Influencia de micelas inversas biocompatibles sobre la actividad enzimática de Fosfatasa Alcalina como enzima modelo para el estudio de sistemas nanoconfinados

MONTI, GUSTAVO ANTONIO; CORREA, N. MARIANO; FALCONE, R. DARÍO; MOYANO, FERNANDO

Encuentro; XXI Encuentro de Superficios y Materiales Nanoestructurados; 2022

Las micelas inversas (MIs) son sistemas organizados de tamaño nanométrico, formadas por al menos tres componentes: un solvente polar (generalmente agua), un surfactante y algún solvente orgánico no polar. En particular, el reemplazo del solvente no polar por solventes biocompatibles en beneficio del medio ambiente genera interesantes sistemas. En este trabajo se muestra como las MIs formadas por el surfactante aniónico dietilhexilsulfosuccionato de sodio (AOT) con diferentes contenidos de agua y formadas en los solventes biocompatibles: miristato de isopropilo (MIP) y laurato de metilo (LM), son empleadas en catálisis enzimática. Se utilizó la hidrólisis de 1-naftil fosfato catalizada por la enzima fosfatasa alcalina (FA) para investigar, por un lado, la influencia que tienen sobre las MIs de AOT la variación del solvente externo, la variación del W0 (W0= [agua]/[surfactante]) y, por el otro, cual es el efecto que ejercen el confinamiento, la estructura del agua encapsulada y la regulación del pH sobre la enzima y la reacción catalizada. Los resultados muestran que, en todos los sistemas micelares estudiados, la FA cumple con el clásico modelo de Michaelis-Menten y la eficiencia catalítica (kcat/KM) aumenta con el contenido de agua. Estos resultados estarían mostrando como el agua libre tiene la capacidad de solvatar eficientemente las regiones catalíticas de la FA. Comparando los dos sistemas biocompatibles, se encontró que el valor de kcat/KM (≈2550 M-1s-1) no cambia con la concentración de surfactante para el sistema de LM/AOT/agua. Sin embargo, para el sistema MIP/AOT/agua, la kcat/KM se reduce en un orden de magnitud al disminuir la concentración de AOT. Estos cambios pueden ser atribuidos a la capacidad penetrante del solvente externo en las diferentes interfases micelares. Es decir, en las MIs de MIP/AOT, el MIP penetra en la interfaz por lo que las propiedades del agua son fuertemente afectadas. Esto tiene un impacto notable en la solvatación de FA, resultados que no son observados en MIs de LM/AOT donde la penetración es mucho menor. Por otro lado, se estudió el comportamiento de FA cuando la enzima está en presencia de agua pura o buffer a pH:10. En necesario destacar que FA necesita en medio homogéneo un pH alto para catalizar la reacción, sin embargo, esta dependencia en MIs de AOT es diferente. En estos sistemas organizados, las diferencias en las kcat/KM encontradas pueden explicarse considerando la interacción entre la enzima, el producto de reacción (naftol o naftolato), y la interfaz de las MIs. En las MIs formadas por LM/AOT, con agua o buffer, la enzima se ubica en el corazón polar y el producto observado es naftol a cualquier valor de pH. Dicho producto interactúa con la cabeza polar del AOT a través de interacciones puente hidrógeno, quedando anclado a la interfaz micelar y no inhibiendo a la enzima. En cambio, en las MIs formado por MIP, el comportamiento de FA depende si el pool acuoso está compuesto por agua o buffer. En presencia de agua pura, al ser una interfaz más fluida debido a la penetración del solvente, el naftol no puede interactuar con la interfaz y queda ubicado próximo a regiones catalíticas de la FA. Esta cercanía inhibe los sitios activos del FA, lo cual se manifiesta en una eficiencia catalítica más baja (1652 M-1s-1). En las MIs de MIP/AOT con buffer, alrededor de los sitios activos de la FA, existe una concentración suficiente de OH- para generar naftolato como producto de reacción. En estas condiciones, la kcat/KM de la enzima (12822 M-1s-1) es del orden a la observada en medio homogéneo (21535 M-1s-1).En resumen, la FA fue catalíticamente activa en los sistemas de MIs biocompatibles estudiados. La capacidad de penetración del solvente biocompatible tiene efectos sobre la interfaz micelar, y, por ende, sobre la actividad catalítica de la enzima. Además, quedó evidenciado que los dos sistemas muestran un comportamiento particular con respecto al pH, siendo destacable el hecho de que, en el sistema LM/AOT, no es necesario regular el pH del agua ya que la FA es eficientemente confinada a escala nanométrica.