- Resumen
- 1. Introducción
- 2. Fuentes de la peroxidasa
- 3. Características de la(s) peroxidasa(s)
- 4. Aplicaciones y Biocatálisis de Peroxidasas en la Gestión de Contaminantes Ambientales
- 4.1. Decoloración de colorantes sintéticos
- 4.2. Biorremediación de aguas residuales: Eliminación de Contaminantes Fenólicos y Compuestos Relacionados
- 4.2.1. Mecanismo de reacción Mecanismo de la reacción HRP-H2O2-Fenol
- 4.3. Eliminación de sustancias químicas disruptivas endocrinas (EDCs)
- 4.4. Degradación de bifenilos policlorados (PAHs) Plaguicidas
- 4.5. Degradación de alcanos y alquenos clorados
- 4.7. Degradación de Dioxinas Cloradas
- 4.8. Degradación de insecticidas clorados
- 4.10. Uso en las industrias de la pulpa y el papel
- 5. Conclusión
- Agradecimientos
Resumen
Los vertidos industriales de efluentes no tratados en las masas de agua y las emisiones en el aire han deteriorado la calidad del agua y del aire, respectivamente. La enorme cantidad de contaminantes derivados de las actividades industriales representa una amenaza para el medio ambiente y el equilibrio ecológico. Los fenoles y los fenoles halogenados, los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), los productos químicos disruptores endocrinos (EDC), los plaguicidas, las dioxinas, los bifenilos policlorados (PCB), los tintes industriales y otros xenobióticos se encuentran entre los contaminantes más importantes. Las peroxidasas son enzimas capaces de transformar una variedad de compuestos siguiendo un mecanismo de radicales libres, dando lugar a productos oxidados o polimerizados. La transformación por parte de las peroxidasas de estos contaminantes va acompañada de una reducción de su toxicidad, debido a la pérdida de actividad biológica, la reducción de la biodisponibilidad o la eliminación de la fase acuosa, especialmente cuando el contaminante se encuentra en el agua. La revisión describe las fuentes de las peroxidasas, las reacciones catalizadas por ellas y sus aplicaciones en la gestión de contaminantes en el medio ambiente.
1. Introducción
Dos retos imprevistos para el ser humano son la energía y el medio ambiente. El funcionamiento de la sociedad en su conjunto y su progreso futuro dependen de la disponibilidad de fuentes de energía nuevas y renovables y de la capacidad de cambiar los procesos productivos contaminantes por nuevos procesos respetuosos con el medio ambiente. En conjunto, estos desarrollos han llevado a una creciente concienciación de la importancia central para las ciencias ambientales en el intento de la humanidad de hacer una transición hacia una relación más sostenible con la Tierra y sus recursos naturales . Las peroxidasas tienen potencial para reducir la contaminación ambiental mediante la biorremediación de las aguas residuales que contienen fenoles, cresoles y fenoles clorados, para la biopulpación y la descoloración de los azocolorantes textiles sintéticos. Las peroxidasas (EC 1.11.1.7) son oxidorreductasas que catalizan la reducción de peróxidos, como el peróxido de hidrógeno (H2O2) y la oxidación de diversos compuestos orgánicos e inorgánicos. Específicamente, la actividad de las peroxidasas implica la donación de electrones que se unen a otros sustratos, como los ferricianuros y el ascorbato, con el fin de romperlos en componentes inocuos.
