Reação colorimétrica catalisada pela atividade peroxidase-like de enzimas naturais (HRP) e nanozimas minerais com substratos (TMB). HRP, peroxidase de rábano. TMB, 3, 3 ?, 5, 5? -Tetrametilbenzidina. Fh, ferrihidrita. Bainha, hematita. Mt, magnetita. Crédito:Science China Press
Globalmente, o sistema terrestre tem milhares de terragramas (Tg) (1 Tg =10 12 g) de nanopartículas minerais que se movem ao redor do planeta a cada ano. Essas nanopartículas minerais são distribuídas de forma ubíqua por toda a atmosfera, oceanos, águas, solos, em e / ou na maioria dos organismos vivos, e mesmo dentro de proteínas como a ferritina. Em ambientes naturais, As nanozimas minerais podem ser produzidas por duas vias:processos 'de cima para baixo' e 'de baixo para cima'. Especificamente, o desgaste ou degradação de materiais a granel promovida pelo homem pode resultar em nanomateriais diretamente (um processo de cima para baixo), ou nanomateriais podem crescer de precursores por meio de cristalização, reação, ou funções biológicas (um processo ascendente).
Essas nanopartículas minerais podem possuir múltiplas propriedades semelhantes a enzimas, por exemplo., oxidase, peroxidase, catalase, e superóxido dismutase, dependendo do ambiente local. Minerais que contêm ferro, por exemplo., ferrihidrita, hematita, e magnetita, são onipresentes nos sistemas terrestres e possuem atividade semelhante à da peroxidase. Entre esses óxidos de ferro (oxidrato), ferrihidrita exibiu a maior atividade semelhante à peroxidase, devido ao seu menor tamanho de partícula e maior área de superfície específica. Por causa da presença de ferro ferroso, magnetita tem atividade semelhante à peroxidase consideravelmente alta.
Comparado com enzimas naturais, as nanozimas minerais apresentam várias vantagens, como baixo custo, maior estabilidade, atividade catalítica sustentável, e robustez para ambientes hostis. Por causa de sua área de superfície específica maior, altas proporções de átomos superficiais, ampla lacuna de banda, e fortes atividades catalíticas, as nanozimas minerais desempenham papéis essenciais nos ciclos biogeoquímicos de elementos nos ecossistemas.
Fungos e bactérias contribuem com aproximadamente 70 Gt de carbono (C) (1 Gt =10 9 t) e 120 Gt C para a biomassa global, respectivamente. Dado que as hifas fúngicas podem se estender cumulativamente por centenas de quilômetros em solos kg -1 em ambientes como a rizosfera (ou seja, 200-800 km kg -1 ) e que mais de 94% das plantas terrestres e fungos formam uma relação simbiótica, nanozimas minerais podem ter implicações importantes na coevolução mineral-microbiana, ciclagem de nutrientes na superfície do sistema terrestre, sequestro de carbono mineral, e alívio das mudanças climáticas globais.
Em sistemas terrestres, microorganismos taxonômicos e funcionalmente diversos são uma vasta fonte de superóxido (O 2 - ) ou peróxidos de hidrogênio (H 2 O 2 ) Essas nanozimas minerais podem regular os níveis de espécies reativas de oxigênio (ROS), incluindo H 2 O 2 , O 2 - e radicais hidroxila (HO + ) Ao produzir um forte oxidativo HO + , a interação entre nanozimas minerais e microrganismos pode desempenhar um papel importante na condução do ciclo biogeoquímico dos elementos (Figura 2).
Efeitos sinérgicos entre nanozimas minerais e microorganismos que conduzem os ciclos biogeoquímicos de elementos nos sistemas terrestres. Crédito:Science China Press
“Todas as investigações sobre nanozimas minerais ainda estão em estágio de laboratório e não são estudos de campo, "disse Guang-Hui Yu, um cientista da School of Earth System Science, Tianjin University, na cidade chinesa de Tianjin.
"A atividade catalítica das nanozimas minerais é determinada principalmente pelas vacâncias de oxigênio (OVs) na superfície do mineral", os pesquisadores escreveram em um artigo intitulado "Fungal Nanophase Particles Catalyze Iron Transformation for Oxidative Stress Removal and Iron Acquisition".
"Essas lacunas de oxigênio são frequentemente ocupadas por grupos hidroxila na superfície do mineral, "eles explicaram.
Uma vez que as nanozimas minerais podem catalisar H 2 O 2 para produzir HO altamente oxidante + , eles têm sido amplamente utilizados no campo da remediação ambiental. Comparado com enzimas naturais, as nanozimas minerais podem degradar poluentes orgânicos em uma faixa mais ampla de pH. Por exemplo, degradando H 2 O 2 , Fe 3 O 4 nanopartículas podem efetivamente remover rodamina B (RhB) na faixa de pH de 3,0 a 9,0.
"Os efeitos das nanozimas minerais nas comunidades microbianas do meio ambiente permanecem obscuros, "escreveram os dois pesquisadores, "as descobertas de nanozimas minerais podem ter revelado uma rota de feedback anteriormente desconhecida de coevolução micróbio-mineral que poderia lançar luz sobre uma série de questões de longa data, como a origem e evolução da vida modulando os níveis de ROS. "
Esses dois estudiosos também revelaram no estudo, que foi publicado no Science China Earth Sciences , que a descoberta dos nanomateriais como novos miméticos de enzimas mudou a ideia tradicional de que os nanomateriais são quimicamente inertes nos sistemas terrestres. Dada a abundância de nanopartículas minerais no nível do terragrama (Tg) nos sistemas terrestres, é estatisticamente altamente provável para alguns deles, particularmente aqueles de origem biótica, comportar-se como nanozimas minerais para catalisar superóxido e H 2 O 2 e promover os ciclos biogeoquímicos de oxigênio e outros elementos.
