p Os cientistas visam globalmente controlar as reações químicas - uma meta ambiciosa que requer a identificação das etapas executadas pelos reagentes iniciais para chegar aos produtos finais à medida que a reação ocorre. Enquanto esse sonho ainda precisa ser realizado, técnicas de sondagem de reações químicas tornaram-se suficientemente avançadas para torná-lo possível. Na verdade, As reações químicas agora podem ser monitoradas com base na alteração das propriedades eletrônicas de uma única molécula! Graças ao microscópio de tunelamento de varredura (STM), isso também é simples de realizar. Por que não utilizar uma abordagem de molécula única para descobrir também as vias de reação? p Com este objetivo, cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio, O Japão decidiu explorar a "hibridização" do DNA (formação de um DNA de fita dupla a partir de dois DNA de fita simples) medindo as mudanças na condutividade elétrica de uma única molécula usando um STM. "As investigações de uma única molécula muitas vezes podem revelar novos detalhes sobre processos químicos e biológicos que não podem ser identificados em uma coleção de moléculas em massa devido à média do comportamento de cada molécula, "explica o Prof Tomoaki Nishino, quem fez parte do estudo, publicado recentemente em Ciência Química .

p Os cientistas anexaram um DNA de fita simples (ssDNA) a uma ponta STM feita de ouro e usaram um filme de ouro liso para colar a fita complementar por meio de um processo conhecido como "adsorção". Eles então aplicaram uma tensão de polarização entre a ponta STM revestida e a superfície dourada e trouxeram a ponta extremamente perto da superfície sem tocá-la (Fig. 1). Esse, por sua vez, permitiu que uma corrente flua através do espaço intermediário devido a um processo conhecido como "tunelamento quântico". Os químicos monitoraram a variação de tempo dessa corrente de tunelamento à medida que as fitas de DNA interagiam umas com as outras.

p A equipe obteve traçados atuais representando regiões de planalto formadas por inclinações íngremes e declínios subsequentes na corrente de tunelamento. Avançar, esses planaltos não se formaram quando a superfície do ouro não foi modificada com ssDNA ou foi modificada com uma fita não complementar. Com base nisso, os cientistas atribuíram o platô à formação de um DNA de fita dupla (dsDNA) resultante da hibridização do ssDNA na ponta do STM e na superfície. Equivalentemente, eles atribuíram a diminuição abrupta da corrente à quebra ou "deshibridização" do dsDNA devido à agitação térmica.

p Em seguida, a equipe investigou a cinética (evolução temporal da reação) dos processos de deshibridação e hibridização usando resultados experimentais e simulações de dinâmica molecular. O primeiro revelou um platô de condutância independente da concentração de DNA, confirmando que as medições atuais refletem a condutância de uma única molécula, enquanto o último sugeriu a formação de um intermediário de DNA parcialmente hibridizado que não pôde ser detectado apenas pela condutância.

p Interessantemente, a eficiência de hibridização foi maior para amostras de alta concentração de DNA, contradizendo os resultados de um estudo anterior feito com solução ssDNA em massa. Os químicos atribuíram essa observação à ausência de difusão em massa em seu estudo.

p "Esses novos insights devem contribuir para melhorar o desempenho de muitos diagnósticos baseados em DNA, "observa o Prof Nishino, animado com as descobertas, "Além disso, nosso método pode ser estendido para a investigação de reações químicas intermoleculares entre uma variedade de moléculas individuais, permitindo uma compreensão mecanicista das reações químicas, bem como a descoberta de uma nova reatividade química a partir de uma perspectiva de uma única molécula. "