Registro:
| Documento: | Tesis de Grado |
| Título: | Caracterización fisicoquímica y activación no canónica de peroxidasas DyP tipo I de interés biotecnológico |
| Título alternativo: | Physicochemical characterization and non-canonical activation of class I DyP-type peroxidases of biotechnological interest |
| Autor: | Rosciani, Francisco |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Lugar de trabajo: | Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Química, Física de Los Materiales, Medioambiente y Energía (INQUIMAE)
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| Fecha de defensa: | 2025-04-14 |
| Fecha en portada: | Febrero 2025 |
| Grado Obtenido: | Grado |
| Título Obtenido: | Licenciado en Ciencias Biológicas |
| Departamento Docente: | Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física |
| Director: | Murgida, Daniel Horacio |
| Director Asistente: | Zitare, Ulises Alejandro |
| Jurado: | Craig, Patricio Oliver; Coria Oriundo, Lucy Linders; García Liñares, Guadalupe Eugenia |
| Idioma: | Español |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
https://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nBIO001797_Rosciani |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/seminario/seminario_nBIO001797_Rosciani.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/seminario/document/seminario_nBIO001797_Rosciani |
| Ubicación: | BIO 001797 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Rosciani, Francisco. (2025). Caracterización fisicoquímica y activación no canónica de peroxidasas DyP tipo I de interés biotecnológico. (Tesis de Grado. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nBIO001797_Rosciani |
Resumen:
Las peroxidasas decolorantes, también conocidas como peroxidasas DyP por sus siglas en inglés (Dye-decolorizing Peroxidases), son enzimas hemoperoxidasas mayoritariamente bacterianas y fúngicas, inicialmente descubiertas en 1999 y reconocidas como una familia independiente de hemoperoxidasas en 2007. Poseen propiedades características que las distinguen de las clásicas peroxidasas de plantas y hongos, incluyendo estructuras primarias y terciarias únicas, y una gran promiscuidad en cuanto a sustratos. Las DyPs son enzimas versátiles, mostrando una elevada actividad oxidativa y en ocasiones hidrolítica hacia diversos compuestos orgánicos, siendo capaces de decolorar eficientemente tanto tintes azo como antraquinónicos, y degradar material lignocelulósico, entre muchas otras reacciones. Estas propiedades las convierten en biocatalizadores prometedores en varios campos biotecnológicos, como la biorremediación de aguas residuales, la revalorización de biomasa lignocelulósica, el desarrollo de drogas antimicrobianas, y la producción industrial en diferentes rubros. A pesar de sus posibles aplicaciones, actualmente se conoce relativamente poco sobre la mayor parte de las DyPs, con sus mecanismos, cinética, y propiedades fisicoquímicas siendo blanco de investigación activa. Recientemente se ha demostrado que las peroxidasas tipo DyP pueden ser electroquímicamente activadas para la oxidación de sustratos sin necesidad de la adición de H2O2 exógeno mediante la aplicación de un potencial reductivo a las enzimas en solución o inmovilizadas sobre electrodos, resultando en actividades catalíticas similares o mayores a las obtenidas mediante la activación canónica con H2O2 exógeno. Este método electrorreductivo de activación (MERA) no canónica procede a través de la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) por activación del oxígeno molecular en solución, las cuales interactúan con el hemo proteico para formar intermediarios oxoferrilo catalíticamente competentes. En esta Tesis se presenta la caracterización fisicoquímica y electrocatalítica de las enzimas SviDyP de Saccharomonospora viridis y TfuDyP de Thermobifida fusca, que son particularmente promisorias en términos de aplicaciones. Los resultados obtenidos se comparan críticamente con los de otras enzimas DyP, particularmente con los de PpDyP de Pseudomonas putida. Se utilizan herramientas espectroscópicas de absorción (UV-Vis) y vibracionales (dispersión Raman Resonante, RR) para la caracterización del estado redox, el espín, y la coordinación del hierro hémico, aportando conocimiento sobre las vías de activación y el mecanismo catalítico de las DyPs. Asimismo se analizan espectroscópicamente las propiedades catalíticas y la cinética de dichas enzimas, definiendo perfiles de reacción y condiciones óptimas para diversos sustratos orgánicos, incluyendo tintes industriales y compuestos relevantes para su aplicación. Mediante el uso de técnicas espectroelectroquímicas UV-Vis y RR se estudia y extiende la novedosa activación por MERA a SviDyP y TfuDyP, construyendo sobre trabajos previos el entendimiento de la activación no canónica y su potencial aplicabilidad. Por último y en el contexto de activación no canónica, se utilizan especies supresoras de ROS para inhibir selectivamente vías de activación catalítica, hallándose que diferentes enzimas presentan preferencia por diferentes ROS y por lo tanto diferentes vías catalíticas. Los resultados de este trabajo contribuyen a allanar el camino para el desarrollo de reactores biocatalíticos basados en peroxidasas tipo DyP y sus aplicaciones biotecnológicas.
