Sistemas orgánicos covalentes encapsulados con enzimas para la biocatálisis

Área de la Ciencia:

• Biocatálisis
• Ciencias de los materiales
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• Las enzimas son biocatalizadores eficientes, pero presentan una estabilidad limitada en condiciones industriales adversas.
• El desarrollo de estrategias robustas de inmovilización de enzimas es crucial para expandir sus aplicaciones prácticas.
• Los marcos orgánicos covalentes (COF) ofrecen una plataforma prometedora para la encapsulación de biomoléculas debido a sus estructuras sintonizables y sus grandes superficies.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una síntesis acuosa fácil para los COF encapsulados con enzimas.
• Investigar las interacciones entre las enzimas encapsuladas y la matriz de COF.
• Evaluar la mayor estabilidad y reutilización de las enzimas encapsuladas.

Principales métodos:

• Síntesis acuosa de un solo recipiente de TpAzo COF que encapsula varias enzimas, incluidas la beta-glucosidasa (BGL) y la fosfatasa alcalina (ALP).
• Espectroscopia de correlación de RMN en estado sólido 2D para sondear las interacciones enzima-COF a nivel molecular.
• Microscopía óptica de barrido de campo cercano tipo dispersión (s-SNOM) y espectroscopia infrarroja con transformación de Fourier a nanoescala (nanoFTIR) para su validación.
• Ensayos para medir la actividad enzimática, la estabilidad en condiciones de desnaturalización (SDS) y la reciclabilidad.

Principales resultados:

• Encapsulación exitosa de múltiples enzimas y proteínas dentro del TpAzo COF.
• Pruebas directas de interacciones moleculares entre las enzimas y la columna vertebral de COF, confirmando la integridad estructural.
• El BGL y el ALP encapsulados mantuvieron una alta actividad catalítica y fueron reciclables durante hasta diez ciclos.
• La encapsulación de COF mejoró significativamente la estabilidad de BGL en soluciones SDS del 1 al 15%, mitigando la desnaturalización.

Conclusiones:

• Se estableció una sólida estrategia de síntesis acuosa de un solo recipiente para compuestos de enzima-COF.
• Las interacciones enzima-COF son clave para mejorar la estabilidad de la enzima y su reutilización.
• Este enfoque ofrece un método viable para crear biocatalizadores estables y reutilizables para aplicaciones exigentes.