Un equipo de investigación de Bochum ha desarrollado un nuevo método para impulsar 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 se inactivan incluso con concentraciones elevadas 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, peróxido de hidrógeno, se alimenta a los biocatalizadores de forma controlada utilizando plasma. Las propias enzimas están protegidas de los componentes dañinos del plasma mediante una capa amortiguadora. Usando dos enzimas modelo, el equipo demostró que el proceso funciona, como se informa en la revista ChemSusChem a partir del 5 de febrero de 2020.

Condiciones más suaves, menos consumo y desperdicio de energía

En biocatálisis, los productos químicos son producidos por las células o sus componentes, en particular por enzimas. La biocatálisis tiene muchas ventajas sobre los procesos químicos tradicionales:las condiciones de reacción suelen ser mucho más suaves, el consumo de energía es menor y se producen residuos menos tóxicos. La alta especificidad de las enzimas también significa que ocurren menos reacciones secundarias. Es más, algunos productos químicos finos solo pueden sintetizarse mediante biocatálisis.

El punto débil de la biocatálisis enzimática es la baja estabilidad de algunas enzimas. "Dado que la enzima a menudo tiene que ser reemplazada en tales casos, lo cual es costoso, es extremadamente 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 dañino

El equipo de investigación ha estado estudiando dos clases similares de enzimas:peroxidasas y peroxigenasas. Ambos utilizan 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, por tanto, es vital suministrar peróxido de hidrógeno en dosis precisas.

Para tal 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 agrega energía a un gas. Si los líquidos se tratan con plasmas, se forma una gran cantidad de especies reactivas de oxígeno y nitrógeno, algunos de los cuales luego reaccionan para formar peróxido de hidrógeno de larga duración, que se puede utilizar para biocatálisis.

Son posibles reacciones biocatalíticas con peróxido de hidrógeno generado por plasma

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 los altamente reactivos, especies de vida corta en el líquido tratado con plasma, "describe 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 de plasma altamente reactivas pueden reaccionar sin dañar la enzima.

Luego, 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. "Demostramos con éxito que esta especificidad se mantiene incluso bajo tratamiento con plasma y que las reacciones biocatalíticas altamente selectivas son posibles usando plasma, ", concluye Julia Bandow.