Inmovilización de la enzima FDH en una matriz metalorgánica magnética y su utilización en la reducción del CO2

AGUIRRE, MATÍAS E.; RAMÍREZ, CRISTINA; GONZALEZ, PABLO; MARIA SANDRA CHURIO

La Plata

Congreso; XX I I Congreso Argentino de Fisicoqu í mica y Qu í mica Inorg á nica.; 2021

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

Introducción: La catálisis enzimática permite conducir reacciones con alta especificidad y bajo costo energético pero se encuentra limitada por la pérdida de actividad y la dificultosa recuperación de los biocatalizadores. La inmovilización de enzimas en matrices sólidas es un recurso frecuente que reduce la desnaturalización y facilita el reciclado y, en casos selectos, también puede aumentar la actividad. La gran porosidad, orden estructural y versatilidad de los armazones metalorgánicos (MOFs) los posicionan como excelentes materiales para tal fin.1 En esta presentación, se informa la síntesis y caracterización de un sistema formado por un MOF basado en Zn(II) y 2-metilimidazol (ZIF-8) modificado con magnetita (Fe3O4), adecuado para la encapsulación en fase acuosa de la enzima formiato deshidrogenasa (FDH) y su aplicación en la reacción de reducción de CO2.Resultados: El sistema Fe3O4/ZIF-8 se obtuvo mediante la síntesis hidrotermal de ZIF-8 a temperatura ambiente en presencia de partículas de magnetita pre-sintetizadas. La identidad de las especies se confirmó por análisis de XRD y espectroscopia FTIR. Las imágenes de SEM indican que la morfología del sistema consiste en dodecaedros rómbicos truncados de ZIF-8 de 1 μm de longitud, decorados superficialmente con partículas esféricas de Fe3O4 de 200 nm. Se trabajó con FDH (enzima que cataliza la oxido/reducción HCOO-/CO2) de E. coli recombinante comercial (Creative Enzymes) con una actividad específica de 0,68 U/mg de polvo liofilizado, determinada mediante ensayo frente a oxidación de HCOO-. La inmovilización se llevó a cabo incorporando la FDH durante la síntesis de Fe3O4/ZIF-8. El análisis de Bradford del sobrenadante de reacción luego de la nucleación permite determinar que se encapsularon 0,5 μg de FDH activa/ mg de Fe3O4/ZIF-8. La reducción de CO2 con FDH libre e inmovilizada se llevó a cabo en medio anaeróbico y pH 7 con NaHCO3 y NADH como fuente de CO2 y donor de electrones y protones, respectivamente. El producto de reacción (HCOO-) se cuantificó temporalmente derivatizándolo con bromuro de pentafluorobencilo y analizando el éster aducto por cromatografía gaseosa con detección por espectrometría de masas. Los resultados demuestran que la enzima inmovilizada presenta una velocidad de reacción 4,36 veces mayor en relación a cuando opera en forma homogénea.Conclusiones: Las suaves condiciones de síntesis del ZIF-8 permiten encapsular la FDH de manera simple y en un paso, sin afectar su integridad estructural. El método de inmovilización elegido mejora la actividad del biocatalizador mientras que la modificación con partículas magnéticas favorece su potencial reciclado y reutilización.Referencias bibliográficas1) Wang, X., Lan, P. C., Ma, S. ACS Cent. Sci. 2020, 6, 1497?1506.