Simulando como os elétrons se movem através de nanofios biológicos
Uma representação de um nanofio de proteína (amarelo) cortando uma bolha de proteína (cinza) com transportadores de elétrons (laranja) viajando ao longo dela. Crédito:Martin Kulke O movimento dos elétrons através dos fios é o que nos permite usar eletricidade todos os dias. Nanofios biológicos, fios microscópicos feitos de proteínas, chamaram a atenção dos pesquisadores por sua capacidade de transportar elétrons por longas distâncias.
Em um estudo publicado na Small pelo laboratório Vermaas no Laboratório de Pesquisa de Plantas MSU-DOE, os pesquisadores expandem nossa compreensão dos nanofios biológicos através do uso de simulações de computador.
Martin Kulke, primeiro autor do estudo, acompanhado pela equipe do laboratório Vermaas, criou simulações de cristais usando dados de experimentos da vida real no laboratório PRL Kramer, onde apontaram uma fonte de luz para um nanocristal feito de proteínas e calcularam como elétrons excitados rapidamente viajaram através dele. A verdadeira questão era por que a transferência de elétrons estava ficando mais lenta com o aumento da temperatura, o que geralmente acelera os processos em nanoescala.
Uma ideia potencial era que as distâncias que os elétrons precisariam saltar dentro do nanocristal poderiam aumentar com a temperatura, diminuindo a velocidade com que eles poderiam se mover através da proteína.
“Simulamos esses nanocristais de proteínas em diferentes temperaturas para testar essa ideia”, disse Josh Vermaas, investigador principal deste estudo e professor assistente do Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular e do PRL. “O que descobrimos é que as mudanças de distância em diferentes temperaturas não são tão dramáticas por si só”. Nesta representação, cada uma das 96 proteínas do nanocristal tem uma cor diferente. Os elétrons viajam de grupo heme para grupo heme dentro da proteína. Os hemes são mostrados em uma representação em bastão, com cinza para os carbonos, azul para os nitrogênios e um átomo de ferro rosa. Crédito:Laboratório Vermaas Quando outras variáveis além da temperatura foram manipuladas, os pesquisadores começaram a ver algumas ações interessantes nos saltos dos elétrons dentro do nanofio. A rede de proteínas do nanofio foi tornada mais longa, mais curta, mais espessa e mais fina para identificar gargalos no fluxo de elétrons dentro do nanocristal.
“Descobrimos que nos nanofios biológicos o transporte de elétrons é baseado no movimento das proteínas do fio”, disse Kulke. "O que isso significa é que, no final das contas, quanto mais tempo você fabrica esses nanofios, menos transporte de elétrons você consegue através deles e quanto mais espesso você os fabrica, mais transporte de elétrons você consegue através deles."
O uso de nanofios biológicos é especulativo no momento, mas entender como eles podem ser construídos para permitir mais fluxo de elétrons é crucial para empreendimentos futuros que os utilizem para conectar processos biológicos à eletrônica convencional.
Mais informações: Martin Kulke et al, Taxas de transporte de elétrons de longo alcance dependem das dimensões dos fios em nanofios de citocromo, pequenos (2023). DOI:10.1002/smll.202304013 Informações do diário: Pequeno
