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Proposta di Tesi Magistrale: Comportamento della shell di idratazione del glutatione in acqua e liquidi ionici

1. Perché il Glutatione come caso studio?

Durante il normale metabolismo cellulare si creano delle sostanze tossiche, chiamate Radicali Liberi, che se non vengono disattivate danneggiano e distruggono le cellule in breve tempo.
I Radicali Liberi sono altamente reattivi e se non disattivati si legano ed ossidano:Il Glutatione è una piccola molecola organica presente in tutte le cellule del corpo umano ed è il principale responsabile dell’inattivazione dei Radicali Liberi.
  1. I  lipidi delle membrane cellulari determinando un’alterazione delle funzioni della cellula.
  2. Le lipoproteine, che se ossidate diventano tossiche a loro volta.
  3. Gli acidi nucleici (DNA e RNA), le mutazioni a carico genetico sono spesso correlate con l’insorgenza del cancro.
  4. Le proteine in generale, con conseguenti danni strutturali e funzionali dell’organismo.

Il Glutatione è costituito da tre amminoacidi: acido glutammico, cisteina e glicina. È proprio il residuo della cisteina che grazie all’atomo di zolfo è responsabile dell’attività biologica del Glutatione:

  1. Antiossidante: principale antiossidante naturale presente nelle nostre cellule.
  2. Disintossicante: il Glutatione è la chiave per le vie di detossificazione che vedono coinvolto il citocromo P450. Quest’ultima molecola è coinvolta in tutti i processi di smaltimento dei farmaci e nei processi di detossificazione contro le tossine ambientali. 
  3. Immunomodulatore: i linfociti hanno bisogno di Glutatione per svolgere le loro funzioni immunologiche.


2. Importanza dell’idratazione delle molecole biologiche

Il ruolo dell’acqua
È di fondamentale interesse capire quale sia il ruolo dell’acqua di idratazione in prossimità della superficie delle molecole biologiche. Essa gioca un ruolo essenziale nella struttura, nella stabilità e nella dinamica di tali molecole. Il network di legami ad idrogeno che vengono a formarsi tra l’acqua e le biomolecole pilota il ripiegamento delle proteine, la loro aggregazione ed ha un ruolo chiave nello svolgimento della loro attività biologica. Nel mondo scientifico, non è ancora ben chiaro quale sia il ruolo svolto dal solvente riguardo l’attività delle molecole biologiche in soluzione. 

Il ruolo dei liquidi ionici
La natura non tossica e biocompatibile di molti Liquidi Ionici, li rende degli ottimi candidati per la conservazione di biomolecole e per la loro applicazione in diversi settori biologici. Per questo motivo negli ultimi tempi, le soluzioni acquose di Liquidi Ionici hanno attirato molto l’attenzione del mondo scientifico. Il fine è quello di comprendere come l’acqua altera il comportamento del Liquido Ionico e viceversa e, nel caso delle molecole biologiche, come la presenza di Liquido Ionico ne influenza le proprietà di solvatazione. È interessante capire che tipo di interazioni vengono a formarsi tra i Liquidi Ionici e le molecole biologiche e soprattutto quali sono le interazioni responsabili della stabilizzazione o destabilizzazione della struttura di proteine e acidi nucleici in soluzione acquosa in presenza di Liquidi Ionici. L’effetto di questi ultimi dipende fortemente dalla natura del liquido ionico utilizzato e dalla sua quantità in soluzione. È estremamente importante capire la dinamica strutturale delle molecole biologiche in questi ambienti di solvatazione poiché una comprensione riguardo al ruolo giocato dal Liquido Ionico e dall’acqua nella stabilizzazione delle molecole di interesse biologico può aiutare lo sviluppo di materiali di conservazione migliori rispetto a quelli attualmente in commercio.   


3. Perché l’UV Raman come tecnica d’indagine?

La spettroscopia Raman è una tecnica di spettroscopia vibrazionale basata sul fenomeno di scattering inelastico della luce da parte della materia. Questo è uno strumento alquanto versatile per sondare a livello molecolare i processi biologici, ed è anche una tecnica molto utile in ambito analitico per l’identificazione di biomolecole. L’utilizzo di sorgenti nell’Ultravioletto (UV) trova un vasto impiego in ambito biologico, poiché esistono gruppi detti cromofori (centri attivi di proteine, residui amminoacidici e nucleotidi) che spesso sono proprio i responsabili delle funzioni biologiche di queste molecole che possono essere sondati in maniera selettiva andando a selezionare in maniera opportuna la lunghezza d’onda della radiazione eccitatrice. È possibile quindi far coincidere l’energia della sorgente impiegata per irradiare il campione con l’energia della transizione elettronica del cromoforo che intendiamo seguire, in modo tale da sfruttare l’effetto di risonanza ed aumentare in maniera selettiva l’intensità dei segnali che ci interessa seguire. Sfruttando la sorgente di sincrotrone è possibile selezionare qualsiasi lunghezza d’onda in un vasto intervallo che va da 270 a 210 nm, semplicemente andando a modificare la gap degli ondulatori. 


Durata:

l’impegno richiesto allo studente è di circa 5-6 mesi a tempo pieno. È previsto un periodo di formazione iniziale di circa 1-2 mesi in cui lo studente acquisirà le competenze necessarie per l’uso della strumentazione. Successivamente lo studente, in maniera sempre più autonoma, contribuirà alla realizzazione delle misure e all’analisi dati.
Il lavoro è caratterizzato da una connotazione fortemente sperimentale al termine del quale lo studente avrà acquisito competenze di spettroscopia Raman risonante, procedure di allineamento di tavoli ottici, conoscenza e analisi dati relativi a campioni di interesse biologica.
Il lavoro di tesi si svolgerà ad Elettra – Sincrotrone Trieste presso la beamline IUVS con l’utilizzo di sorgenti laser convenzionali e luce di sincrotrone.
 

Contatti: Claudio Masciovecchio (claudio.masciovecchio@elettra.eu)
               Barbara Rossi (barbara.rossi@elettra.eu)
               Fabio Bruni (fabio.bruni@uniroma3.it)
Last Updated on Thursday, 24 January 2019 19:33