Abstract:
Dye-decolorizing peroxidases (DyPs) are a group of heme peroxidase enzymes, chiefly present in bacteria and fungi. Originally discovered in 1999, they were recognized as a novel independent family of heme peroxidases in 2007. They possess unique characteristics that distinguish them from classical plant and fungi peroxidases, such as distinct primary and tertiary structures, and a remarkably wide spectrum of substrates. DyPs are versatile enzymes, showing high peroxidative and in some cases hydrolytic activities towards a diversity of organic compounds; being capable of efficient decolorization of azo and anthraquinone dyes and degradation of lignocellulosic material, among many others. These properties make them promising biocatalysts in several fields, including dye- containing wastewater bioremediation, lignin revalorization, antimicrobial drug development, and chemical production in a wide array of industries. Despite their many potential applications, relatively little is known of most DyPs, and their mechanisms, kinetics, and physicochemical properties remain under active research. Recently, it was reported that DyP-type peroxidases can be electrochemically activated for substrate oxidation without the need of exogenous H2O2 addition through the application of a reductive potential to enzymes in solution of immobilized on electrodes, resulting in similar or improved catalytic activities with respect to the canonical H2O2 activation. This non-canonical electroreductive activation method (ERAM) proceeds through generation of reactive oxygen species (ROS) by activation of molecular oxygen in solution, which then react with the protein heme to form catalytically competent oxoferryl intermediary species. In this Thesis, functional and electrocatalytic characterization of SviDyP from Saccharomonospora viridis and TfuDyP from Thermobifida fusca is presented. These enzymes are particularly promising in terms of biotechnological applications. Obtained results are compared critically with those available for other DyPs, specifically PpDyP from Pseudomonas putida. Absorptive (UV-Vis) and vibrational (resonance Raman, RR) spectroscopy techniques are used to characterize the redox, spin, and coordination states of the heme iron, aiding in the understanding of activation pathways and DyP catalytic mechanism. Furthermore, catalytic and kinetic properties of the above enzymes are studied, defining reaction profiles and optimal reaction conditions for several organic substrates, including synthetic industrial dyes and model compounds relevant to their applications. Through usage of UV-Vis and RR spectroelectrochemistry, the novel ERAM activation method is extended to SviDyP and TfuDyP, building upong previous work in the comprehension of non-canonical activation and its usefulness. Lastly, and in the context of ERAM activation, ROS supressor species are used for selective inhibition of different activation pathways, finding that different enzymes show a preference for different ROS and thus different catalytic routes. The results obtained and presentend in this Thesis contribute to paving the way for development of bioelectrocatalytic reactors based on DyPs and their successful biotechnological application.
Citación:
---------- APA ----------
Rosciani, Francisco. (2025). Caracterización fisicoquímica y activación no canónica de peroxidasas DyP tipo I de interés biotecnológico. (Tesis de Grado. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nBIO001797_Rosciani
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Rosciani, Francisco. "Caracterización fisicoquímica y activación no canónica de peroxidasas DyP tipo I de interés biotecnológico". Tesis de Grado, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2025.https://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nBIO001797_Rosciani
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