As nanopartículas de ouro nos dão uma melhor compreensão das enzimas e outras moléculas. Biswajit Pradhan, Ph.D. candidato no Instituto de Física de Leiden, usa nanobastões de ouro para estudar moléculas individuais que seriam difíceis de detectar de outra forma. O conhecimento resultante pode ser aplicado a muitos campos de pesquisa, como melhorar a eficiência da célula solar e fototerapia do câncer.

Os organismos prosperam em dezenas de atividades biomoleculares, com a enzima desempenhando um papel importante. Por exemplo, eles ajudam a degradar o amido em açúcares menores. Outras enzimas desempenham papéis importantes na quebra de proteínas. Para entender melhor essas atividades, os cientistas usam diferentes técnicas para tornar visíveis as moléculas envolvidas. A microscopia de fluorescência é uma das técnicas comumente utilizadas para isso.

O problema que os cientistas às vezes enfrentam é que algumas moléculas não podem ser detectadas porque não emitem luz. Portanto, Pradhan trabalhou em uma solução. "Anexei moléculas únicas a nanobastões de ouro. Os nanobastões atuam como antenas muito pequenas, emitindo luz, aumentando a fluorescência da molécula ligada. Isso nos permite estudar proteínas individuais ou outros complexos que são indetectáveis ​​por fluorescência. "

Pradhan usou os nanobastões de ouro para estudar a atividade enzimática da azurina. Esta enzima pode ser encontrada em bactérias, desempenhando um papel na desnitrificação. Nesse processo, as bactérias produzem nitrogênio a partir do nitrato. É comumente aceito que a atividade das enzimas envolvidas neste processo permanece invariável em pequenas escalas de tempo. Contudo, Pradhan descobriu outra coisa.

"Descobrimos que a azurina mostra períodos preguiçosos e ocupados em sua atividade em questão de segundos. Como outras enzimas, a azurina converte o substrato em produto. Durante os períodos de maior movimento, a enzima freqüentemente forma produtos, enquanto menos freqüentemente em períodos de preguiça. Azurin muda sua atividade alterando seu arranjo estrutural. Essa flexibilidade na estrutura pode ser a razão para a formação de enzimas eficientes durante a evolução. "

Azurin transfere elétrons entre proteínas. Portanto, ele pode ser usado como um sensor para medir o potencial redox em uma célula viva. Pradhan explica:"A transferência de energia dentro das células vivas ocorre por meio da transferência de elétrons de uma biomolécula para outra. Para eletricidade em casa, elétrons fluem de uma extremidade de alto potencial para uma extremidade de baixo potencial. De forma similar, nas células, a transferência de elétrons ocorre de uma proteína para outra proteína na célula com baixo potencial. O potencial redox é definido como a tendência dos arredores da proteína de dar ou aceitar um elétron. "

Pradhan desenvolveu um método para observar uma única azurina em ação enquanto ocorre a transferência de elétrons. "A taxa na qual ele ejeta e aceita o elétron dá uma estimativa direta do potencial circundante. Embora não tenhamos feito um sensor, Eu caracterizei as propriedades de transferência de elétrons da azurina em minha tese. "

Em outro experimento, Pradhan usou o DNA como uma ferramenta para controlar a posição de moléculas únicas perto do nanobastão de ouro com muita precisão. "Se o número de blocos de construção de uma fita de DNA em cada fita for inferior a 50, então, o DNA de fita dupla se comportará como um bastão reto sem flexibilidade. Imagine uma corda com alguns centímetros de comprimento; você sempre achará isso correto. Se você aumentar o comprimento da corda, ela começa a entortar e torcer. Este comprimento mínimo acima do qual uma corda ou barbante começa a dobrar é chamado de comprimento de persistência. "

Em seu experimento, Pradhan anexou permanentemente um DNA de fita simples curta à ponta de um nanobastão de ouro. Em seguida, ele permitiu que cadeias de DNA complementares se difundissem em torno dele. "Cada fita complementar contém a única molécula que queremos investigar. Por causa da ligação fraca das fitas curtas de DNA, o tempo de encadernação é curto. Cada fita complementar se liga temporariamente e é então substituída por uma nova fita complementar. Isso nos permitiu estudar moléculas únicas na mesma nano-antena. Esta técnica pode ser aplicada a muitos campos de pesquisa, como melhorar a eficiência da célula solar e fototerapia do câncer. "

Em 3 de abril de 2018 Biswajit Pradhan defenderá sua tese, "Fluorescência de Proteínas de Cobre Simples:Desordem Dinâmica e Aprimoramento por um Nanorod de Ouro."