Las peroxidasas tienen potencial para la biorremediación de aguas residuales contaminadas con fenoles, cresoles y fenoles clorados, para la biolixiviación en la industria del papel, la degradación de tintes textiles y la eliminación del peróxido de materiales como los alimentos y los residuos industriales. El agua de proceso de las fábricas textiles suele presentar una fuerte coloración debido a la presencia de tintes de rodamina, que son resistentes al tratamiento convencional de blanqueo y pueden ser degradados por la peroxidasa. La capacidad única de los hongos de podredumbre blanca para degradar la lignina se atribuye en gran medida a las reacciones de oxidación no específicas mediadas por radicales libres que llevan a cabo sus peroxidasas extracelulares. La peroxidasa oxida el dimetoxibenceno, los dímeros de lignina, los fenoles, las aminas, los colorantes y los alcoholes aromáticos en ausencia de Mn(II); la peroxidasa oxida sustratos fenólicos y no fenólicos. Otra peroxidasa, denominada peroxidasa decolorante de hongos del tipo Agaricus, cataliza la oxidación de tintes y compuestos fenólicos. Las peroxidasas de diferentes fuentes son relativamente inespecíficas y proporcionan a los hongos de la podredumbre blanca la capacidad única de degradar en el extranjero una serie de contaminantes ambientales como dioxinas, bifenilos policlorados, hidrocarburos de petróleo, residuos de municiones (como el trinitrotolueno), efluentes de tintes industriales, herbicidas y pesticidas .
2. Fuentes de la peroxidasa
Las peroxidasas (EC 1.11.1.7) están ampliamente distribuidas en la naturaleza. Estas enzimas son producidas por una variedad de fuentes, incluyendo plantas, animales y microbios. Las peroxidasas producidas a partir de fuentes microbianas como bacterias (Bacillus sphaericus, Bacillus subtilis, Pseudomonas sp., Citrobacter sp.), cianobacterias (Anabaena sp.), hongos (Candida krusei, Coprinopsis cinerea, Phanerochaete chrysosporium), actinomicetos (Streptomyces sp, Thermobifida fusca) y las levaduras se utilizan en la descomposición de contaminantes, la producción de piensos y materias primas para las industrias química, agrícola y papelera, la degradación de tintes textiles, la industria de la pasta de papel para la degradación de la lignina, la decoloración de tintes, el tratamiento de aguas residuales y también como biosensores. Se ha informado de muchas fuentes vegetales para la producción de peroxidasas, como el rábano picante, la papaya (Carica papaya), el plátano (Musa paradisíaca) y el bare (Acorus calamus). La peroxidasa obtenida del rábano picante (HRP) se utiliza ampliamente en kits de diagnóstico, en ELISA para etiquetar un anticuerpo, en la síntesis de varios productos químicos aromáticos y en la eliminación de peróxidos de materiales como los alimentos y los residuos industriales (Figura 1).
Una reacción general catalizada por la HRP.
3. Características de la(s) peroxidasa(s)
Las peroxidasas son oxidorreductasas que catalizan una variedad de reacciones como la reducción de peróxidos como el peróxido de hidrógeno y la oxidación de una variedad de compuestos orgánicos e inorgánicos. Son proteínas hemo y contienen protoporfirina IX de hierro (III) como grupo prostético. Tienen un peso molecular que oscila entre 30 y 150 kDa. El término peroxidasa representa un grupo de enzimas específicas, como la NADH peroxidasa (EC 1.11.1.1), la glutatión peroxidasa (EC 1.11.1.9) y la yodo peroxidasa (EC 1.11.1.8), así como una variedad de enzimas no específicas que se conocen simplemente como peroxidasas.
4. Aplicaciones y Biocatálisis de Peroxidasas en la Gestión de Contaminantes Ambientales
4.1. Decoloración de colorantes sintéticos
Los residuos de colorantes representan uno de los grupos más problemáticos de contaminantes considerados como xenobióticos que no son fácilmente biodegradables . Estos colorantes se utilizan principalmente en el teñido de textiles, la impresión de papel, la fotografía en color y como aditivo en los productos del petróleo. Cuando estos tintes sintéticos se vierten en los efluentes industriales, provocan la contaminación del medio ambiente. Las industrias textiles desempeñan un papel vital en el crecimiento económico de la India. El agua es uno de los principales productos de la naturaleza utilizados enormemente por los seres humanos, y no es extraño que cualquier comunidad en crecimiento genere enormes aguas residuales o cloacas. Para lograr la biodegradación de compuestos peligrosos para el medio ambiente, los hongos de podredumbre blanca aparecen como una valiosa alternativa. La capacidad de oxidación se basa en la capacidad de los hongos de podredumbre blanca de producir enzimas oxidativas como la lacasa, la manganeso peroxidasa y la lignina peroxidasa . Estas oxidasas y peroxidasas han sido reportadas como excelentes agentes oxidantes para degradar colorantes.
