Purificación de aire mediante oxidación fotocatalítica de gases contaminantes NOₓ: estudio de los fotocatalizadores TiO₂ y ZnO

Los óxidos de nitrógeno (NOx) son gases contaminantes que afectan al medio ambiente al ser responsables de la formación de smog fotoquímico, lluvia ácida, ozono troposférico, reducción de la capa de ozono, además de participar en el efecto invernadero en la forma de N2O. Adicionalmente, la exposición a estos gases provoca daños a la salud de los seres humanos. Una propuesta tecnológica para abordar esta problemática ambiental es su eliminación mediante un proceso fotooxidativo, lo cual requiere del empleo de óxidos semiconductores con alta actividad fotocatalítica. En el presente trabajo de investigación se valoró el alcance de la tecnología de fotocatálisis heterogénea para la purificación de aire por eliminación de gases tipo NOx. Para este propósito, en una primera parte del trabajo se construyó un reactor fotocatalítico de acuerdo a la norma internacional ISO 22197-1 con el fin de realizar las pruebas fotocatalíticas en condiciones estándar a las establecidas por la regulación internacional y dar así consistencia a los resultados obtenidos. La segunda parte del trabajo consistió en la síntesis y caracterización de los óxidos semiconductores TiO2 y ZnO por el método sol-gel para lo cual en cada caso se aplicó un diseño de experimentos con el fin de encontrar las condiciones experimentales que permitieran la obtención del mejor fotocatalizador de cada sistema en base a sus propiedades fisicoquímicas. La actividad fotocatalítica de las muestras de TiO2 y ZnO se determinó en la reacción de fotooxidación de óxido nítrico (NO) en aire bajo radiación UV. Los mejores fotocatalizadores fueron seleccionados para pruebas de desempeño variando las condiciones experimentales de la reacción fotocatalítica como el caudal volumétrico que entró al reactor, la irradiancia y la cantidad de humedad presente en el medio de reacción, evaluando además el efecto de diversas variables experimentales de la reacción fotocatalítica en sus respectivos valores. Asimismo, el seguimiento de los productos de reacción confirmó la presencia iones nitrato (NO3-) como producto mayoritario de la fotooxidación de NO, lo que dota al proceso de eliminación de NO de un carácter sustentable. En una tercera parte del trabajo se probó la actividad fotocatalítica del fotocatalizador TiO2 cuando fue incorporado en un prototipo de material de construcción. El desempeño fue probado bajo condiciones simuladas y reales de exposición a la intemperie. Los resultados obtenidos indicaron la potencial aplicación de los materiales para el desarrollo comercial de productos fotocatalíticos. En la parte final del trabajo se presentan resultados obtenidos con óxidos semiconductores alternos a los convencionales como Bi2Mo3O12 y TiO2/WO3 cuyo principal propósito fue el de desarrollar fotocatalizadores cuya activación fuera mediante absorción en la porción visible del espectro solar.

Expresión, purificación y caracterización de proteínas quiméricas de RsbP con el dominio sensorial Per‐ARNT‐Sim y dominios de respuesta histidina quinasa y fosfatasa

Los organismos monitorean una serie de señales internas y externas para ajustar su comportamiento frente a diferentes entornos. Las proteínas encargadas de la transducción de señales son llamadas proteínas sensoriales, y éstas contienen dominios sensoriales que son sensibles a las señales tales como la absorción de la luz o la unión de una sustancia química o ligando; y dominios de respuesta que poseen actividad biológica. Algunas proteínas sensoriales contienen dominios Per-­‐ARNT-­‐Sim(PAS), estos dominios son relativamente pequeños, de aproximadamente 110 aminoácidos y han sido reportados en todos los reinos de la vida. En proteínas, un dominio se caracteriza por una secuencia de aminoácidos específica, sin embargo, los dominios PAS difieren de esta definición, pero sí se caracterizan por poseer una estructura definida que consta de cinco plegamientos beta antiparalelos flanqueados por varias alfa hélices cuya estructura les permite detectar cambios físicos y químicos. Estos dominios pueden activar diferentes dominios de respuesta, que en bacterias incluyen a fosfatasa e histidina quinasa. Se planteó la siguiente hipótesis: El dominio Per-­‐ARNT-­‐Sim(PAS) de RsbP es capaz de interactuar con distintos dominios derespuesta, ya sea fosfatasa o histidina quinasa formando estructuras cuaternarias definidas. El objetivo general es: Establecer la relación estructura-­‐función de dominios PAS bacterianos determinando interacciones específicas con distintos dominios de respuesta. La metodología incluye las técnicas de clonación tradicionales, expresión y purificación de proteínas por medio de cromatografía por afinidad y por intercambio aniónico y finalmente el estudio del estado oligomérico por medio de cromatografía de exclusión. Contribuciones y Conclusiones: en el presente estudio se expresó, purificó y caracterizó el dominio sensorial PAS de RsbP (RsbP-­‐PAS) y la proteína completa RsbP de B. subtilis. Estas proteínas seexpresaron y purificaron utilizando la proteína glutatión S-­‐transferasa (GST) como proteína de fusión. Mediante cromatografía de exclusión por tamaño se determinó la estructura cuaternaria del dominio sensorial PAS de RsbP siendo un monómero y la proteína completa RsbP como tetrámero. Además en este estudio se llevó a cabo la construcción de dos proteínas quiméricas de RsbP. La primera esta compuesta de la siguiente manera, (RsbP-­‐PAS) como domino sensorial, bucle enrollado, el cual conecta al domino sensorial con el dominio de respuesta, e histidina quinasa (PAS-­‐HPK) como dominio de respuesta; y la segunda, (RsbP-­‐PAS) como domino sensorial, el primer dominio PAS del fitocromo A que conecta ambos dominios y fosfatasa como dominio de respuesta (PAS-­‐PASalt-­‐PPM). Estas proteínas se expresaron utilizando la proteína glutatión S-­‐transferasa como proteína de fusión la cual permite la purificación por afinidad. En el caso de PAS-­‐HPK se obtuvo suficiente proteína soluble, sin embargo,PAS-­‐PASalt-­‐HPK mostró la presencia de cuerpos de inclusión los cuales disminuyen el rendimiento de proteína soluble y dificultansu purificación. Es importante señalar que en estudios posteriores se mejorará la obtención de proteína soluble de las proteínas quiméricas, para mejorar sus rendimientos de purificación y su caracterización y de esta manera conocer el estado oligomérico que éstas presentan; para corroborar la teoría que el dominio PAS puede activar diferentes dominios de respuesta ya sea con la presencia del bucle enrollado y/o la presencia de dominios PAS alternos; y posteriormente determinar los mecanismos de transducción de señales que estos dominios presentan.