre os oito compostos com o filme de dsDNA, mas quando se fez a aplicação de potencial de redução característico dos mesmos, por tempos definidos, formaram-se produtos de redução que interagiram com o filme de dsDNA, com evidência em VPD, de picos anódicos em potenciais de oxidação típicos das bases guanina e adenina. Diferentemente do filme de dsDNA, em solução de ssDNA, os oito compostos mostraram-se ativos, mesmo sem se executar a etapa de pré-condicionamento redutivo, entretanto, quando se aplica o potencial de redução, a interação é mais significativa para a maioria dos compostos. Nessa interação, ocorre a diminuição da corrente de oxidação e deslocamentos do pico de potencial das bases constituintes para valores mais positivos. Estes fatos sugerem que o DNA pode ser um alvo potencial no mecanismo de ação molecular destes compostos.

Quinones present significant biological activities such as anticancer, anti-inflammatory, antioxidant, antiviral and antifungal. The molecular pathways related to the bioactivity of quinones include: oxidative stress (OS), bioreductive alkylation (BRA) by generating electrophilic intermediates, Michael addition of various nucleophilic endobiotics and also through metal complexation, with similar mechanisms and sometimes enhanced effects. The detrimental effect of ROS, RNS and other reactive species, responsible, when in excess, for OS, can be controlled by the action of antioxidants such as α-lipoic acid (LA), however, it exerts most of its effects at high micromolar concentrations. There is an upraising interest in derivatives of LA, since molecular combinations (hybrids) obtained by coupling LA with a bioactive amino-substituted moiety may exhibit multifunctional activity. This work is organized in two inter-related parts. At first, pharmacologically active pterocarpanquinones were studied electrochemically, in aprotic and protic media, using glassy carbon working electrode. The compounds showed complex redox behavior, with evidence of additional waves related to structural changes. The products of the electroreduction of pterocarpanquinones have been shown to react with oxygen, indicative of ROS generation and explaining, in part, the reported cytotoxic effect. Additionally, the interaction with DNA of the most promising derivative, LQB-118, was investigated and showed to be negative. The second part of this study aimed to obtain amides from the reaction of LA with aromatic amines, to be evaluated toward their antioxidant protective effects against lipid peroxidation, along with their electrochemical profile. Three derivatives were obtained, being the methylthio derivative, LA-SCH3, reported for the first time in the literature. In search for the best correlation between the antioxidant properties of derived amides and their lipophilicity, we have calculated the coefficient of partition n-octanol-water (log P). The protection against lipid peroxidation was evaluated using a model of peroxyl radical-mediated lipid peroxidation using a modified membrane (unilamellar soybean lecithin). Lipid peroxidation assays showed that all compounds protected the membrane, and the LA-OH had similar protective effects on membrane as Trolox and more effective than its precursor, LA. The protective effect shown here is relevant, since the molecular hybridization performed in this study favored the protection of the membrane. IC50 value for LA-OH was obtained as well as its electrochemical profile in protic medium, with evidence of two oxidation peaks, characteristic of its multifunctional characteristics, represented by phenolic and disulfide groups. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Quinonas apresentam relevantes atividades biológicas, como antineoplásica, anti-inflamatória, antioxidante, antiviral e antifúngica. As vias moleculares relacionadas com a bioatividade de quinonas abrangem: estresse oxidativo (EO), alquilação biorredutiva (ABR) por meio da geração de intermediários eletrofílicos, adição de Michael por vários endobióticos nucleofílicos e, ainda, através da complexação com metais, com mecanismos similares e ás vezes intensificados. O efeito prejudicial das ERO, ERN e outras espécies reativas, responsáveis, quando em excesso, pelo EO, pode ser controlado pela ação de antioxidantes, como o ácido lipóico (AL), no entanto, ele exerce a maioria dos seus efeitos em concentrações micromolares elevadas, por isso é cada vez mais crescente o interesse em derivados do AL, uma vez que combinações moleculares (híbridos) obtidas por acoplamento de AL com uma porção bioativa amino-substituída, podem apresentar atividade multifuncional. Este trabalho está organizado em duas