Desarrollo de polímeros molecularmente impresos con actividad biomimética de cloroperoxidasa

Resumen

Muchas enzimas naturales emplean iones metálicos para ejercer su función catalítica. Un grupo importante de estas enzimas, por el amplio espectro de actividades que presentan, son las hemoproteinas. En este trabajo se desarrolla un método de diseño, preparación y evaluación de enzimas artificiales que incorporan el grupo hemo utilizando la tecnología de impresión molecular. La protoporfirina IX de hierro (III) se incorpora como un co-monómero junto con los restantes monómeros funcionales, entrecruzante y molécula molde obteniéndose así, mediante un proceso de polimerización radicalaria, un polímero molecularmente impreso con actividad catalítica (MIC). Se ha seleccionado como sistema a mimetizar el sistema Cloroperoxidasa:2,4,6-triclorofenol (CPO:TCP), dada la importancia medioambiental de este sustrato. En la etapa de diseño de los MICs se ha empleado un método de modelización computacional para seleccionar el monómero funcional que estabiliza dos estructuras relevantes en la formación y funcionamiento de los MICs en los medios correspondientes: el aducto de prepolimerización en dimetilsulfóxido y un posible intermedio de la reacción catalítica en agua. De los distintos monómeros funcionales estudiados, metacrilamida (MA) y 4-vinilpiridina (VPY) son los que conducen a los aductos e intermedios más estables. Se han sintetizado MICs con distintas proporciones de MA:VPY (1:0, 9:1, 3:1, 1:1 y 0:1) como monómeros funcionales en formato de bloque. En todos los casos el producto mayoritario de la transformación del TCP catalizada por el MIC es el mismo que produce el enzima natural, 2,6-dicloro-1,4-benzoquinona (DCQ). Las propiedades catalíticas de los polímeros sintetizados se evaluaron a partir de estudios cinéticos, comparándolas con las del enzima natural. Los MICs sintetizados con el monómero MA han presentado las mejores eficiencias catalíticas: (2.3 ± 0.2) × 104 M-1 min-1; mientras que los MICs sintetizados con VPY han mostrado selectividad hacia el sustrato TCP respecto a análogos estructurales a éste, ya que la eficiencia catalítica de la deshalogenación oxidativa del TCP, (3.0 ± 0.3) × 103 M-1 min-1, no se ha visto afectada por la presencia de estos compuestos. De los MICs sintetizados con mezclas MA y VPY, los obtenidos a partir de una mezcla con proporción MA:VPY 9:1 han presentado las mejores eficiencias catalíticas: (4.5 ± 0.3) × 103 M-1 min-1, y su selectividad es similar a la de los polímeros que sólo contienen el monómero funcional VPY. Con esta proporción MA:VPY 9:1 se ha preparado un polímero en formato microgel, donde se han apreciado diferencias notables entre el microgel impreso y el no impreso. El primero ha presentado una cinética enzimática tipo Hill (n = 4.2 ± 0.2), hecho que no se ha observado con el segundo, y dado que la morfología de ambos microgeles es similar, las diferencias cinéticas se han asociado a la presencia del sustrato TCP en la mezcla de prepolimerización, es decir, a la impresión molecular.