Aplicación de enzimas vegetales para la remediación de compuestos fenólicos

Abstract

La contaminación del agua es una problemática mundial que necesita urgente solución. Entre los contaminantes peligrosos para la salud humana y ambiental se encuentran los compuestos fenólicos, como el 2,4-diclorofenol (2,4-DCF) y el fenol. Se han desarrollado numerosos sistemas para la eliminación de estos contaminantes del agua, sin embargo, algunos son poco eficientes o generan nuevos productos tóxicos. Las peroxidasas son oxidorreductasas potencialmente aplicables a la remediación de compuestos fenólicos en aguas contaminadas, ya que pueden catalizar su oxidación utilizando H2O2. Sin embargo estas enzimas suelen inactivarse durante el proceso, por lo que frecuentemente es necesario protegerlas mediante el agregado de aditivos o la inmovilización. En este trabajo se analizaron las potenciales aplicaciones biotecnológicas de extractos crudos totales de peroxidasas (ECT) obtenidas a partir de raíces transformadas de tabaco (Tab) y nabo (N) para la remediación de fenol y 2,4DCF. Se determinó la eficiencia de remoción de ambos compuestos fenólicos por parte de las enzimas libres o protegidas mediante agregado de aditivos e inmovilización, la toxicidad/genotoxicidad de las soluciones de contaminantes y soluciones post-remoción (PR) utilizando diferentes bioensayos, con organismos pertenecientes a distintos niveles tróficos (Rhinella arenarum, ratones Balb-C y Lactuca sativa), y se realizó una estimación de la naturaleza química de los productos formados durante el proceso mediante espectrofotometría y voltamperometría cíclica. Los ECT Tab y N presentaron una elevada actividad enzimática (con un predominio de isoformas de peroxidasas básicas) y elevadas eficiencias de remoción de 2,4-DCF y fenol de soluciones acuosas, con o sin presencia de distintos aditivos. La presencia de polietilenglicol (PEG-3350), como agente protector en los medios de reacción, incrementó la eficiencia de remoción y permitió mayor recuperación de actividad peroxidasa PR. La aplicación de los ECT Tab y N, tanto libres como inmovilizados en cápsulas de alginato de calcio y en la resina de intercambio iónico carboximetil sephadex (CMS), produjeron elevadas eficiencias de remoción de soluciones de 2,4-DCF (25 mg/l) y de fenol (10 mg/l), sin embargo, los resultados no siempre se correlacionaron con disminución de la toxicidad de dichas soluciones. Los estudios electroquímicos indicaron que los mecanismos de oxidación de ambos compuestos fenólicos por las peroxidasas son complejos, formándose productos intermediarios durante la primera hora de reacción, entre ellos quinonas, que continuarían reaccionando mediante mecanismos físico-químicos espontáneos hasta 48 h luego de la incubación. Estos productos intermediarios serían responsables de la toxicidad observada en las soluciones PR.