partes, interrelacionadas. Na primeira, substâncias farmacologicamente ativas, resultantes da hibridação molecular de quinonas e pterocarpanos foram estudadas eletroquimicamente nos meios prótico e aprótico, utilizando carbono vítreo como eletrodo de trabalho. Os compostos apresentaram um comportamento redox complexo, com o surgimento de ondas adicionais relacionadas a mudanças estruturais. Os produtos da eletrorredução das pterocarpanoquinonas reagiram com oxigênio, indicativo da geração de EROs e explicando, em parte, seu efeito citotóxico. Além disso, para o derivado mais promissor, a LQB-118, foi investigada a interação com DNA, que se mostrou negativa. A segunda parte deste trabalho visou à obtenção de amidas a partir da reação do ácido α-lipóico com aminas aromáticas, para serem avaliadas quanto ao seu efeito antioxidante protetor contra a peroxidação de lipídios e seu perfil eletroquímico. Obtiveram-se três derivados, sendo um inédito, o LA-SCH3. Na busca da melhor correlação entre as propriedades antioxidantes das amidas derivadas e a lipofilia das mesmas, calculou-se teoricamente o coeficiente de partição n-octanol-água (log P). A proteção da peroxidação lipídica foi avaliada usando um modelo de lipoperoxidação em membrana (lipossomas unilamelares de lecitina de soja) mediado pelo radical peroxila. Ensaios de peroxidação lipídica mostraram que todos os compostos protegeram a membrana, sendo que o derivado LA-OH apresentou efeitos protetores na membrana similares ao Trolox e mais efetivo que seu precursor, o ácido lipóico. O IC50 de LA-OH foi calculado. O efeito protetor aqui evidenciado é relevante, visto que a hibridação molecular realizada neste trabalho favoreceu a proteção da membrana. LA-OH também foi estudada eletroquimicamente em meio prótico, com evidência de dois picos de oxidação, característicos de sistemas multifuncionais representados por grupos fenólicos e pontes dissulfeto.

Quinones have been the subject of much interest due to their various biological activities, mainly as antitumor and as trypanocidal agents. Quinones are cytotoxic by two main mechanisms: the generation of ROS resulting in oxidative stress and alkylation of cellular nucleophiles, such as DNA and some enzymes such as topoisomerases. Their activity depends on bioreduction, similarly to what happens to nitroaromatic compounds. They also catalyze electron transfer reactions in biological processes and, after reduction generate radical anions (semiquinone radical anion and nitro), which depending on stability, can furnish their free electrons to acceptor molecules. In the present study, compounds with mixed functionalities derived from nor-β-lapachone, including a nitroaniline group were electrochemically studied in protic (acetate buffer) and aprotic (DMF+TBABF4, DMSO+TBAP and Acetonitrile+TBABF4) media, using glassy carbon and mercury as working electrodes. The compounds showed a complex redox behavior and the mechanism was elucidated using electron spin resonance. The electroreduced products of nor-β-lapachone and of the nitroquinones reacted with oxygen, indicative of the generation of reactive oxygen species, reactivity in the order of 2 > nor-β-lapachone > 3 > 1. We investigated their interaction with DNA, which was shown to be positive for nitroquinones and negative for the precursor nor-β-lapachone, in agreement with biological assays which had also shown that the nitroquinones cause DNA damage. The stability of the nitrosemiquinones, their half-life times were measured using mercury electrode, and the reaction rates for the electrochemical process-following-up-isproportionation reaction were measured. From these studies, a lower stability for the meta-substituted nitrophenylaniline (k2 = 5.188 x 103 L mol-1 s-1 and t1/2 = 0.06 s) was evidenced. Upon spectroelectrochemical reduction studies of the nitroquinones, the generation of radicalar intermediates (semiquinone radical anion and nitro radical anion) was observed, with differences between o- and m-derived compounds and the p-substituted one. To increase the solubility of the nitroquinones, in order to allow in vivo studies, the formation of inclusion complexes with β-cyclodextrin were evaluated. Positive results were obtained, leading to a viable formulation alternative for further biological studies with the compounds. