Les nanoparticules d'or nous permettent de mieux comprendre les enzymes et autres molécules. Biswajit Pradhan, doctorat candidat à l'Institut de physique de Leiden, utilise des nanotiges d'or pour étudier des molécules individuelles qu'il serait difficile de détecter autrement. Les connaissances qui en résultent peuvent être appliquées à de nombreux domaines de recherche, comme l'amélioration de l'efficacité des cellules solaires et la photothérapie du cancer.

Les organismes prospèrent grâce à des dizaines d'activités biomoléculaires, avec une enzyme jouant un rôle important. Par exemple, ils aident à dégrader l'amidon en sucres plus petits. D'autres enzymes jouent un rôle important dans la dégradation des protéines. Afin de mieux comprendre ces activités, les scientifiques utilisent différentes techniques pour rendre visibles les molécules impliquées. La microscopie à fluorescence est l'une des techniques couramment utilisées pour cela.

Le problème auquel les scientifiques sont parfois confrontés est que certaines molécules ne peuvent pas être détectées car elles n'émettent pas de lumière. Par conséquent, Pradhan a travaillé sur une solution. "J'ai attaché des molécules simples à des nanotiges d'or. Les nanotiges agissent comme de très petites antennes en émettant de la lumière, augmentant la fluorescence de la molécule attachée. Cela nous permet d'étudier des protéines uniques ou d'autres complexes qui seraient autrement indétectables par fluorescence."

Pradhan a utilisé les nanotiges d'or pour étudier l'activité enzymatique de l'azurine. Cette enzyme peut être trouvée dans les bactéries, jouer un rôle dans la dénitrification. Dans ce processus, les bactéries produisent de l'azote à partir du nitrate. Il est communément admis que l'activité des enzymes impliquées dans ce processus reste invariable sur de petites échelles de temps. Cependant, Pradhan a découvert autre chose.

"Nous avons constaté que l'azurine montre des périodes paresseuses et occupées dans son activité en quelques secondes. Comme d'autres enzymes, l'azurine transforme le substrat en produit. Pendant les périodes d'affluence, l'enzyme forme fréquemment des produits tandis que moins fréquemment dans les périodes paresseuses. Azurin modifie son activité en modifiant son agencement structurel. Une telle flexibilité dans la structure pourrait être la raison de la formation d'enzymes efficaces au cours de l'évolution."

L'azurine transfère des électrons entre les protéines. Par conséquent, il peut être utilisé comme capteur pour mesurer le potentiel redox dans une cellule vivante. Pradhan explique :« Le transfert d'énergie au sein des cellules vivantes se fait via le transfert d'électrons d'une biomolécule à une autre. Pour l'électricité à la maison, les électrons circulent d'une extrémité à haut potentiel vers une extrémité à bas potentiel. De la même manière, dans les cellules, le transfert d'électrons se produit d'une protéine à une autre protéine dans la cellule à faible potentiel. Le potentiel redox est défini comme la tendance de l'environnement de la protéine à donner ou à accepter un électron."

Pradhan a développé une méthode pour observer une seule azurine en action pendant le transfert d'électrons. "La vitesse à laquelle il éjecte et accepte des électrons donne une estimation directe du potentiel environnant. Bien que nous n'ayons pas fabriqué de capteur, J'ai caractérisé les propriétés de transfert d'électrons de l'azurine dans ma thèse."

Dans une autre expérience, Pradhan a utilisé l'ADN comme un outil pour contrôler très précisément la position de molécules individuelles près de la nanotige d'or. "Si le nombre de blocs de construction d'un brin d'ADN sur chaque brin est inférieur à 50, alors l'ADN double brin se comportera comme une tige droite sans flexibilité. Imaginez une corde de quelques pouces de long; vous le trouverez toujours droit. Si vous augmentez la longueur de la corde, elle commence à se plier et à se tordre. Cette longueur minimale au-dessus de laquelle une corde ou une ficelle commence à se plier est appelée longueur de persistance. »

Dans son expérience, Pradhan a attaché en permanence un court ADN simple brin à l'extrémité d'une nanotige en or. Ensuite, il a laissé des brins d'ADN complémentaires se diffuser autour de lui. "Chaque brin complémentaire contient la molécule unique que nous voulons étudier. En raison de la faible liaison des brins d'ADN courts, le temps de reliure est court. Chaque brin complémentaire se lie temporairement et est ensuite remplacé par un nouveau brin complémentaire. Cela nous a permis d'étudier des molécules uniques sur la même nano-antenne. Cette technique peut être appliquée à de nombreux domaines de recherche, comme l'amélioration de l'efficacité des cellules solaires et la photothérapie du cancer. »

Le 3 avril 2018, Biswajit Pradhan soutiendra sa thèse, "Fluorescence des protéines de cuivre simples :trouble dynamique et amélioration par une nanotige d'or."