Eletrodos modificados com DNA: uma nova alternativa em eletroanálise

Abstract

DIVULGAÇÃO INTRODUÇÃOO comportamento eletroquímico do DNA e os efeitos de sua adsorção sobre diversos tipos de eletrodos vêm sendo pesquisados há quase 40 anos [1][2][3][4][5] . A maioria destes estudos está centralizada na análise e identificação estrutural de ácidos nucléicos e a relação entre o comportamento polarográfico do DNA e sua conformação em solução 6 , mostrando as diferenças de resposta eletroquímica existentes entre DNA nativo (doublestrand, dsDNA), desnaturado (single-strand, ssDNA) e degradado 7,8 , utilizando-se principalmente eletrodos de mercúrio.O uso de eletrodos sólidos estendeu de forma significativa o campo de aplicação dos métodos eletroquímicos para análi-se de ácidos nucléicos. Diversas são as possibilidades de emprego dos eletrodos modificados com DNA, como a determinação de espécies carcinogênicas e de fármacos, entretanto biossensores de DNA têm sido desenvolvidos para a análise e determinação de seqüências de bases do DNA com intuito de diagnóstico de doenças.Este artigo apresenta uma visão geral da evolução do estudo e determinação eletroquímica de ácidos nucléicos utilizando-se eletrodos de mercúrio, além dos recentes avanços no desenvolvimento de eletrodos modificados com DNA aplicados à aná-lise e estudo do mecanismo de ação biológica de fármacos, determinação de espécies de interesse ambiental e na identificação e seqüenciamento genético. COMPORTAMENTO ELETROQUÍMICO DO DNAOs fenômenos de adsorção de ácidos nucléicos naturais e biossintéticos foram estudados, predominantemente, por polarografia a.c. 9,10 . Em soluções neutras, levemente alcalinas e moderada força iônica, ambos DNAs, nativo e desnaturado, podem ser adsorvidos na faixa de potencial entre 0 e -1,0 V, utilizando-se eletrodo de mercúrio. Nesta faixa de potencial todos os constituintes do DNA -resíduos de base, desoxirribose e grupo fosfato -podem ser envolvidos no processo de adsorção 2,8,9 . A Figura 1a 8 apresenta os diversos sinais tensamétricos possíveis de serem obtidos, pelos constituintes dos ácidos nucléicos, envolvendo o processo de adsorção/dessorção.O pico 1, próximo de -1,2 V, produzido tanto pelo DNA nativo quanto pelo desnaturado indica a dessorção ou reorientação segmentada de regiões helicoidais adsorvida por meio do esqueleto açúcar-fosfato. Em determinadas condições o dsDNA produz o pico 2 devido à abertura das regiões da dupla-fita. O pico 3, produzido apenas pelo ssDNA, corresponde ao processo de dessorção de segmentos adsorvidos, preferencialmente, através das bases 8 . Em determinadas condições, como baixa força iônica, o dsDNA apresenta o pico designado como 0. Este pico foi atribuído à adsorção eletrostática de ácidos nucléicos a potenciais negativos e dessorção/reorientação da molécula de DNA próxi-ma ao potencial de carga zero 8 . O contato prolongado do DNA nativo com a superfície de eletrodos pode provocar desnaturação da molécula motivada pela força de repulsão entre a superfície do eletrodo e os grupos fosfato negativamente carregados [11][12][13] [Ref. 8]

Trends in DNA biosensors

“…This has obvious advantages in terms of simplicity and rapidity of the experimental procedures, and avoids signal lost caused by gradual liberation of the indicator from the immobilized DNA. In addition, the higher rigidity of a double-chain compared to that of a single-chain hinders the former to completely cover the rough microscopic surface of a solid electrode, thus decreasing the number of DNA/electrode attaching points and the overall electron transfer rate [127]. The hybridization reaction generally causes a decrease in the redox current peak because the redox points in the DNA molecule are compromised with the hydrogen bonds that keep both chains together.…”

“…In addition, the higher rigidity of a double-chain compared to that of a single-chain hinders the former to completely cover the rough microscopic surface of a solid electrode, thus decreasing the number of DNA/electrode attaching points and the overall electron transfer rate [127]. Compared to stripping voltammetry, stripping potentiometry devices exhibit smaller background noise [127]. Stripping methods have the lowest detection limits among all voltammetric techniques [128].…”

Tendências em modificação de eletrodos amperométricos para aplicações eletroanalíticas

“…Ao reduzirem o tamanho dos eletrodos a ultramicroeletrodos (UMEs), os eletroquímicos não só criaram um dispositivo adequado para medidas na escala micro, mas também obtiveram algumas vantagens 15 próprias dos UMEs, tais como facilidade em alcançar o estado estacionário, medidas em solventes de alta resistência ôhmica, medidas em fase gasosa, medidas sem necessidade de eletrólito de suporte, voltametria ultra-rápida, miniaturização, queda ôhmica pequena, redução da corrente capacitiva e possibilidade de medidas in vivo [16][17][18] . Desta forma, a utilização de EQMs é uma área em franca expansão, principalmente no aspecto do desenvolvimento de novos materiais e novos métodos de modificação de superfície de eletrodos, como na utilização de cerâmicas 19 , filmes de metal-hexacianoferrato 20 e macromoléculas, tais como DNA 21 , o que visa ampliar e potencializar as aplicações destes dispositivos que, em muitos casos, já estão disponíveis no mercado, como os sensores eletroquímicos, conhecidos como relógios para monitorameto de glicose, muito utilizados por diabéticos e atletas 4 , da mesma forma que os existentes para uréia. Também, pode-se destacar o programa Sensors 2000, desenvolvido pela National Aeronautical and Space Administration (NASA) 22 , visando o desenvolvimento tecnológico de sensores e sistemas que possam operar sobre gravidade zero e em ambientes onde a substituição ou reparo é difícil.…”

Theoretical Study of Adiabatic and Vertical Electron Affinity of Radiosensitizers in Solution Part 2: Analogues of Tirapazamine

“…Furthermore, there is abundant reliable electrode potential (E 1 7 ) experimental data that can be compared to theoretically obtained EA. [10][11][12] On the other hand, the theoretical vertical EA can be obtained if the Outer Valence Green Function (OVGF) method is used. 13,14 This method is state-of-the-art on ionization calculations and was utilized by Ahmed on the assignment of the photoelectron spectra of quinolines.…”