Biochimica e Biofisica Molecolare. Coordinatore: Francia

Temi di ricerca del gruppo 

1.  Preservazione di macromolecole biologiche. Agenti in grado di mantenere inalterate le proprietà strutturali e funzionali di proteine (enzimi, ormoni e anticorpi) sono e saranno sempre più ricercati, data la forte crescita di farmaci a base proteica prodotti dall’industria farmaceutica.

E’ noto da tempo che i disaccaridi sono degli efficienti agenti stabilizzanti di macromolecole biologiche sottoposte a processi di liofilizzazione. Tra questi il trealosio, un disaccaride formato da due unità di glucosio unite da legame glicosidico a,a 1-1, si è mostrato in molti casi particolarmente efficace, ma il meccanismo con cui questo disaccaride stabilizza le macromolecole è tuttora ampiamente dibattuto. Lo scopo principale di questa linea di ricerca è capire se, in condizioni di disidratazione in presenza di trealosio, le proteine mantengono uno strato di acqua superficiale (in accordo con l’ipotesi del water entrapment) oppure se quest’ultima viene persa e sostituita dal trealosio (in accordo con l’ipotesi del water replacement).

L’analisi di matrici disidratate proteina-disaccaridi tramite spettroscopia infrarossa (IR) o nel vicino infrarosso (NIR) è particolarmente informativa, e può essere utilizzata per valutare il contenuto di acqua residua in matrici di disaccaride-proteina equilibrati a differenti umidità relative. Inoltre, l’analisi degli spettri nell’intervallo di assorbimento infrarosso 1900-2300 cm^-1, permette l’osservazione della banda di associazione dell’acqua. Questa banda è composta da differenti contributi, dovuti a differenze nel tipo di legami a idrogeno formati dall’acqua. La deconvoluzione della banda di associazione permette di assegnare i differenti contributi a diverse sottopopolazioni di acqua, a seconda che l’interazione sia con la superficie della proteina o con la matrice di trealosio.

2.  Uso di cromatofori per studiare l’effetto di liquidi ionici sul potenziale di membrana. Questa linea di ricerca mira a studiare le interazioni che si verificano tra liquidi ionici (ILs) e membrane bioenergeticamente attive, utilizzando i cromatofori come modello. I cromatofori sono vescicole di membrana chiuse, isolate da batteri fotosintetici, che presentano tutti gli elementi funzionali della catena di trasporto degli elettroni nella loro conformazione nativa.

L'effetto degli ILs sul potenziale elettrochimico dei cromatofori è osservabile attraverso fotoattivazione dell’apparato fotosintetico, monitorando nel tempo la variazione di assorbanza dei carotenoidi associati al complesso antenna II. Lo spettro di assorbimento di questi carotenoidi risponde linearmente al campo elettrico intramembrana generato dalla separazione di carica che si verifica nel Centro di Reazione Fotosintetico dopo la sua fotoossidazione, fornendo informazioni sulla dissipazione della componente elettrica del potenziale elettrochimico di membrana (ΔΨ). Le tracce sperimentali del decadimento del campo elettrico sono analizzate utilizzato un modello derivato da esperimenti riguardanti le interazioni tra ioni idrofobici e doppi strati lipidici artificiali, e permettono una comprensione approfondita dell’interazione che determina gli effetti indotti dagli ILs sulla membrana cellulare.

Membri del Laboratorio 

Francesco Francia, Professore Associato 

Giovanni Venturoli, Professore Alma Mater 

Corrado Selva, Dottorando

Posizioni disponibili

Sono disponibili 1 posto di internato per studenti di laurea triennale e 1 posto di internato per studenti di laurea magistrale o laurea a ciclo unico, nel periodo da febbraio a ottobre di ogni anno. I temi verranno discussi con gli studenti interessati.

Pubblicazioni significative

- Francia F, Dezi M, Mallardi A, Palazzo G, Cordone L, 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.  130:10240-6. http://dx.doi.org/10.1021/ja801801p

- Savitsky A, Malferrari M, Francia F, Venturoli G, Möbius K. (2010) “Bacterial photosynthetic reaction centers in trehalose glasses: coupling between protein conformational dynamics and electron-transfer kinetics as studied by laser-flash and high-field EPR spectroscopies.” J Phys Chem B.  114:12729-43.       http://dx.doi.org/10.1021/jp105801q

- Selva C, Malferrari M, Ballardini R, Ventola A, Francia F, Venturoli G. (2013) “Trehalose preserves the integrity of lyophilized phycoerythrin-antihuman CD8 antibody conjugates and enhances their thermal stability in flow cytometric assays.” J Pharm Sci. 102(2):649-59. http://dx.doi.org/10.1002/jps.23398ù

 - Venturoli G, Mamedov MD, Vitukhnovskaya LA, Semenov AY, Francia F. (2025) “Trehalose Interferes with the Photosynthetic Electron Transfer Chain of Cereibacter (Rhodobacter) sphaeroides Permeating the Bacterial Chromatophore Membrane.” Int J Mol Sci. 25, 13420.  http://dx.doi.org/10.3390/ijms252413420

- Bin T, Venturoli G, Ghelli AM, Francia F. (2024) “Use of bacterial photosynthetic vesicles to evaluate the effect of ionic liquids on the permeability of biological membranes.” Biochim Biophys Acta Biomembr. 1866:184291.   http://dx.doi.org/10.1016/j.bbamem.2024.184291