Participación de las proteínas serina hidroximetil transferasa, DnaK y 5- oxoprolil peptidasa en la síntesis biológica y biomimética de Quantum Dots de cadmio-azufre

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Fecha
2024
Idioma
es
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Editor
Universidad Andrés Bello
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Resumen
Los “Quantum Dots” (QDs) de cadmio-azufre (CdS) son estructuras nanométricas (<100 nm) cuyas propiedades optoelectrónicas han adquirido relevancia en el último tiempo, debido a sus diversas aplicaciones, como sistemas de bioimagen, biosensores, semiconductores, celdas fotovoltaicas, entre otras. A pesar de que existen metodologías químicas y físicas para fabricar estos nanomateriales, los altos costos asociados a requerimientos energéticos, los largos tiempos de ejecución, el equipamiento especializado y el uso de químicos perjudiciales para el medio ambiente los hacen poco sostenibles y eco amigables. En este contexto, se han comenzado a desarrollar métodos de síntesis basados en sistemas biológicos o químicos sustentables, como los biomiméticos, que han surgido como una alternativa atractiva para superar estos desafíos. Adicionalmente, la síntesis biológica de QDs emplea microorganismos o parte de estos para la bioproducción de nanocristales fluorescentes. La síntesis biomimética implica la utilización de moléculas y condiciones que imitan las condiciones celulares para producir nanopartículas, sin la necesidad de utilizar organismos en el proceso. En este aspecto, péptidos, biopolímeros, proteínas, aminoácidos, y particularmente tioles biológicos son ampliamente utilizados en este tipo de síntesis, abriendo la posibilidad de generar nanopartículas (NPs) bajo condiciones de temperatura y presión significativamente menores que los métodos químicos utilizados a la fecha. Estudios previos han demostrado que algunas proteínas podrían jugar un papel fundamental en la formación de QDs durante la síntesis biomimética, donde participarían durante los procesos de nucleación, crecimiento y estabilización de QDs. En este sentido, diversas proteínas han sido utilizadas en procesos biomiméticos durante la síntesis de QDs de CdS. A su vez, estudios previos realizados por nuestro grupo de investigación han permitido identificar algunas proteínas unidas a QDs de CdS biosíntetizados por Arthrobacter vasquezii a 4 ºC. Sin embargo, hasta la fecha no se conocen a ciencia cierta el efecto de estas proteínas sobre el proceso de biosíntesis de las NPs. Con estos antecedentes, el objetivo principal de este trabajo fue explorar el potencial de tres proteínas que se determinó interaccionan con las NPs de CdS en Arthrobacter vasquezii: DnaK, Serina hidroximetil transferasa (SHMT2) y Piroglutamil peptidasa I (PIR I), en la síntesis biológica y biomimética de QDs de CdS, con el fin de identificar posibles herramientas para la producción sustentable de estos nanomateriales
Quantum Dots (QDs) of cadmium sulfide (CdS) are nanometric structures (<100 nm) whose optoelectronic properties have gained relevance recently due to their various applications, such as bioimaging systems, biosensors, semiconductors, photovoltaic cells, among others. Although there are chemical and physical methodologies for manufacturing these nanomaterials, the high costs associated with energy requirements, long execution times, specialized equipment, and the use of environmentally harmful chemicals make them unsustainable and not eco-friendly. In this context, sustainable synthesis methods based on biological or chemical systems, such as biomimetic approaches, have emerged as an attractive alternative to overcome these challenges. Additionally, biological synthesis of QDs employs microorganisms or parts thereof for the bioproduction of fluorescent nanocrystals. Biomimetic synthesis involves the use of molecules and conditions that mimic cellular conditions to produce nanoparticles, without the need to use organisms in the process. In this regard, peptides, biopolymers, proteins, amino acids, and particularly biological thiols are widely used in this type of synthesis, opening the possibility of generating nanoparticles (NPs) under significantly lower temperature and pressure conditions than those used in chemical methods to date. Previous studies have demonstrated that some proteins could play a fundamental role in the formation of QDs during biomimetic synthesis, where they participate in the processes of nucleation, growth, and stabilization of QDs. In this sense, various proteins have been used in biomimetic processes during the synthesis of CdS QDs. In turn, previous studies conducted by our research group have identified some proteins bound to CdS QDs biosynthesized by Arthrobacter vasquezii at 4 ºC. However, to date, the mechanisms involved in the interaction between these proteins and the NPs are not known. With these backgrounds, the main objective of this work was to explore the potential of three proteins identified in CdS NPs in Arthrobacter vasquezii: DnaK, Serine hydroxymethyltransferase, and 5-oxoprolyl-peptidase, in the biological and biomimetic synthesis of CdS QDs, in order to identify possible tools for sustainable production of these nanomaterials.
Notas
Memoria (Ingeniero en Biotecnología)
Palabras clave
Nanopartículas, Proteínas, Biosíntesis, Sustentabilidad.
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