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Quinonas despertam muito interesse devido às suas diversas atividades biológicas, principalmente como agentes antitumoral e tripanossomicida. A citotoxicidade de quinonas decorre de dois mecanismos principais: geração de EROs resultando no estresse oxidativo e alquilação de nucleófilos celulares, como o DNA e algumas enzimas, como as topoisomerases. Sua atividade depende de biorredução, similarmente ao que acontece com compostos nitroaromáticos. Eles também catalisam reações de transferência de elétrons biológicas e, após a redução geram ânions radicais (ânions radicais semiquinona e nitro), que dependendo da estabilidade, podem transferir seus elétrons livres a moléculas aceptoras. Neste trabalho, compostos de funcionalidade mista derivados da nor-β-lapachona, com um grupo nitroanilina, foram estudados eletroquimicamente nos meios prótico (tampão acetato) e aprótico (DMF + TBABF4, DMSO + TBAP e acetonitrila + TBABF4), utilizando carbono vítreo e mercúrio como eletrodos de trabalho. Os compostos apresentaram um comportamento redox complexo e o mecanismo elucidado por espectroeletroquímica. Os produtos da eletro-redução da nor-β-lapachona e nitroquinonas reagiram com oxigênio, indicativo da geração de EROs, na ordem de reatividade 2 > nor-β-lapachona > 3 > 1. Foi investigada a interação com DNA, que se mostrou positiva para as nitroquinonas e negativa para o precursor nor-β-lapachona, concordantes com ensaios biológicos que também evidenciou que as nitroquinonas causam dano ao DNA. A estabilidade do nitrosemiquinona, tempos de meia-vida e as taxas reacionais referentes à reação química de desproporcionamento acoplada ao processo eletroquímico para cada derivado foram determinadas usando eletrodo de mercúrio. A partir desses estudos, foi evidenciada a menor estabilidade para o nitrofenilamina meta-substituída (k2 = 15,188 x 103 L mol-1 s-1 and t1/2 = 0,06 s). Nos estudos por espectroeletroquímica das nitroquinonas, observou-se a geração de intermediários radicalares (ânions radicais semiquinona e nitro), com diferenças entre os nitroderivados o- e m-, assim como para o p- derivado. Com objetivo de aumentar a solubilidade das nitroquinonas, para posteriores estudos in vivo, foi avaliada a formação de complexos de inclusão com β-ciclodextrina. Foram obtidos resultados positivos, refletindo em alternativa viável para formulações posteriores com estes compostos e ensaios biológicos.

Many quinones have been associated with a wide range of biological activities, including antitumoral, antimalarial, larvicidal and antibacterial activities. Although, there are many clinically important agents containing a quinone nucleus with excellent anticancer activity, many other quinones require testing for additional activities, for instance: Oncocalyxone A, Juglone, Biflorin and some hydroxylated and halogenated quinones. DNA represents one of the main targets of biologically active quinonoid compounds, which, generally, belong to the group of DNA intercalating and/or alkylating agents, and/or topoisomerase inhibitors. As such, the use of DNA biosensors or other electrochemical methods based on the investigation of nucleic acid/organic compound interaction, would allow to predicting a biological action, if this one is related to damage to DNA. Due to the importance of quinones, for instance, Oncocalyxone A, Juglone and Biflorin, electrochemical analysis and the development of a new electroanalytical method for detection in nanomolar quantities, together with DNA interaction analysis with those quinones was therein performed. We have used diverse electrochemical methods performed in protic and aprotic media, using glassy carbon electrode, Ag/AgCl electrode as reference and latinum wire as counter electrode. The pKa of juglone was determined (5.98). The development of a highly sensitive voltammetric sensor for oncocalyxone A using a glassy carbon electrode modified with a bilayer iron(II) tetrasulfonated phthalocyanine (FeTSPc) and iron(III) tetra-(N-methyl-4-pyridyl)-porphyrin (FeT4MPyP) was described. The modified electrode showed catalytic activity and stability for the oncocalyxone A reduction, provoking the anodic shift of the reduction peak potentials of ca. 30 mV and presenting much higher peak currents than those obtained on the bare GC electrode. A wide linear response range between 0.005-1.210-6 mol L-1, with a sensitivity of 8.11 μA L μmol-1 and limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) of 1.5 and 5.010-9 mol L-1 were obtained with this sensor, respectively. The interaction of chosen quinones with ssDNA, poly-guanilic and poly-adenilic acid was investigated, using voltammetric analysis, in solution. The DNA interaction investigation with juglone, oncocalyxone and biflorin had shown significant DNA activity, represented by the decrease of oxidation current and shift of oxidation peaks of guanine and adenine and the binding constant values obtained for these aducts; these observations could be related to Michael addition reaction, among other possible effects. Some of the quinones do not cause any change on the oxidation peaks of the used bases, as is the case of -lapachone, being used as negative control. These results, upon comparison with biological/ pharmacological activities, show correlation and indicate electrochemistry and DNA sensors as important tools in the screening of biologically active compounds. