Biocatalisis ambiental

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Biocatálisis ambiental
Raunel Tinoco Valencia y Rafael Vázquez-Duhalt

La biotecnología moderna tiene un papel importante en la restauración de sitios dañados ambientalmente. El reto actual es desarrollar herramientas biotecnológicas que formen parte de procesos limpios y eficientes energéticamente para la prevención, el control y la remediación de contaminaciones ambientales. La investigaciónen este campo está sustentada en herramientas metodológicas de diferentes áreas del conocimiento, como lo son la bioingeniería, enzimología, ingeniería de proteínas, microbiología aplicada y termodinámica de solventes. El esfuerzo del laboratorio de Biotecnología Ambiental se centra en la modificación enzimática de sustancias contaminantes, principalmente hidrocarburos aromáticos policíclicos yplaguicidas. Además de investigaciones con otros compuestos hidrófobos de alto impacto ambiental, como los colorantes industriales, los compuestos azufrados heterocíclicos y los policlorofenoles. Es imperativo que las transformaciones enzimáticas o microbiológicas de dichos contaminantes, conlleven a la reducción o eliminación de su impacto ambiental. Por otro lado, la búsqueda y diseño de nuevosbiocatalizadores se realiza a través del uso de técnicas de mutación sitio-dirigida, tecnología enzimática o modificación química de

proteínas. Se han explorado diversas fuentes de enzimas en la naturaleza. Especialmente, los microorganismos responsables de la degradación de la lignina son productores de una batería de enzimas de baja especificidad y con un alto potencial para su uso en latransformación de compuestos contaminantes y xenobióticos. El desarrollo de nuevos biocatalizadores con mejores propiedades catalíticas, cinéticas o de estabilidad, se ha sustentado en el uso de las técnicas de mutación sitio-dirigida, o en las técnicas de modificación química de proteínas. Esta última permite conjugar nuevos grupos funcionales (acilación, sililación, pegilación, etc.) en los sitiosreactivos de los residuos aminoácidos de las proteínas. De esta manera, se ha logrado diseñar y construir biocatalizadores “semisintéticos” que pueden disolverse en solventes orgánicos, que tienen mayor estabilidad y actividad a altas temperaturas o que incrementan el rango de sustratos que reconoce una enzima. Todo este potencial de la biocatálisis se ejemplifica aquí, en la transformaciónbiocatalítica de contaminantes como los colorantes industriales, los plaguicidas y los compuestos derivados del petróleo, como los hidrocarburos policíclico aromáticos y los compuestos organoazufrados.

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El citocromo c en la biocatálisis ambiental
El citocromo c es una proteína que se encuentra como uncomponente de la cadena mitocrondrial de transporte de electrones. Su función biológica es la de transportar electrones entre los complejos membranales citocromo c reductasa y citocromo c oxidasa. Sin embargo, esta proteína ha sido utilizada como catalizador biológico en diversas reacciones de oxidación de compuestos tóxicos. Su actividad catalítica es similar a la de las hemoperoxidasas, en tanto querequiere de la presencia de peróxido de hidrógeno, contiene también un grupo hemo en su estructura como sitio catalítico, se inactiva por peróxido en ausencia de un sustrato reductor y, finalmente, su ciclo catalítico está basado en los estados de oxidación del átomo de Fe del grupo prostético hemo. Los citocromos c son moléculas de proteínas muy pequeñas, constituidas por 103-112 aminoácidos, conpesos moleculares de alrededor de 12 000 Da y puntos isoeléctricos básicos (pI ≈ 10). Presentan una alta conservación en la secuencia de aminoácidos, así como de su estructura terciaria. Se ha determinado la conservación de 21 residuos en 91 secuencias de citocromos c de origen eucarionte. También se ha demostrado un contenido de α-hélices superior a 30% para el citocromo de levadura. Una...
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