Biocatálisis impulsada por plasma
Un equipo de investigación ha desarrollado un nuevo método para impulsar las enzimas catalíticamente activas
En comparación con los métodos químicos tradicionales, la catálisis enzimática tiene numerosas ventajas. Pero también tiene debilidades. Algunas enzimas no son muy estables. Las enzimas que convierten el peróxido de hidrógeno son incluso inactivadas por altas concentraciones del sustrato. Un equipo de investigación de la Ruhr-Universität Bochum (RUB), junto con socios internacionales, ha desarrollado un proceso en el que el material de partida, es decir, el peróxido de hidrógeno, se alimenta a los biocatalizadores de forma controlada mediante plasma. Las propias enzimas están protegidas de los componentes nocivos del plasma por una capa tampón. Utilizando dos enzimas modelo, el equipo demostró que el proceso funciona, como se informó en la revista "ChemSusChem" del 5 de febrero de 2020.
Marco Krewing, Abdulkadir Yayci y Julia Bandow están investigando las posibilidades de una catálisis ecológica con enzimas.
© RUB, Marquard
Condiciones más suaves, menos consumo de energía y desperdicio
En la biocatálisis, los productos químicos son producidos por las células o sus componentes, en particular por las enzimas. La biocatálisis tiene muchas ventajas con respecto a los procesos químicos tradicionales: las condiciones de reacción suelen ser mucho más suaves, el consumo de energía es menor y se producen menos desechos tóxicos. La gran especificidad de las enzimas también significa que se producen menos reacciones secundarias. Además, algunos productos químicos finos sólo pueden ser sintetizados por biocatálisis.
El punto débil de la biocatálisis de enzimas es la baja estabilidad de algunas enzimas. "Dado que la enzima a menudo tiene que ser reemplazada en esos casos -lo cual es costoso-, es sumamente importante aumentar la estabilidad en las condiciones de producción", explica el autor principal, Abdulkadir Yayci, de la Cátedra de Microbiología Aplicada, dirigida por la profesora Julia Bandow.
Peróxido de hidrógeno: necesario, pero perjudicial
El equipo de investigación ha estado estudiando dos clases similares de enzimas: peroxidasas y peroxigenasas. Ambas utilizan el peróxido de hidrógeno como material de partida para las oxidaciones. El problema crucial es que el peróxido de hidrógeno es absolutamente necesario para la actividad, pero en concentraciones más altas conduce a una pérdida de actividad de las enzimas. En lo que respecta a estas clases de enzimas, es por lo tanto vital suministrar peróxido de hidrógeno en dosis precisas.
Con este fin, los investigadores investigaron los plasmas como fuente de peróxido de hidrógeno. El plasma describe el cuarto estado de la materia que se crea cuando se añade energía a un gas. Si los líquidos se tratan con plasma, se forma un gran número de especies reactivas de oxígeno y nitrógeno, algunas de las cuales reaccionan para formar peróxido de hidrógeno de larga duración, que puede utilizarse para la biocatálisis.
Las reacciones biocatalíticas con peróxido de hidrógeno generado por plasma son posibles
En un experimento en el que la peroxidasa de rábano picante sirvió como una de las enzimas modelo, el equipo demostró que este sistema funciona en principio. Al mismo tiempo, los investigadores identificaron los puntos débiles del tratamiento con plasma: "El tratamiento con plasma también ataca e inactiva directamente las enzimas, muy probablemente a través de las especies altamente reactivas y de corta vida en el líquido tratado con plasma", resume Abdulkadir Yayci. El grupo de investigación mejoró las condiciones de reacción al unir la enzima a un material portador inerte. Esto crea una zona tampón por encima de la enzima en la que las especies plasmáticas altamente reactivas pueden reaccionar sin dañar la enzima.
A continuación, los investigadores probaron su enfoque utilizando una segunda enzima, la peroxigenasa inespecífica del hongo Agrocybe aegerita. Esta peroxigenasa tiene la capacidad de oxidar un gran número de sustratos de forma muy selectiva. "Hemos demostrado con éxito que esta especificidad se mantiene incluso bajo tratamiento con plasma y que es posible realizar reacciones biocatalíticas altamente selectivas utilizando el plasma", concluye Julia Bandow.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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