Ensamblados enzimáticos para aplicaciones biotecnológicas

Zeballos Lema, Nicoll Paulina
López Gallego, Fernando (dir.)

MEDINA TRULLENQUE, MILAGROS (ponente)

Universidad de Zaragoza, CIEN, 2018
Departamento de Química Orgánica, Área de Química Orgánica

Máster en Biología Molecular y Celular

Resumen: Uno de los grandes problemas que presentan el uso de enzimas como catalizadores industriales es su complejidad a la hora de integrarlas en dispositivos tecnológicos tales como sensores o reactores. Por ello, en las últimas décadas ha surgido una gran variedad de metodologías capaces de insolubilizar las enzimas para facilitar su separación y reciclaje en procesos químicos, o bien su incorporación a los electrodos de un gran número de biosensores. En este trabajo abordamos la fabricación y optimización de dos tipos de inmovilización basada en sistemas de agregación de proteínas: i) agregados enzimáticos unidos covalentemente (CLEA) donde las enzimas interaccionan entre sí de forma aleatoria y ii) agregados enzimáticos basados en uniones específicas cohesina-dockerina que permiten una agregación ordenada, imitando al ensamblaje molecular que ocurren en la formación natural de celulosomas. Con el objetivo de demostrar su aplicabilidad biotecnológica, estos agregados moleculares han sido depositados en materiales piezoeléctricos con la finalidad de producir un bio-generador energético reutilizable basado en la transformación de energía química en energía eléctrica a través de estímulos mecánicos. En este trabajo, hemos demostrado la posibilidad de producir un CLEA funcional formado por dos enzimas diferentes; catalasa (CAT) y glucosa oxidasa (GOX) (combi-CLEA). Este sistema multi-enzimático permitió la formación de un estímulo mecánico (en forma de burbujas) a partir de una mezcla de glucosa y peróxido de hidrógeno (H2O2) mediante la oxidación de la glucosa catalizada por la GOX y la subsiguiente eliminación del H2O2 (sub-producto de la GOX) a agua y oxigeno molecular. Además, esté CLEA fue integrado de forma satisfactoria en los dispositivos piezoeléctricos. Esta demostración abre la puerta para utilizar esta metodología con otros sistemas multi-enzimáticos capaces de usar otros combustibles químicos renovables más allá de la glucosa. Finalmente, se diseñaron y construido dos piezas de un andamio sintético basado en interacciones cohesina-dockerina con el objetivo de lograr una agregación enzimática más controlada. Con estas construcciones se ha demostrado: la fuerza y la especificidad de este tipo de uniones, la retención de la actividad enzimática tras la inmovilización y la estabilidad de las uniones de enzimas multivalentes unidas por andamios sintéticos a soportes. Con vista a un futuro, diferentes oxidasas y catalasas serán fusionados a estos bloques celulosómicos para formar agregados moleculares ordenados y posteriormente depositados sobre superficies piezoeléctricas para fabricar bio-generadores más eficientes.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master