Interacciones hidrofóbicas en el proceso de inmovilización por adsorción de una lipasa sobre nanopartículas de Ca2Fe2O5

Abstract

La inmovilización de enzimas en soportes sólidos permite que estos catalizadores altamente costosospuedan ser reutilizados con facilidad, razón de su creciente interés en diferentes aplicaciones. No obstante, lainterfaz sólido-líquido donde se inmoviliza la enzima puede afectar profundamente su estructura,conduciendo a mejorar su estabilidad o bien a una pérdida de actividad [1]. En este sentido, el empleo detécnicas experimentales que provean diferentes tipos de información suele ser necesaria para tener una ideadetallada de la interacción proteína-soporte y así poder ajustar las condiciones para mantener o mejorar lacapacidad catalítica y estabilidad de la enzima [2]. En particular, en la inmovilización de lipasaslas interaccioneshidrofóbicas cobran relevancia dado que estas enzimas pueden reconocer superficies con una naturalezaquímica similar a sus sustratos naturales y sufren así un fenómeno de activación interfacial durante suinmovilización [3]. El objetivo del presente estudio radicó en evaluar la ocurrencia de interaccioneshidrofóbicas durante la adsorción de una lipasa de Candida rugosa sobre nanopartículas de Ca2Fe2O5.Este trabajo se desarrolló sobre la base de una metodología superficie de respuesta empleando undiseño estadístico del tipo central compuesto. Se estudió el efecto del pH y la fuerza iónica sobre tresrespuestas: proteína inmovilizada (PI), actividad hidrolítica (AH) y energía libre de Gibbs (ΔG). El análisis de losdatos obtenidos mostró que los mayores valores de PI y AH se registraron a un pH de entre 3 y 4. Además, enestas condiciones ácidas, mayores valores de fuerza iónica (> 150 mM) mejoraban la cantidad de PI, mientrasque los mayores registros de AH se encontraron a bajas fuerzas iónicas (< 50 mM). Se determinó lahidrofobicidad relativa superficial del óxido en función de la adsorción de Rosa de Bengala, el cual fue capazde retener un 88% del colorante, sugiriendo un elevado carácter hidrofóbico. Por otra parte, se registraronvalores de ΔG de entre -10 y -20 kJ/mol en torno a los diferentes equilibrios de adsorción ensayados, los cualessugieren que el proceso de unión de la proteína al soporte se produjo a través de interacciones físicas.El análisis por espectroscopia Raman permitió corroborar la unión de la proteína al soporteobservando además la desaparición de picos ubicados a los 1031 cm-1y 971 cm-1 presentes en la lipasa, trasel proceso de inmovilización. Estas señales están asociados a modos vibracionales de los residuos deaminoácidos como la fenilalanina y leucina respectivamente, ambos de naturaleza no polar. La ausencia deestos picos en los biocatalizadores inmovilizados podría sugerir que los mismos están involucrados en la unión.El análisis in silico por acoplamiento molecular mostró como el óxido mixto interacciona con la lipasa en lascercanías del capuchón que protege el sitio activo de la enzima y numerosos aminoácidos hidrofóbicos estaríaninvolucrados en la unión, generando así una posible activación interfacial.