Se han utilizado varias peroxidasas bacterianas para la decoloración de colorantes textiles sintéticos. Se ha estudiado la eliminación del cromato Cr (VI) y del colorante azoico Acid Orange 7 (AO7) utilizando Brevibacterium casei en condiciones de limitación de nutrientes. El AO7 fue utilizado como donante de electrones por la enzima reductora de Brevibacterium casei para la reducción del Cr (VI). El cromato reducido Cr (III) complejado con el AO7 oxidado formó un intermedio púrpura. Se estudió la decoloración de diferentes colorantes azoicos por Phanerochaete chrysosporium RP 78 en condiciones optimizadas mediante el mecanismo de reacción a través del colorante azoico. Se produjo peroxidasa en condiciones aeróbicas como metabolito secundario en la fase estacionaria. El Bacillus sp. VUS aislado del suelo contaminado con efluentes textiles mostró capacidad para degradar una variedad de colorantes. Se ha descrito la producción de peroxidasas ligninolíticas que oxidan directamente compuestos aromáticos en hongos . Se detectaron otras peroxidasas en microorganismos responsables de la biodegradación de tintes industriales junto con la lignina peroxidasa . Un hongo macroscópico comestible, Pleurotus ostreatus, produjo una peroxidasa extracelular que puede decolorar el azul brillante de remazol y otros grupos estructuralmente diferentes, incluyendo el triarilmetano, el azo heterocíclico y los colorantes poliméricos. El azul de bromofenol fue el que mejor se decoloró (98%), mientras que el azul de metileno y el azul de toluidina O fueron los que menos se decoloraron, un 10%. Se comprobó que la HRP degrada tintes azoicos de importancia industrial, como el azul de remazol. Este colorante contiene al menos un grupo aromático en su estructura, lo que lo convierte en un posible sustrato de la HRP . Los contaminantes de la unidad de teñido y blanqueo que se filtran en el suelo han contaminado el agua subterránea haciéndola inadecuada para el consumo (Tabla 1).
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4.2. Biorremediación de aguas residuales: Eliminación de Contaminantes Fenólicos y Compuestos Relacionados
La contaminación industrial ha sido uno de los principales factores causantes de la degradación del medio ambiente que nos rodea, afectando al agua que utilizamos; su calidad y la salud humana son cuestiones directamente relacionadas. La mejora de la calidad y el aumento de la cantidad de agua aportaría beneficios para la salud. El agua potable elimina los agentes infecciosos asociados a las enfermedades transmitidas por el agua; la disponibilidad de una mayor cantidad de agua puede mejorar la salud al permitir una mejor higiene personal. La contaminación del agua hace que los productos de desecho industrial se liberen en lagos, ríos y otras masas de agua que hacen que la vida marina deje de ser hospitalaria. Las peroxidasas se han aplicado a la biorremediación de aguas residuales contaminadas con fenoles, cresoles y fenoles clorados. Los compuestos aromáticos, incluidos los fenoles y las aminas aromáticas, constituyen una de las principales clases de contaminantes. Se encuentran en las aguas residuales de una gran variedad de industrias, como la conversión del carbón, el refinado del petróleo, las resinas y los plásticos, la conservación de la madera, el revestimiento de metales, los tintes y otros productos químicos, el sector textil, la minería y la industria de la pasta y el papel. Se sabe que los fenoles y los fenoles halogenados presentes en el agua procesada de las industrias textiles son tóxicos y también que algunos de ellos son carcinógenos peligrosos que pueden acumularse en la cadena alimentaria.
