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 en Ruhr-Universität BochumRUB, 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 enzimas están protegidas de los componentes nocivos del plasma por una capa tampónUsando dos enzimas modelo, el equipo demostró que el proceso funciona, como se informó en la revista " ChemSusChem "desde el 5 de febrero de 2020.
Condiciones más suaves, menor consumo de energía y desperdicio
En la biocatálisis, las sustancias químicas son producidas por las células o sus componentes, en particular por las enzimas. La biocatálisis tiene muchas ventajas sobre los procesos químicos tradicionales: las condiciones de reacción suelen ser mucho más leves, el consumo de energía es menor y se producen menos residuos tóxicos. La alta especificidadde enzimas también significa que se producen menos reacciones secundarias. Además, algunos productos químicos finos solo pueden sintetizarse por 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 condiciones de producción", explica el plomoautor Abdulkadir Yayci de la Cátedra de Microbiología Aplicada dirigida por la profesora Julia Bandow.
Peróxido de hidrógeno: necesario, pero nocivo
El equipo de investigación ha estado estudiando dos clases similares de enzimas: peroxidasas y peroxigenasas. Ambas usan 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 unpérdida de actividad de las enzimas. En lo que respecta a estas clases de enzimas, es vital suministrar peróxido de hidrógeno en dosis precisas.
Para 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 agrega energía a un gas. Si los líquidos se tratan con plasmas, una gran cantidad de oxígeno y nitrógeno reactivosse forman especies, algunas de las cuales reaccionan para formar peróxido de hidrógeno de larga vida, que se puede usar 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 directamentelas enzimas, muy probablemente a través de las especies altamente reactivas 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 de amortiguación por encima delenzima en la que las especies plasmáticas 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 una gran cantidad de sustratos de una manera altamente selectiva. "Hemos demostrado con éxito que esta especificidad se mantiene inclusobajo tratamiento con plasma y que son posibles reacciones biocatalíticas altamente selectivas utilizando plasma ", concluye Julia Bandow.
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Materiales proporcionado por Ruhr-Universidad Bochum . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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