Structural studies on molecular recognition in protein complexes and supramolecular systems

Il riconoscimento molecolare tra due o pi๠specie chimiche mediante interazioni non covalenti ਠil principale argomento di studio della chimica supramolecolare. Individuare i fini meccanismi di complementarietà  che presiedono il processo di associazione molecolare ਠdi fondamentale importanza sia per la comprensione di come funzionano i sistemi biologici naturali sia per lo sviluppo di nuovi sistemi supramolecolari artificiali. Nel presente lavoro di tesi, l'analisi delle interazioni che governano il riconoscimento molecolare sia in sistemi supramolecolari artificiali che in complessi proteici naturali ਠstata condotta attraverso la tecnica di diffrazione di raggi X da cristallo singolo, che consente la precisa identificazione delle interazioni coinvolte e dei gruppi funzionali responsabili del riconoscimento molecolare. In particolare, sono state analizzate le differenze tra due forme cristalline del citocromo c da Cuore di Cavallo, ottenute rispettivamente in ambiente ossidante e riducente in presenza di ioni nitrato. Lo ione nitrato ਠstato utilizzato in questo lavoro biocristallografico come sonda ionica per analizzare le variazioni della superficie elettrostatica connesse con il processo ossidoriduttivo del citocromo e per individuare i principali passaggi del meccanismo di riconoscimento molecolare in cui ਠcoinvolto questo trasportatore di elettroni. Nell'ambito dello studio di sistemi in grado di mimare i sistemi biologici, sono stati analizzati anche complessi supramolecolari artificiali contenenti porfirine. Un nuovo versatile materiale nanoporoso ਠstato ottenuto attraverso utilizzo di interazioni non covalenti sinergiche tra calixareni e porfirine. Questa struttura supramolecolare che ricorda le zeoliti ਠstata successivamente funzionalizzata attraverso la diffusione di ioni metallici nei canali della struttura. Il materiale nanoporoso cosଠottenuto, contenente un pigmento porfirinico assieme ad uno ione metallico, ਠmolto promettente per il successivo sviluppo di sistemi artificiali che coniugano la capacità  di raccogliere la radiazione elettromagnetica nel campo del visibile con centri catalitici in grado di immagazzinare tale energia in legami chimici. In questo lavoro di tesi, un complesso, costituito da un nucleo formato da 4 ioni rutenio legati da ponti ossigeno, che ha dimostrato elevate capacità  catalitiche nella reazione di produzione di ossigeno a partire dall'acqua in presenza di cerio (IV), ਠstato caratterizzato strutturalmente. Lo studio cristallografico ha permesso di ottenere dettagli strutturali importanti per la comprensione del meccanismo di reazione di tale complesso. Sensori che si avvalgono delle caratteristiche di reversibilità  dell'interazione e di specificità  del substrato tipiche della chimica supramolecolare possono essere ottenuti mediante la progettazione razionale di opportuni recettori molecolari. In questa tesi, cristalli isomorfi di un cavitando tetrafosfonato sono stati ottenuti in presenza di diversi alcoli guest, permettendo il confronto delle interazioni che determinano la formazione del complesso. Successivamente, sono stati portati a termine esperimenti di cocristallizzazione in presenza di coppie alcoliche, al fine di studiare la competizione tra queste specie per il sito del cavitando. Molecole a cavità  che presentano funzionalità  di host possono essere utilizzate anche nella progettazione di polimeri supramolecolari. Questo tipo di sistemi ਠparticolarmente interessante per la possibilità  di attivare o disattivare la polimerizzazione in risposta ad uno stimolo esterno. In questa tesi, un approccio di questo tipo ਠstato applicato alla sintesi di un omopolimero e di un eteropolimero.