Las peroxidasas comprenden una importante clase de enzimas capaces de catalizar las reacciones de acoplamiento oxidativo de una amplia gama de compuestos fenólicos . La lignina peroxidasa de Phanerochaete chrysosporium, la HRP, la mieloperoxidasa, la lactoperoxidasa, la microperoxidasa-8, una peroxidasa versátil de Bjerkandera adusta, y la cloroperoxidasa de Caldariomyces fumago fueron capaces de transformar el pentaclorofenol en tetracloro-1,4-benzoquinona mediante una deshalogenación oxidativa en presencia de H2O2. Una peroxidasa de manganeso extracelular producida por P. chrysosporium, P. sordida, C. subvermispora, P. radiata, D. squalens y P. rivulosu. La oxidación de dos electrones de esa peroxidasa extracelular por H2O2 produce el Compuesto I que sufre dos pasos consecutivos de reducción de un electrón oxidando el Mn2+ en Mn3+ que a su vez oxida los compuestos fenólicos . Muchos compuestos aromáticos y alifáticos tóxicos aparecen en las aguas residuales de varias industrias. Entre ellos, el fenol es el contaminante aromático más común y también se encuentra en el agua potable contaminada. El fenol puede ser tóxico cuando está presente a un nivel elevado y se sabe que es cancerígeno. Tiene efectos sobre la salud incluso a bajas concentraciones. En un laboratorio se trató el fenol con un extracto de enzima de raíz de nabo (peroxidasa) en presencia de H2O2 como oxidante para formar los correspondientes radicales libres. Los radicales libres se polimerizan para formar sustancias menos solubles en agua. Los precipitados se eliminaron por centrifugación y se estimó el fenol residual. Los resultados mostraron que el extracto enzimático de la raíz del nabo degradaba el fenol con mayor eficacia. Otra peroxidasa versátil producida por P. eryngii y P. ostreatus oxidó Mn2+ en Mn3+ de forma similar a la acción de la MnP, y también compuestos aromáticos de alto potencial redox, como hace la LiP, tenía una amplia especificidad y oxidaba compuestos no fenólicos.
4.2.1. Mecanismo de reacción Mecanismo de la reacción HRP-H2O2-Fenol
La peroxidasa de rábano picante experimenta una reacción cíclica cuando reacciona con sustratos fenólicos. Esta secuencia se resume en las siguientes reacciones: La enzima comienza en su forma nativa (E) y es oxidada por H2O2 para formar un compuesto intermedio activo conocido como compuesto 1 (Ei). El compuesto 1 oxida una molécula de fenol (PhOH) para formar un radical libre de fenol (PhO) y convertirse en el compuesto II (Eii). El compuesto II oxida una segunda molécula de fenol para producir otro radical libre de fenol y completar el ciclo volviendo a su forma nativa E. Los radicales libres se polimerizan y forman compuestos insolubles que precipitan de la solución . La reacción de polimerización se ilustra en Otra peroxidasa, designada como peroxidasa decolorante (EC 1 : 1 : 1 : ) de hongos tipo Agaricus, se informó que cataliza la oxidación de tintes y compuestos fenólicos (Figura 2).
Esquema de reacción implicado en la producción del radical hidroxilo por los hongos de la podredumbre blanca a través del ciclo redox de la quinona . La 1,4-benzoquinona (BQ) es reducida por la quinona reductasa (QR) produciendo hidroquinona (BQH2), que es oxidada por cualquiera de las enzimas modificadoras de la lignina a semiquinonas . La producción de radicales aniónicos superóxido por autoxidación es catalizada principalmente por el Fe3+ que se reduce a Fe2+. La formación del reactivo de Fenton se realiza por disolución del O2 a H2O2.
