Estudo da interação e clivagem de DNA por complexos binucleares de Fe(III)-Zn(II) e mononucleares de Fe(III) contendo grupos poliaromáticos e cadeia lateral funcionalizada

Abstract

Este trabalho tem como objetivo investigar a interação e clivagem do DNA por 6 complexos binucleares de Fe(III)-Zn(II): C12, C12a, C12aet, C14, C14a e C14aet e dois complexos mononucleares de Fe(III): C12b e C14b, cujos sítios ativos foram inspirados nas fosfatases ácidas púrpuras e hidrolases, respectivamente. Os complexos foram sintetizados pela doutoranda Renata da Silva Heying, orientada pelo professor Dr. Ademir Neves do Departamento de Química da UFSC. A diferença entre eles consiste na presença de grupos poliaromáticos, naftaleno e pireno, assim como uma cadeia lateral funcionalizada com a presença de etilenodiamina. Todos os complexos foram capazes de clivar o DNA de maneira concentração-dependente. O efeito do pH foi muito significante, com o aumento do valor do mesmo diminuindo suas atividades. Os complexos binucleares sofreram influência da adição de NaCl ou LiClO4 no meio reacional, demonstrando que a neutralização das cargas do DNA pelos cátions afeta diretamente o processo de catálise. Foi possível perceber ainda que os complexos que apresentam as maiores cadeias carbônicas possuem uma preferência de interação com DNA através do sulco maior. Os complexos apresentaram bons resultados de clivagem de DNA plasmidial, sob condições e tempos de reação moderados. As constantes catalíticas (kcat) apresentadas foram de 0,1363 e 0,2242 h-1 para C12aet e C14aet, respectivamente, indicando que a adição da cadeia de etilenodiamina está relacionada a um aumento na atividade dos complexos. O mecanismo de clivagem desses complexos é via oxidativa. Já entre os complexos C12b e C14b, o mais ativo é o complexo C12b já que o grupo naftaleno presente no mesmo é menor e se liga mais facilmente a cadeia do DNA. O mecanismo de clivagem do C12b acontece via hidrolítica, de acordo com o resultado do ensaio em atmosfera inerte. O ensaio de dicroísmo circular demonstrou que os complexos binucleares C12aet e C14aet foram capazes de alterar a estrutura secundária do DNA, diminuindo sua helicidade e o empilhamento de bases, fenômeno encontrado na literatura por moléculas que são capazes de acessar o DNA através dos sulcos maior ou menor. O complexos mononucleares de Fe(III) foram os primeiros descritos a possuírem atividade como hidrolases sintéticas. Por fim, a inserção de cadeias carbônicas como um modo de mimetizar uma segunda esfera de coordenação nestes complexos foi uma estratégia viável para potencializar a atividade destas moléculas artificiais quanto a interação e clivagem de DNA, o que pode ser explicado devido a uma maior interação com o DNA com a intercalação dos grupos poliaromáticos.

Abstract: This work aimed to investigate the DNA interaction and cleavage by six binuclear complexes of Fe(III)-Zn(II): C12, C12a, C12aet, C14, C14a e C14aet and by two mononuclear complexes of Fe(III): C12b e C14b, whose active sites were inspired by purple acid phosphatases and hydrolases, respectively. The complexes were synthesized by the doctoral student Renata da Silva Heying, supervised by professor Dr. Ademir Neves from the Chemistry Department at UFSC. The difference between them consist in the presence of poliaromatic groups, naphthalene and pyrene, as well as a functionalized side chain with the presence of ethylenediamine. All the complexes were able to to cleave plasmid DNA in a concentration-dependent manner. The effect of pH was very significant, with the increase in its value causing a decrease in its activities. The binuclear complexes had their activity inhibited by the addition of increasing concentrations of NaCl and LiClO4 salts to the reaction, indicating that neutralization of DNA charges by cations directly affects the catalysis. It was perceived that the complexes having longer carbon chains had a preferably interaction to DNA through the major groove. The complexes showed good results for plasmid DNA cleavage under mild conditions and moderate time of reaction. The rate of cleavage reaction (kcat) was 0,1363 e 0,2242 h-1 for C12aet e C14aet, respectively, indicating that the addition of ethylenediamines chains shows activities gains for the complexes. The cleavage mechanism of these complexes occurs in a oxidative way. Between the complexes C12b e C14b, the most active is the complexe C12b since the naphthalene group present in it is smaller and binds more easily to the DNA chain. The cleavage mechanism of C12b occurs in a hydrolytic way, according to the test result in an inert atmosphere. The circular dichroism assay demonstrated that binuclear complexes C12aet e C14aet were able to alter the secondary structure of DNA, by reducing its helicity and base stacking, a phenomenon found in the literature on molecules that are able to access the DNA through major or minor grooves. The mononuclear complexes of Fe(III) were the first described to have activity as synthetic hydrolases. Lastly, the inclusion of carbon chains as a way to mimic the second coordination sphere in these complexes was a viable strategy to potentiate the activity of these artificial molecules to interact and cleave DNA. This can be explained by a greater interaction with DNA due to the intercalation of polyaromatics groups.