Cientistas do Centro de Pesquisa de Materiais (MRC), Instituto Indiano de Ciência (IISc), desenvolveram um novo tipo de mimético enzimático que pode degradar produtos químicos tóxicos em águas residuais industriais de forma eficaz na presença de luz solar.



As enzimas são proteínas que catalisam a maioria das reações biológicas nos sistemas vivos. Contudo, a utilização prática de enzimas naturais é grandemente dificultada por certas limitações inerentes. Essas limitações incluem sensibilidade à desnaturação (quebra/dano), procedimentos de produção complexos, custos elevados e dificuldades de reciclagem, afirma Subinoy Rana, professor assistente do MRC e autor correspondente do artigo publicado em Nanoscale. .

A produção em massa dessas enzimas é um processo caro e demorado. Por exemplo, a lacase, uma enzima natural usada para degradar fenóis nas indústrias, é extraída de um fungo chamado podridão branca, mas a quantidade de enzima produzida depende de quanto do fungo está disponível em um determinado momento. “É um processo longo e difícil prepará-los em quantidades superiores a miligramas”, diz Rana. Outro problema é o armazenamento – a maioria das enzimas naturais são sensíveis à temperatura e requerem armazenamento em temperaturas mais frias, muitas vezes tão baixas quanto –20°C.

Miméticos de enzimas de tamanho nanométrico ou "nanozimas" fabricados em laboratório podem imitar essas enzimas naturais e superar esses desafios práticos.

No estudo atual, a equipe do IISc sintetizou uma nanozima contendo platina chamada NanoPtA, que pode ser convertida em pó para uso industrial. Ele imita a função das oxidases – enzimas naturais que removem o hidrogênio dos substratos na presença de oxigênio para produzir água. Esta nanozima não é apenas altamente específica na decomposição de certos substratos, mas também é robusta porque pode suportar uma variedade de mudanças de pH e temperatura.

Quando o NanoPtA entra em contato com águas residuais, os anéis de benzeno e as longas cadeias alquílicas presentes na molécula formam múltiplas interações não covalentes. Moléculas individuais de NanoPtA se conectam para formar estruturas semelhantes a fitas que começam a emitir luz, que é a origem de sua capacidade oxidante. A nanozima pode então degradar os poluentes presentes nas águas residuais, oxidando-os na presença da luz solar, reduzindo assim a toxicidade das águas residuais.

A equipe testou o efeito da nanozima em efluentes comuns que poluem a água, como fenóis e corantes. Eles descobriram que ele poderia degradar até mesmo pequenas quantidades (micromolares) de fenóis e corantes em dez minutos quando colocado sob a luz solar. Os pesquisadores também descobriram que o complexo NanoPtA era bastante estável, durando até 75 dias em temperatura ambiente. “As proteínas geralmente são armazenadas a –20°C ou 4°C, mas neste caso podem ser armazenadas em temperatura ambiente”, diz Rana. Na verdade, o NanoPtA permaneceu estável durante mais de seis meses à temperatura ambiente, descobriram os investigadores.

A equipe acredita que a nanozima não é útil apenas para decompor poluentes tóxicos, mas também pode ter aplicações na área da saúde. Eles testaram sua capacidade de oxidar neurotransmissores como a dopamina e a adrenalina – quando oxidadas, essas moléculas apresentam uma mudança na cor da solução, que pode então ser usada para medir sua concentração.

“Isso é importante porque esses neurotransmissores estão associados ao mal de Parkinson, à doença de Alzheimer e à parada cardíaca”, diz Rohit Kapila, primeiro autor e Ph.D. estudante do MRC, IISc. Medir esses neurotransmissores usando tais nanozimas pode ser potencialmente uma ferramenta de diagnóstico útil para doenças neurológicas e neurodegenerativas, acrescenta.

No futuro, os pesquisadores planejam patentear a nanozima, pois acreditam que ela pode ser facilmente fabricada em grandes quantidades em escala industrial. O grupo de Rana também está buscando alternativas metálicas menos dispendiosas à platina no complexo de nanozimas.

Mais informações: Rohit Kapila et al, Atividade semelhante à oxidase específica controlada por luz de uma nanozima Pt(ii) automontada para remediação ambiental, Nanoescala (2023). DOI:10.1039/D3NR02081A
Informações do diário: Nanoescala

Fornecido pelo Instituto Indiano de Ciência