4.3. Eliminación de sustancias químicas disruptivas endocrinas (EDCs)
Varias clases de enzimas oxidativas se han mostrado prometedoras para la eliminación eficiente de EDCs que son resistentes a los tratamientos convencionales de aguas residuales. Aunque la cinética de las reacciones entre los EDC individuales y las enzimas oxidativas seleccionadas, como la HRP, está bien documentada en la literatura, se han investigado poco las reacciones con las mezclas de EDC. Los EDC son un grupo de compuestos que, debido a su estructura química, pueden actuar como agonistas o antagonistas de las hormonas. Pueden alterar la síntesis, la secreción, el transporte, la unión, la acción y la eliminación de las hormonas endógenas, que son las responsables de mantener la homeostasis, la reproducción, el desarrollo y la integridad de los organismos vivos y su progenie. Están ampliamente dispersos en el medio ambiente, pero se encuentran principalmente en los efluentes de aguas residuales. Varios trabajos informaron de la oxidación de EDC por la peroxidasa de manganeso. Utilizando 10 U/mL de manganeso peroxidasa de Pleurotus ostreatus, se eliminó 0,4 mM de bisfenol en 1 h . Las peroxidasas también son útiles en la eliminación o degradación de otros potentes contaminantes ambientales como las cloroanilinas y los hidrocarburos aromáticos policíclicos.
4.4. Degradación de bifenilos policlorados (PAHs) Plaguicidas
Los plaguicidas incluyen una amplia gama de sustancias más comúnmente utilizadas para controlar insectos, malezas y hongos. La exposición a los plaguicidas en el ser humano se asocia a problemas de salud crónicos o a síntomas de salud como problemas respiratorios, trastornos de la memoria, afecciones dermatológicas, cáncer, depresión, déficits neurológicos, abortos y defectos de nacimiento. La descomposición biológica de los plaguicidas es la forma más importante y eficaz de eliminar estos compuestos del medio ambiente. Los microorganismos tienen la capacidad de interactuar, tanto química como físicamente, con sustancias que conducen a cambios estructurales o a la degradación completa de la molécula objetivo.
Las peroxidasas extraídas de algunas especies de hongos tienen un gran potencial para transformar varios plaguicidas en formas inocuas. Se ha estudiado la transformación de plaguicidas organofosforados por hongos de podredumbre blanca, y se ha informado de la transformación de varios plaguicidas organofosforados por la cloroperoxidasa de Caldariomyces fumago. Los HAP están compuestos por dos o más anillos aromáticos fusionados y son componentes del petróleo crudo, la creosota y el carbón. La mayor parte de la contaminación por HAPs se ha originado por el uso extensivo de combustibles fósiles como fuentes de energía. Las peroxidasas y las fenoloxidasas pueden actuar sobre determinados HAPs transformándolos en productos menos tóxicos o más fáciles de degradar. Los HAPs son oxidados por peroxidasas como la lignina peroxidasa y la manganeso peroxidasa . A pesar de su versatilidad y de su potencial uso en procesos medioambientales, las peroxidasas aún no se aplican a gran escala. Para poder aplicar las peroxidasas en la transformación de contaminantes es necesario abordar diversos retos, como la estabilidad, el potencial redox y la producción de grandes cantidades. Las peroxidasas extraídas de algunas especies de hongos tienen un gran potencial para transformar varios pesticidas en formas inocuas. A pesar de su versatilidad y su potencial uso en procesos medioambientales, las peroxidasas aún no se aplican a gran escala. Para poder aplicar las peroxidasas en la transformación de contaminantes es necesario abordar diversos retos, como la estabilidad, el potencial redox y la producción de grandes cantidades.
