Os cientistas foram os pioneiros em uma nova técnica para expor caminhos bioquímicos ocultos envolvendo moléculas únicas em nanoescala.

Uma equipe de pesquisadores do Living Systems Institute da Universidade de Exeter usou a luz para estabelecer um meio de monitorar a estrutura e as propriedades de moléculas individuais em tempo real.

Esta abordagem inovadora permitiu à equipe unir temporariamente as moléculas para fornecer uma lente crucial em sua dinâmica.

O estudo foi publicado no principal jornal Nature Communications .

A estrutura das moléculas individuais e suas propriedades, como quiralidade, é difícil de sondar.

No novo estudo, liderado pelo Professor Frank Vollmer, o grupo foi capaz de observar reações em nanoescala que de outra forma seriam inacessíveis.

A troca tiol / dissulfeto - ou a principal maneira pela qual as ligações dissulfeto são formadas e rearranjadas em uma proteína - ainda não foi totalmente examinada em equilíbrio no nível de uma única molécula, em parte porque isso não pode ser resolvido opticamente em amostras de massa.

Contudo, a luz pode circular em torno de esferas de vidro de tamanho mícron para formar ressonâncias. A luz capturada pode interagir repetidamente com o ambiente circundante. Ao anexar nanopartículas de ouro à esfera, a luz é intensificada e espacialmente confinada ao tamanho de vírus e aminoácidos.

O acoplamento optoplasmônico resultante permite a detecção de biomoléculas que se aproximam das nanopartículas enquanto se ligam ao ouro, separar, e interagir de várias maneiras.

Apesar da sensibilidade desta técnica, falta especificidade. Moléculas tão simples quanto íons atômicos podem ser detectadas e certas dinâmicas podem ser discernidas, no entanto, não podemos necessariamente discriminá-los.

Serge Vincent comenta:"Demorou algum tempo antes que pudéssemos restringir como amostrar moléculas individuais de forma confiável. As taxas de reação para frente e para trás no equilíbrio são contrabalançadas e, até certo ponto, procuramos levantar o véu sobre essas dinâmicas sutis. "

As vias de reação reguladas por ligações dissulfeto podem restringir as interações a locais de detecção de tiol único nas nanopartículas. A alta fidelidade dessa abordagem estabelece uma sondagem precisa das características das moléculas que sofrem a reação.

Colocando ligantes na superfície dourada, as interações com espécies tioladas são isoladas com base em sua carga e no próprio ciclo.

Os sinais do sensor têm padrões claros relacionados à presença de agente redutor. Se for, o sinal oscila de forma controlada, enquanto se não for, as oscilações tornam-se estocásticas.

Para cada reação, o estado de monômero ou dímero do grupo de saída pode ser resolvido.

Surpreendentemente, a ressonância optoplasmonic muda na frequência e / ou muda na largura da linha quando moléculas individuais interagem com ela. Em muitos casos, este resultado sugere um acoplamento vibracional de plasma que pode ajudar a identificar moléculas individuais, finalmente alcançando a caracterização.

O professor Frank Vollmer disse:"Este excelente trabalho do meu aluno de doutorado, Serge Vincent, abre caminho para muitas futuras técnicas de análise de molécula única com as quais apenas sonhamos. É uma etapa crucial para o nosso projeto ULTRACHIRAL. O ULTRACHIRAL busca desenvolver inovações na forma como usamos a luz para analisar moléculas quirais. "