Eletroquímica em Química Medicinal

Estudos envolvendo a transferência de elétrons são úteis à compreensão de vários processos que podem acontecer no meio biológico, o que possibilita o desenvolvimento das áreas farmacêutica, toxicológica, bioquímica e biomédica.¹

Existe uma gama de similaridades entre as reações e eletroquímicas, no que tange aos processos de transferência de elétrons: a natureza heterogênea (interface eletrodo-solução; enzima-solução); os processos podem acontecer tanto em meio prótico (para simular as regiões e condições hidrofílicas como citoplasma e interstícios) quanto aprótico (na tentativa de simular as regiões lipofílicas tais como membranas, retículos endoplasmáticos e sítios ativos enzimáticos).

Os mais importantes processos que ocorrem fisiologicamente são governados e estimulados por cadeias oxidorredutivas como a cadeia de transporte de elétrons nas mitocôndrias e o processo de neurotransmissão. As enzimas redox que catalisam os processos de oxidação e redução são onipresentes nos organismos vivos. O ambiente redox é mantido por um complexo número de proteínas , peptídeos e genes e é baseado numa série de transformações redox e não redox, catalisadas ou não por enzimas , sendo que qualquer alteração neste equilíbrio pode causar alteração na homeostase celular e em outros ambientes.^1,2

A eletroquímica é o método padrão para o estudo das reações redox o que é amplamente explicitado pela literatura. Neste sentido, os potenciais de redução ou oxidação de determinadas substâncias podem fornecer informações sobre a viabilidade de processos de transferência de elétrons (TE) in vivo ou in vitro.

Na tentativa de simular as condições celulares devem ser considerados o conteúdo de oxigênio na célula e sua participação em rotas metabólicas alternativas e laterais, o valor do pH e a temperatura na qual se desenvolve o experimento.³

Obviamente os comportamentos eletroquímicos são diversificados mesmo para uma determinada classe de substâncias, uma vez que mudanças estruturais afetam as curvas voltamétricas de diferentes maneiras. As alterações podem causar deslocamento dos potenciais de oxirredução, mudanças no sentido eletródico, a reversibilidade química e a cinética reacional. Em termos qualitativos, a presença de substituintes eletrodoadores  dificulta o processo de redução e grupos eletroretiradores facilitam este processo.Os substituintes eletroretiradores diminuem a energia do LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital- Orbital Molecular Desocupado de Mais Baixa Energia) facilitando assim a transferência de elétrons do eletrodo para a substância eletroativa, por um processo de redução. Os substituintes eletrodoadores aumentam a energia do LUMO, dificultando a transferência para esse orbital.

A oxidação envolve o HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital- Orbital Molecular Ocupado de Mais alta Energia), os substituintes influenciam a reação eletródica na direção oposta, uma vez que os substituintes eletrodoadores facilitam o processo de oxidação por aumentar a densidade eletrônica no orbital, enquanto os eletroretiradores a dificultam.⁴

Entre os mais importantes aspectos eletroquímicos (associados aos potenciais biomédicos a serem estudados) estão transferência de elétrons-extresse oxidativo (TE-EO), produção de espécies reativas de oxigênio (ERO), espécies reativas de nitrogênio (ERN) e alquilação biorredutiva.

1. MOURA, M. A. B. F. de. “Atividade antitumoral de nitroquinona derivada da Nor-β-Lapachona: contribuição da farmacoeletroquímica na pesquisa do mecanismo de ação de novos fármacos”. Tese de doutorado.Universidade Federal de Alagoas: Instituto de Química, Maceió. 2008.

2. PAULA, F. S. de. “Estudo bioeletroquímico de compostos bioeletroativos: relação estrutura-eletrobioatividade e utilização de biossensor de DNA no estudo de agentes intercalantes e alquilantes de DNA”. Tese de doutorado.Universidade Federal de Alagoas: Instituto de Química, Maceió 2006.

3. HILLARD, E A. et al. “Eletrochemical parameters and techniques in drug development, with an emphass on quinines and related compounds”. Chem. Commum, 2008.

4. ZUMAN, P.; “Substituent Effects in Organic Polarography”; Plenun Press. New York, pp 46-48, 273. 1967.