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Nanopartículas que actúan como enzimas

Las enzimas funcionan como catalizadores de reacciones bioquímicas, aunque únicamente en condiciones muy limitadas. Unos investigadores de la Unión Europea han puesto sus miras en nanopartículas (NP) inorgánicas como alternativa a las enzimas para su uso en aplicaciones industriales.

© GiroScience, Shutterstock

Las enzimas actúan bajo una serie de condiciones fisiológicas. Los cambios en la temperatura y el pH pueden afectar a su estructura y volverlas inactivas, lo que supone un inconveniente en diferentes procesos tecnológicos, incluido el ámbito de la elaboración de alimentos.

A fin de solventar la limitada flexibilidad de las enzimas para la síntesis en procesos tecnológicos, los científicos del proyecto financiado con fondos europeos ARTEN «buscaron posibles enzimas análogas con un grado de sensibilidad menor a los cambios ambientales y una mayor eficiencia en los procesos catalíticos a gran escala, como los que se realizan en el sector industrial», explica el Dr. Knez, coordinador del proyecto.

NP inorgánicas como biomiméticos moleculares

Hasta la fecha, se han investigado pocos ejemplos de NP inorgánicas —diversos metales, óxidos y aleaciones de metal—. No obstante, existe cierto grado de desconocimiento en cuanto a las reacciones catalíticas mediante análogos enzimáticos de partículas inorgánicas.

Los científicos de ARTEN descubrieron que algunos catalizadores habituales como el platino y el oro comparten características con determinadas reacciones enzimáticas. El equipo mostró un interés especial por enzimas como la catalasa, la superóxido dismutasa y la ferroxidasa, algunas de las cuales ya se emplean en la elaboración de cosméticos y están implicadas en la señalización redox. Las enzimas redox son muy comunes en la naturaleza y están relacionadas con el estrés oxidativo y la inflamación. Asimismo, los investigadores descubrieron inhibidores que previenen reacciones catalíticas individuales de manera selectiva sin afectar a otras que se suceden de forma paralela.

Tras efectuar una caracterización detallada de la actividad catalítica de NP inorgánicas, los científicos observaron que algunos cambios en el pH potenciaban su eficiencia para la conversión. Además, a diferencia de las enzimas habituales, éstas NP pueden recuperarse tras la reacción. En general, las NP desarrolladas incrementan el abanico de aplicabilidad de ciertas reacciones similares a las de las enzimas a temperaturas de funcionamiento y valores de pH que no suelen servir en el caso de enzimas.

NP contenidas en proteínas

Las NP inorgánicas se encapsularon en cubiertas proteicas específicas mediante procesos de síntesis controlada, generándose enzimas biológicas inorgánicas compuestas. Estas NP inorgánicas encapsuladas en proteínas hicieron gala de un elevado nivel de actividad catalítica y de una gran superficie activa en comparación con las enzimas convencionales. Los investigadores también demostraron que resulta posible modificar las propiedades físicas y químicas —como el tamaño y la estructura de la superficie— y mejorar la actividad catalítica resultante.

Dado que las NP inorgánicas se sintetizaron en matrices de base proteica, los investigadores tuvieron que superar grandes retos relacionados con la interacción entre las partes orgánicas e inorgánicas de estos análogos enzimáticos. Cabe destacar que el equipo descubrió que la cubierta proteica, además de mejorar la actividad sinérgica de las NP, les ofrecía protección. El propio componente proteico podría servir como un agente eficiente de administración de fármacos y genes. Esto resulta de gran interés para la comunidad biomédica.

Aplicaciones para enzimas inorgánicas artificiales

Los resultados iniciales de ARTEN auguran un gran potencial para la innovación a nivel científico y tecnológico. En lo que respecta a las aplicaciones clínicas de este sistema, el Dr. Knez explica que: «Aún es demasiado pronto para pensar en aplicaciones reales, pero con algo de perfeccionamiento en la selectividad de las uniones a células o tejidos, las partículas podrían emplearse en ciertos tratamientos».

Dado el papel relevante que ostenta la conversión catalítica en el sector biotecnológico, los análogos enzimáticos de NP inorgánicas desarrollados por ARTEN ofrecerían una alternativa más adecuada para unos procesos de catálisis de elevado rendimiento. Los socios «esperan recibir más financiación para incrementar el conocimiento y el espectro de enzimas artificiales disponibles en los próximos años». DE EN FR IT PL Temas Life Sciences Palabras clave ARTEN, enzima, nanopartículas inorgánicas, proteína, reacción catalítica

Última actualización el: 2018-01-16

Número de registro: 214317

Última actualización el 2018-01-16

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