Las nanopartículas de oro nos brindan una mejor comprensión de las enzimas y otras moléculas. Biswajit Pradhan, Doctor. candidato en el Instituto de Física de Leiden, utiliza nanobarras de oro para estudiar moléculas individuales que serían difíciles de detectar de otra manera. El conocimiento resultante se puede aplicar a muchos campos de investigación, como mejorar la eficiencia de las células solares y la fototerapia del cáncer.

Los organismos prosperan gracias a docenas de actividades biomoleculares, con la enzima jugando un papel importante. Por ejemplo, ayudan a degradar el almidón en azúcares más pequeños. Otras enzimas juegan un papel importante en la descomposición de proteínas. Para comprender mejor estas actividades, Los científicos utilizan diferentes técnicas para hacer visibles las moléculas involucradas. La microscopía de fluorescencia es una de las técnicas más utilizadas para ello.

El problema al que se enfrentan los científicos a veces es que algunas moléculas no se pueden detectar porque no emiten luz. Por lo tanto, Pradhan trabajó en una solución. "Adjunté moléculas individuales a nanobarras de oro. Las nanovarillas actúan como antenas muy pequeñas al emitir luz, potenciando la fluorescencia de la molécula unida. Esto nos permite estudiar proteínas individuales u otros complejos que de otro modo serían indetectables por fluorescencia ".

Pradhan utilizó las nanovarillas de oro para estudiar la actividad enzimática de la azurina. Esta enzima se puede encontrar en bacterias, desempeñando un papel en la desnitrificación. En este proceso, las bacterias producen nitrógeno a partir de nitratos. Se acepta comúnmente que la actividad de las enzimas involucradas en este proceso permanece invariable en escalas de tiempo pequeñas. Sin embargo, Pradhan descubrió algo más.

"Descubrimos que la azurina muestra períodos de inactividad y actividad en cuestión de segundos. Como otras enzimas, la azurina convierte el sustrato en producto. Durante los períodos de mayor afluencia, la enzima forma productos con frecuencia, mientras que con menor frecuencia en períodos de inactividad. Azurin cambia su actividad alterando su disposición estructural. Tal flexibilidad en la estructura podría ser la razón de la formación de enzimas eficientes durante la evolución ".

La azurina transfiere electrones entre proteínas. Por lo tanto, se puede utilizar como sensor para medir el potencial redox en una célula viva. Pradhan explica:"La transferencia de energía dentro de las células vivas se produce mediante la transferencia de electrones de una biomolécula a otra. Para la electricidad en el hogar, los electrones fluyen desde un extremo de alto potencial a un extremo de bajo potencial. Similar, en celdas, la transferencia de electrones ocurre de una proteína a otra proteína en la célula con bajo potencial. El potencial redox se define como la tendencia del entorno de la proteína a dar o aceptar un electrón ".

Pradhan desarrolló un método para observar una sola azurina en acción mientras ocurre la transferencia de electrones. "La velocidad a la que expulsa y acepta electrones da una estimación directa del potencial circundante. Aunque no hicimos un sensor, Caractericé las propiedades de transferencia de electrones de la azurina en mi tesis ".

En otro experimento, Pradhan utilizó el ADN como herramienta para controlar la posición de moléculas individuales cerca de la nanovarilla de oro con mucha precisión. "Si el número de componentes básicos de una hebra de ADN en cada hebra es inferior a 50, entonces el ADN de doble hebra se comportará como una varilla recta sin flexibilidad. Imagínese una cuerda de unas pocas pulgadas de largo; siempre lo encontrarás recto. Si aumenta la longitud de la cuerda, comienza a doblarse y torcerse. Esta longitud mínima por encima de la cual una cuerda o cuerda comienza a doblarse se llama longitud de persistencia ".

En su experimento, Pradhan unió permanentemente un ADN monocatenario corto a la punta de una nanovarilla de oro. Luego permitió que las hebras de ADN complementarias se difundieran a su alrededor. "Cada hebra complementaria contiene la única molécula que queremos investigar. Debido a la unión débil de las hebras cortas de ADN, el tiempo de encuadernación es corto. Cada hebra complementaria se une temporalmente y luego es reemplazada por una nueva hebra complementaria. Esto nos permitió estudiar moléculas individuales en la misma nano-antena. Esta técnica se puede aplicar a muchos campos de investigación, como mejorar la eficiencia de las células solares y la fototerapia del cáncer ".

El 3 de abril de 2018, Biswajit Pradhan defenderá su tesis, "Fluorescencia de proteínas de cobre individuales:trastorno dinámico y mejora por una nanovarilla de oro".