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Muitas quinonas têm sido associadas a uma grande variedade de atividades biológicas, incluindo atividades antitumorais, antimaláricas, larvicidas e antibacterianas. Embora existam muitos agentes clinicamente importantes contendo núcleo quinônico com excelente atividade anticâncer, muitas outras quinonas requerem testes para busca de atividades adicionais, como por exemplo: Oncocalixona A, Juglona, Biflorina e outras quinonas hidroxiladas e halogenadas. O DNA representa um dos principais alvos de compostos quinônicos, que, geralmente, pertencem aos grupos de intercaladores de DNA e/ou agentes alquilantes, e/ou inibidores de topoisomerases. Desta forma, o uso de biossensores de DNA ou outros métodos eletroquímicos baseados na investigação da interação entre ácidos nucléicos e compostos orgânicos, permitiria predizer a ação biológica, e se estas estão relacionadas aos danos ao DNA. Devido à importância das quinonas, entre elas, Oncocalixona A, Juglona e Biflorina, análises eletroquímicas e eletroanalíticas para detecção em quantidades nanomolares, bem como a investigação da interação destas quinonas com o DNA foram realizadas, no presente trabalho.Utilizou-se uma série de métodos eletroquímicos, em diferentes condições, em meios aprótico e prótico, usando eletrodo de carbono vítreo, como eletrodo de trabalho, Ag/AgCl, como eletrodo de referência e fio de platina, como contra-eletrodo. O pKa da juglona foi determinado (5,98). O desenvolvimento de um sensor voltamétrico altamente sensível para oncocalixona A, usando eletrodo de carbono vítreo modificado com uma bicamada de ftalocianina tetrassulfonada de ferro(II) (FeTSPc) e tetra-(N-metil- 4-piridil)-porfirina de ferro(III) (FeT4MPyP) foi descrito. O eletrodo modificado mostrou atividade catalítica e estabilidade para a redução da oncocalixona A, proporcionando o deslocamento anódico do potencial de pico de redução de ca. 30mV, apresentando correntes de pico maiores do que aquelas obtidas em eletrodo de carbono vítreo limpo. Uma faixa linear entre 0,005-1,210-6 mol L-1, com uma sensibilidade de 8,11 μA L μmol-1 e limites de detecção (LD) e quantificação (LQ) de 1,5 e 5,010-9 mol L-1 foram obtidos com este sensor, respectivamente. A interação das quinonas escolhidas com ssDNA, ácido poliguanílico e ácido poliadenílico foi investigada usando análises voltamétricas, em solução. Juglona, oncocalixona e biflorina mostraram forte interação em relação ao DNA, representado experimentalmente pela diminuição da corrente de oxidação e deslocamento dos picos diagnósticos de guanina e adenina, bem como pelos valores das constantes de associação calculadas para o aduto formado. Algumas das quinonas não causaram qualquer mudança nos picos de oxidação das bases usadas, como foi o caso da -lapachona, o que serviu como controle negativo, indispensável em relação a comparações com métodos farmacológicos. Estes resultados foram correlacionados positivamente com atividades biológicas/farmacológicas. Sensores de DNA são importantes ferramentas no mapeamento de compostos biologicamente ativos.

The most relevant advances on the analytical applications of glutathione determination based on glutathione redox cycle and the antioxidant system are given. The main enzymes that participate of the glutathione metabolism are the glutathione peroxidase and glutathione reductase. The glutathione peroxidase has a major role in the removal of hydrogen peroxide and lipid peroxides from the cells. These enzymes, operating in tandem with catalase and superoxide dismutase promote a scavenging of oxyradical products in tissues minimizing damages caused by these species. Reduced glutathione is the major intracellular thiol found in mammals and changes in the glutathione concentration in biological fluids or tissues may provide a useful marker in certain disorders like hemolytic anemia, myocardial oxidative stress and in the investigation of some kinds of cancers. Particular attention is devoted to the main advantages supplied by biosensors in which there is an incorporation of bioactive materials for the glutathione determination. The correlation between stability and sensitivity of some reduced glutathione electrochemical sensors is discussed.