4.5. Degradación de alcanos y alquenos clorados
La contaminación de suelos y acuíferos por los halocarbonos alifáticos tricloroetileno (TCE) y percloroetileno (PCE) ampliamente utilizados como disolventes desengrasantes es un grave problema de contaminación ambiental. El TCE se somete a una deshalogenación reductora in vitro catalizada por la LiP de P. chrysosporium en presencia de alcohol terciario, H2O2 y EDTA (u oxalato) que conduce a la producción de los correspondientes radicales clorados reducidos. Se aisló una cepa de la bacteria IM-4 capaz de degradar el imazetapir (IMZT) del suelo contaminado con IMZT. Esta cepa también mostró la capacidad de degradar otros herbicidas de imidazolinona como imazapyr, imazapic e imazamox . También se demostró que los radicales hidroxilo extracelulares producidos por T. versicolor, a través del ciclo redox de la quinona, catalizan la degradación de PCE y TCE . El TCE es mineralizado por cultivos de P. chrysosporium cultivados aeróbicamente. Estos investigadores propusieron que el TCE está sujeto a una deshalogenación reductora in vitro catalizada por la LiP de P. chrysosporium en presencia de alcohol terciario, H2O2 y EDTA (u oxalato) que conduce a la producción de los correspondientes radicales clorados reducidos. Degradación de los herbicidas fenoxi alcanoicos y triazínicos
Los herbicidas de hoja ancha más utilizados en todo el mundo son el ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) y el ácido 2,4,5-triclorofenoxiacético (2,4,5-T). El 2,4-D y quizás el 2,4,5-T son un componente del Agente Naranja que se utilizó ampliamente como defoliante. El 2,4-D es bastante susceptible a la degradación bacteriana y, por lo general, no persiste durante mucho tiempo en el medio ambiente. Por otro lado, el 2,4,5-T es relativamente más resistente a la degradación microbiana y tiende a persistir en el medio ambiente. Se le atribuyen graves enfermedades en muchos veteranos de la guerra de Vietnam, donde estuvieron expuestos al Agente Naranja que se utilizaba como defoliante. También se informó de que eran agentes mutagénicos y, por tanto, muy tóxicos para los seres humanos. Las peroxidasas ligninolíticas de P. chrysosporium y Dichomitus qualens participaron en la degradación de los intermediarios fenólicos clorados del 2,4-D y el 2,4,5-T. Estos resultados se basaron en el aumento de la degradación de 2,4,5-T y 2,4-D marcados con anillos y cadenas laterales por parte de D. Squalens al añadir Mn2+ (un conocido inductor de MnP) al medio y en el aumento de la degradación por parte de P. chrysosporium en un medio limitado en nitrógeno (en el que se induce la producción tanto de LiP como de MnP). La atrazina es un herbicida triazínico de uso común y es degradada por una serie de hongos de podredumbre blanca que producen lacasas y peroxidasas .
4.7. Degradación de Dioxinas Cloradas
Las dibenzodioxinas policloradas (PCDDs) son un grupo de contaminantes ambientales altamente tóxicos que son carcinógenos humanos confirmados y tienden a bioacumularse en humanos y animales debido a sus propiedades lipofílicas. Se ha demostrado que las dibenzodioxinas policloradas (PCDD) y los dibenzofuranos policlorados (PCDF) son degradados por varias especies de hongos de podredumbre blanca, lo que sugiere la posible implicación de LiP y MnP. Un hongo P. sordida produjo MnP pero no LiP; y el MnP crudo mostró la degradación de las dioxinas.
