Los científicos del Centro de Investigación de Materiales (MRC) del Instituto Indio de Ciencias (IISc) han desarrollado un nuevo tipo de enzima mimética que puede degradar eficazmente las sustancias químicas tóxicas de las aguas residuales industriales en presencia de luz solar.
Las enzimas son proteínas que catalizan la mayoría de las reacciones biológicas en los sistemas vivos. Sin embargo, el uso práctico de las enzimas naturales se ve muy obstaculizado por ciertas limitaciones inherentes. Estas limitaciones incluyen sensibilidad a la desnaturalización (desnaturalización/daño), procedimientos de producción complejos, altos costos y dificultades en el reciclaje, dice Subinoy Rana, profesor asistente en MRC y autor correspondiente del artículo publicado en Nanoscale. .
La producción masiva de estas enzimas es un proceso costoso y que requiere mucho tiempo. Por ejemplo, la lacasa, una enzima natural utilizada para degradar fenoles en las industrias, se extrae de un hongo llamado podredumbre blanca, pero la cantidad de enzima producida depende de la cantidad de hongo disponible en un momento dado. "Es un proceso largo y es difícil producirlos en cantidades superiores a miligramos", dice Rana. Otro problema es el almacenamiento:la mayoría de las enzimas naturales son sensibles a la temperatura y requieren almacenamiento a temperaturas más frías, a menudo tan bajas como –20 °C.
Los miméticos de enzimas de tamaño nanométrico o "nanozimas" fabricados en el laboratorio pueden imitar dichas enzimas naturales y superar estos desafíos prácticos.
En el estudio actual, el equipo del IISc sintetizó una nanozima que contiene platino llamada NanoPtA, que puede convertirse en polvo para uso industrial. Imita la función de las oxidasas, enzimas naturales que eliminan el hidrógeno de los sustratos en presencia de oxígeno para producir agua. Esta nanozima no solo es muy específica para descomponer ciertos sustratos, sino que también es robusta porque puede soportar una variedad de cambios de pH y temperatura.
Cuando NanoPtA entra en contacto con aguas residuales, los anillos de benceno y las largas cadenas alquílicas presentes en la molécula forman múltiples interacciones no covalentes. Las moléculas individuales de NanoPtA se conectan entre sí para formar estructuras en forma de cinta que comienzan a emitir luz, que es el origen de su capacidad oxidante. Luego, la nanozima puede degradar los contaminantes presentes en las aguas residuales oxidándolos en presencia de luz solar, reduciendo así la toxicidad de las aguas residuales.
El equipo probó el efecto de la nanozima en efluentes comunes que contaminan el agua, como fenoles y colorantes. Descubrieron que podía degradar incluso cantidades pequeñas (micromolares) de fenoles y colorantes en diez minutos cuando se colocaba bajo la luz solar. Los investigadores también descubrieron que el complejo NanoPtA era bastante estable y duraba hasta 75 días a temperatura ambiente. "Las proteínas generalmente se almacenan a –20°C o 4°C, pero en este caso se pueden almacenar a temperatura ambiente", dice Rana. De hecho, los investigadores encontraron que NanoPtA se mantuvo estable durante más de seis meses a temperatura ambiente.
El equipo cree que la nanozima no sólo es útil para descomponer contaminantes tóxicos sino que también puede tener aplicaciones en el cuidado de la salud. Probaron su capacidad para oxidar neurotransmisores como la dopamina y la adrenalina; cuando se oxidan, estas moléculas muestran un cambio de color en la solución, que luego puede usarse para medir su concentración.
"Esto es importante porque estos neurotransmisores están asociados con el Parkinson, la enfermedad de Alzheimer y el paro cardíaco", dice Rohit Kapila, primer autor y Ph.D. Estudiante en MRC, IISc. La medición de estos neurotransmisores utilizando estas nanozimas puede ser potencialmente una herramienta de diagnóstico útil para enfermedades neurológicas y neurodegenerativas, añade.
En el futuro, los investigadores planean patentar la nanozima, ya que creen que puede fabricarse fácilmente en grandes cantidades a escala industrial. El grupo de Rana también está buscando alternativas metálicas menos costosas que el platino en el complejo de nanozimas.
Más información: Rohit Kapila et al, Actividad similar a la oxidasa específica dependiente de la luz de una nanozima de Pt(ii) autoensamblada para la remediación ambiental, Nanoescala (2023). DOI:10.1039/D3NR02081A
Información de la revista: Nanoescala
Proporcionado por el Instituto Indio de Ciencias
