Regeneração de cofatores seletiva mediada por enzimas imobilizadas em nanopartículas estruturadas

• Processo: 18/06612-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2018
• Data de Término da vigência: 07 de março de 2019
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Química Inorgânica
• Pesquisador responsável: Italo Odone Mazali
• Beneficiário: Larissa Helena de Oliveira
• Supervisor: Volker Sieber
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Fraunhofer-Gesellschaft, Alemanha
• Vinculado à bolsa: 14/26420-9 - Desenvolvimento e otimização de catalisadores plasmônicos para mimetização enzimática baseados no sistema CeO2/Au., BP.PD
• Assunto(s): Sensores Catálise Eletroquímica Nanopartículas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: biocatalysis | cofactor regeneration | electrochemistry | hybrid semiconductor | metal materials | nanoparticles | sensor | Catálise

Resumo

Enzimas como as oxidoredutases podem catalisar a síntese de uma ampla gama de produtos químicos, especialmente ácidos quirais, álcoois e cetonas. No entanto, as reações de óxido-redução catalisadas por essas enzimas requerem um cofator como os nucleotídeos de piridina (NAD(P)H). No entanto, cofatores são geralmente muito caros para serem consumidos estequiometricamente em processos químicos industriais, já que eles podem reagir apenas uma vez. Uma alternativa seria regenerar e reutilizar estes cofatores. Isto pode ser alcançado por uma reação enzimática secundária dirigida pelo substrato juntamente com a síntese primária ou ainda, alternativamente, reduzindo electroquimicamente o NAD+ para a espécie 1,4-NADPH enzimaticamente ativa na superfície de um eletrodo. Métodos químicos, eletroquímicos, fotoquímicos, microbianos e enzimáticos já foram investigados para a regeneração de cofatores. A regeneração eletroquímica tem sido utilizada como alternativa à via enzimática. Outra estratégia é imobilizar enzimas na superfície de nanopartículas. Nestes sistemas, a configuração enzimática, a orientação e sua densidade podem ser controladas alterando-se a química da superfície destes nanomateriais. A capacidade de controlar tanto a configuração / densidade enzimática na nanopartícula quanto a mobilidade do sistema enzima-nanopartícula apresentou um aumento da avidez específica do alvo. Entre os óxidos semicondutores, o óxido de cério (CeO2) tem atraído muita atenção para o desenvolvimento de biossensores eletroquímicos, devido às suas excelentes propriedades, incluindo biocompatibilidade, maior razão superfície / área, alta estabilidade química e excelente condutividade eletrônica. A funcionalização do CeO2 com nanopartículas de ouro (AuNPs) aumenta sua estabilidade, condutividade e biocompatibilidade, sendo mais efetiva para a imobilização de biomoléculas e uma interface desejável para reações eletroquímicas. Neste projeto pretendemos fabricar eletrodos de carbono vítreo modificados (GCE) para serem aplicados na regeneração eletroquímica de cofatores. Nanorods de ouro, CeO2 e Au / CeO2 serão usados como catalisadores para a regeneração direta de cofatores em eletrodos de GCE usando cofatores naturais e artificiais. Um catalisador eficaz para a regeneração do cofator não é apenas um desafio científico a ser investigado e entendido, como também uma reação de grande interesse para a indústria química. Pela sinergia interdisciplinar entre ciência dos materiais e a bioquímica pretende-se contribuir com o mais alto nível de conhecimento científico para um desafio industrial a ser superado, que é a regeneração do cofator por nanomateriais estruturados.