4.8. Degradación de insecticidas clorados
El lindano (isómero c del hexaclorociclohexano) fue un plaguicida ampliamente utilizado en el pasado, y se estima que se produjeron 600.000 toneladas de lindano en todo el mundo entre el año 1950 y el 2000. En la actualidad, el uso del lindano está prohibido en todo el mundo debido a su persistencia en el medio ambiente como contaminante. Se ha informado de que P. chrysosporium cultivado en condiciones ligninolíticas mineraliza parcialmente el lindano en cultivos líquidos y en suelos enriquecidos con mazorca de maíz inoculados con P. chrysosporium, pero no se observó la degradación del lindano in vitro utilizando LiP y MnP purificadas de P. chrysosporium . El DDT (1,1,1-tricloro-2,2-bis etano), el primero de los insecticidas orgánicos clorados, se utilizó mucho después de la Segunda Guerra Mundial. Los altos niveles de DDT encontrados en los suelos agrícolas son motivo de gran preocupación, ya que suponen una grave amenaza para la seguridad alimentaria y la salud humana. Se ha demostrado que los hongos de podredumbre blanca P. chrysosporium, P. ostreatus, T. versicolor y Phellinus weirii mineralizan el DDT. Peroxidasa como biosensores
Los biosensores se han definido como dispositivos analíticos que combinan estrechamente elementos de biorreconocimiento con transductores físicos para la detección del compuesto objetivo. Varios ejemplos de biosensores desarrollados para contaminantes ambientales relevantes. Los biosensores pueden ser útiles, por ejemplo, para la vigilancia continua de una zona contaminada. También pueden presentar características analíticas ventajosas, como una alta especificidad y sensibilidad (inherentes al bioensayo de reconocimiento biológico particular. El H2O2 se considera el mediador de la bioquímica de la patología celular y puede estar implicado en la etiología del envejecimiento y de las enfermedades neurodegenerativas progresivas, como la enfermedad de Parkinson. Debido a su papel crucial en la neuroquímica, la determinación de la concentración de H2O2 ha sido un campo de investigación de considerable interés. Los métodos electroquímicos basados en biosensores de peroxidasa han demostrado ser significativamente ventajosos para las biociencias debido a sus mediciones directas en tiempo real y a su capacidad para aplicaciones prácticas . Se construyó un novedoso biosensor de tercera generación para el peróxido de hidrógeno mediante la reticulación de la peroxidasa en un electrodo modificado con nanotubos de carbono multipared . Al mismo tiempo, los biosensores ofrecen la posibilidad de determinar no sólo sustancias químicas específicas, sino también sus efectos biológicos, como la toxicidad, la citotoxicidad, la genotoxicidad o los efectos de disrupción endocrina, es decir, información relevante que en algunas ocasiones es más significativa que la composición química. Los biosensores enzimáticos se basan en la inhibición selectiva de enzimas específicas por diferentes clases de compuestos, siendo la disminución de la actividad de la enzima inmovilizada en presencia del analito diana el parámetro que se utiliza frecuentemente para la cuantificación.
Se ha desarrollado un novedoso biosensor electroquímico basado en la mioglobina a partir de un nanocompuesto preparado a partir de nanotubos de carbono de pared múltiple que fueron recubiertos con nanopartículas de ceria . Otra aplicación de los biosensores de células enteras es la determinación de la demanda biológica de oxígeno (DBO). Los pesticidas (herbicidas, fungicidas e insecticidas) se utilizan ampliamente en la agricultura y la industria de todo el mundo debido a su alta actividad insecticida. Los biosensores son potencialmente útiles ya que detectan rápidamente los pesticidas y han estado activos en el área de investigación durante algunos años. Se desarrolló otro valioso biosensor basado en la HRP en el que se hilaron nanofibras de polivinilpirrolidona (PVP) con incorporación de la enzima HRP. Se utilizó la microscopía electrónica de barrido (SEM) de las nanofibras hiladas para confirmar la estructura no tejida que tenía un diámetro medio de 155 ± 34 nm. Las fibras que contenían HRP se sometieron a pruebas para comprobar su cambio de actividad tras el electrospinning y durante el almacenamiento. Se utilizó un ensayo colorimétrico para caracterizar la actividad de la HRP mediante la reacción con las esteras de nanofibras en una placa de microtitulación y el seguimiento del cambio de absorción con el tiempo. Los métodos de detección rápidos y sensibles son de suma importancia para la identificación de patógenos relacionados con la salud y la seguridad. La peroxidasa se utiliza en el desarrollo de un ensayo de flujo lateral basado en la secuencia de ácidos nucleicos que logra un bajo límite de detección utilizando la quimioluminiscencia y la amplificación enzimática de la señal.
