Determinación de los parámetros fisicoquímicos óptimos para máxima eficiencia β-1,3,1,4- glucanasa recombinante en la degradación de β-glucanos de avena (avena sativa)

Abstract

El proyecto se enfoca en la caracterización de la enzima β-1,3-1,4-glucanasa (BglS), codificada por el gen bglS de Bacillus subtilis, con el objetivo de determinar sus condiciones óptimas de funcionamiento y evaluar su potencial aplicación industrial, especialmente en la degradación de β-glucanos de avena. La producción de la enzima recombinante BglS se logró con éxito utilizando la cepa E. coli BL21(DE3), obteniendo una proteína funcional con una concentración de 0,290 μg/mL. Las pruebas experimentales revelaron que la enzima presenta una actividad máxima en un pH de 6 y 9 a una temperatura de 50 °C, confirmando su estabilidad y eficiencia. A temperaturas superiores a 50 °C, la actividad de la enzima disminuyó significativamente, destacando la importancia de trabajar dentro de este rango óptimo. La cinética enzimática de la BglS se evaluó siguiendo el modelo de Michaelis-Menten, utilizando β-glucanos de avena como sustrato. Los valores de Km y Vmax obtenidos fueron 18,06 mg/mL y 33,52 U/min, respectivamente, lo que indica una afinidad moderada por los β-glucanos, aunque inferior a los reportados en la literatura para enzimas similares. Este comportamiento puede atribuirse a las características estructurales del sustrato y a las condiciones experimentales utilizadas. Adicionalmente, se evaluó la cinética con liquenan un sustrato específico, obteniéndose valores de Km de 78,97 mg/mL y Vmax de 1302,80 U/min, lo que evidencia una menor afinidad por este sustrato. Se estudió el efecto de diversos iones metálicos (Ca²⁺, Mg²⁺, Cu²⁺ y K⁺) sobre la actividad enzimática. A una concentración de 1 mM, el calcio incrementó la actividad en aproximadamente un 6%, mientras que, a 10 mM, todos los iones redujeron la actividad enzimática, siendo el magnesio el inhibidor más significativo con una reducción del 48%. En contraste, el cobre mostró la mayor actividad relativa entre los metales a 10 mM, con solo un 30% de reducción frente al control. Estos resultados subrayan la importancia de ajustar la concentración y tipo de ion metálico en aplicaciones prácticas para maximizar la actividad enzimática. Su notable actividad a pH 9 destaca su potencial para procesos en condiciones alcalinas, como la producción de biocombustibles, donde la enzima puede degradar glucanos en biomasa lignocelulósica para liberar azúcares fermentables. También se identifica su aplicabilidad en el tratamiento de aguas residuales, aprovechando su estabilidad en entornos alcalinos para degradar compuestos orgánicos complejos