Biochimica e Biofisica Molecolare. Coordinatore: Francia

L’attività di ricerca è volta a comprendere l’interazione membrana/proteina-solvente a livello molecolare ed a caratterizzare matrici vetrose disaccaridiche e proteiche con proprietà biopreservanti.

Temi di ricerca del gruppo 

Utilizzo di membrane bioenergeticamente attive per lo studio di solventi eco-compatibili 

L'impiego di sostanze eco-compatibili è obiettivo primario della green chemistry. Tra questi hanno un ruolo centrale solventi e tensioattivi eco-compatibili (liquidi ionici, eutectic solvents) ed i biobased chemicals. L’interazione di questi composti con le entità biologiche ed il loro impatto ambientale variano notevolmente e mostrano una elevata specie-specificità. Nel laboratorio vengono studiati gli effetti di sostanze considerate green sull’integrità di membrane biologiche native isolate da batteri fotosintetici e mitocondri, ed i loro effetti sulla crescita di microorganismi in coltura. L’utilizzo di membrane biologiche bioenergeticamente attive, isolate in forma vescicolare, offre il vantaggio di approfondire il meccanismo di azione di molecole esogene permettendo di distinguere tra l’inibizione diretta su uno o più dei complessi responsabili della trasduzione dell’energia ed inibizione indiretta, dovuta al disaccoppiamento della forza proton-motiva dalla sintesi di ATP. 

Meccanismi di bioprotezione in matrici vetrose disidratate 

L'inserimento di biomolecole, in particolare proteine, in matrici vetrose dei disaccaridi trealosio e saccarosio sufficientemente disidratate produce una drastica inibizione della dinamica conformazionale della biomolecola su ampia scala temporale, determinandone una eccezionale stabilità termica. Questo comportamento è alla base del fenomeno naturale dell'anidrobiosi e di numerose applicazioni in ambito farmaceutico e biotecnologico. Il nostro gruppo, in collaborazione con L. Cordone (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Palermo), ha formulato un modello molecolare di bioprotezione (anchorage hypothesis) che riconduce l’accoppiamento dinamico proteina-matrice alla formazione di reti di legami H estese a gruppi superficiali della proteina, molecole di acqua residua e disaccaride. Per verificare il modello e definirne i dettagli molecolari, caratterizziamo la struttura e la dinamica di matrici amorfe formate da proteine modello e da disaccaridi (o altri cosoluti sintetizzati in condizioni di stress da organismi anidrobiotici) mediante spettroscopia FTIR statica. Recentemente questi studi sono stati estesi alla caratterizzazione delle proprietà bioprotettive di matrici disidratate costituite da proteine intrinsecamente disordinate (CAHS), purificate da organismi anidrobiotici. 

Membri del Laboratorio 

Francesco Francia, Professore Associato (scrivi)

Giovanni Venturoli, Professore Alma Mater (scrivi)

Tancredi Bin, Dottorando

Progetti di internato

Sono disponibili progetti di internato sui temi di ricerca riassunti sopra per il Corso di Laurea in Scienze Biologiche e in Biotecnologia e per i Corsi di Laurea Magistrale in Biologia Molecolare e Cellulare, Biotecnologie Molecolari e Industriali (2 every year).

Pubblicazioni significative

  • Bin,T., Venturoli,G.,  Ghelli,A.M., Francia,F. (2024) "Use of bacterial photosynthetic vesicles to evaluate the effect of ionic liquids on the permeability of biological membranes", Biochim. Biophys. Acta - Biomembranes, 1866: 184291. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2024.184291
  • Mamedov,M.D., Milanovsky,G.E., Malferrari,M., Vitukhnovskaya,L.A., Francia,F., Semenov,A.Y., Venturoli,G. (2021). “Trehalose matrix effects on electron transfer in Mn-depleted protein-pigment complexes of Photosystem II.” BBActa 1862: 1484413. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2021.148413

  • Malferrari, M., Francia, F. and Venturoli, G. (2015). “Retardation of protein dynamics by trehalose in dehydrated systems of photosynthetic reaction centers. Insights from electron transfer and thermal denaturation kinetics.” J. Phys. Chem. B 119: 13600-13618.http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.5b02986

  • Malferrari,M., Malferrari,D., Francia,F., Galletti,P., Tagliavini,E., Venturoli,G. (2015). “Ionic liquids effects on the permeability of photosynthetic membranes probed by the electrochromic shift of endogenous carotenoids.” BBActa 1848: 2898-2909. http://dx.doi.org/10.1016/j.bbamem.2015.09.006

  • Francia, F., Dezi, M., Mallardi, A., Palazzo, G., Cordone, L. and Venturoli, G. (2008) “Protein-matrix coupling/uncoupling in “dry” systems of photosynthetic reaction center embedded in trehalose/sucrose: the origin of trehalose peculiarity.” J. Am. Chem. Soc. 130: 10240-10246.http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja801801p

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