4.10. Uso en las industrias de la pulpa y el papel
Los subproductos de la fabricación de la pulpa (licor negro) y las aguas residuales de las fábricas de pulpa causan un grave problema medioambiental debido a su alta carga de contaminación. Resolver los problemas ambientales de las industrias de pasta y papel es esencial para mantener la industria forestal y acomodar las cambiantes necesidades económicas de las comunidades forestales . La fabricación de pasta en las industrias de pasta de papel implica dos procesos principales, a saber, la digestión de la madera y el blanqueo. En el proceso de digestión de la madera, las astillas se cuecen en una solución de hidróxido de sodio y sulfato de sodio a temperatura y presión elevadas para romper las astillas en masa de fibra. La reacción química con las fibras de madera disuelve todos los materiales de depósito que son difíciles de degradar, y estos derivados se eliminan de la fibra durante el proceso de lavado y deshidratación. Los diversos extractos durante el lavado incluyen principalmente ligninas, celulosa, fenólicos, resinas, ácidos grasos y taninos mezclados para formar un residuo alcalino negro oscuro y viscoso conocido como licor negro. El efluente alcalino consiste sólo en un 10%-15% del total de las aguas residuales, pero contribuye en casi más del 90%-95% de la carga total de contaminación en términos de alto pH, DBO, DQO y color, lo que lo hace significativamente tóxico para el medio ambiente. Por lo tanto, se justifica el tratamiento adecuado del licor negro antes de su descarga en el medio ambiente. Los métodos biológicos para el tratamiento del licor negro que implican el uso de hongos, bacterias, algas y enzimas como tratamiento de un solo paso o en combinación con otros métodos físicos y químicos parecen ser más económicos y ecológicos. Entre los métodos biológicos probados hasta ahora, la mayor parte de la literatura se limita a unos pocos géneros de hongos de podredumbre blanca debido a su sistema enzimático extracelular inespecífico (LiP, MnP y Laccase) implicado en la biodegradación de la lignina.
5. Conclusión
La importancia de las peroxidasas en la desintoxicación de ambientes contaminados se basa en su capacidad para catalizar la reducción de peróxidos, como el peróxido de hidrógeno y la oxidación de una variedad de compuestos orgánicos e inorgánicos y la polimerización de compuestos tóxicos o, por reacción cruzada, con otros fenólicos o con cosubstratos con características tóxicas e inofensivas y genera productos poliméricos (dimmers, trimmers, oligómeros híbridos), que muy probablemente se acumularán en el suelo y/o en los sistemas acuáticos. Las peroxidasas tienen potencial para la biorremediación de aguas residuales contaminadas con fenoles, cresoles y otros efluentes industriales, para la descoloración de tintes textiles, la eliminación de sustancias químicas disruptivas endocrinas, la degradación de pesticidas, bifenilos policlorados, alcanos y alquenos clorados del suelo, herbicidas fenoxi alcanoicos, herbicidas de triazina, dioxinas cloradas e insecticidas clorados. Las peroxidasas también se utilizan como biosensores. Los rápidos avances en el uso de peroxidasas para la degradación de contaminantes han arrojado más luz sobre las estrategias de biorremediación sostenible de compuestos contaminantes y la protección del medio ambiente mediante el uso de diferentes enzimas. La protección del medio ambiente está influida por tres factores entrelazados: la legislación medioambiental, la ética y la educación. Cada uno de estos factores desempeña un papel importante a la hora de influir en las decisiones medioambientales a nivel nacional y en los valores y comportamientos medioambientales a nivel personal. Para que la protección del medio ambiente sea una realidad, es importante que las sociedades y las naciones desarrollen cada una de estas áreas que, en conjunto, informarán e impulsarán las decisiones medioambientales.
Agradecimientos
Este trabajo ha sido financiado por el Consejo de Investigación Científica e Industrial de Nueva Delhi, en el marco de la beca de investigación junior CSIR-NET concedida a uno de los autores (NB). Los autores agradecen al CSIR, Nueva Delhi, y al Departamento de Biotecnología, Universidad de Himachal Pradesh, Shimla.