Modeling motions in proteins at the molecular level. Theoretical and methodological approaches in an experimental perspective

Aspetti dinamici hanno un ruolo centrale nella funzione biologica delle proteine. Ad ogni processo dinamico, sono associati un tempo, ampiezza ed energia caratteristici del moto. In particolare, le proteine presentano una vasta distribuzione dinamica, da moti rapidi e localizzati, come fluttuazioni atomiche, a processi che coinvolgono l’intera molecola, come le transizioni di folding. Inoltre, i processi che avvengono a scale temporali lente, sono accoppiati a moti piú rapidi, i primi possono essere quindi visti come eventi rari, la cui origine risiede nella microdinamica di rotazione attorno ai legami chimici. Le risonanze magnetiche, sia elettroniche che nucleari, sono estremamente sensibili ai moti molecolari a diverse scale temporali, rendendo di fatto tali tecniche, strumenti fondamentali per lo studio di aspetti dinamici. Tuttavia, l’informazione dinamica contenuta negli esperimenti è nascosta, per cui sono necessari modelli teorici interpretativi. In questo lavoro, vengono presentati diversi approcci teorici con lo scopo di migliorare la descrizione stocastica della dinamica di macromolecole flessibili in soluzione. Nella prima parte sono quindi descritte ed applicate metodologie teoriche avanzate ai fini dell’interpretazione di esperimenti di risonanza magnetica. Successivamente, l’attenzione viene posta i) sul confronto tra la quantità di informazione contenuta in un esperimento e le capacità predittive di un determinato modello teorico interpretativo, basato sulla combinazione di simulazioni Monte Carlo di catene Markoviane ed il teorema di Bayes, ii) sulla definizione di una metodica identificativa di sottogruppi di atomi la cui dinamica puó essere trattata in maniera indipendente rispetto agli altri, basata su metodi di clustering dinamico ottenuti da simulazioni di dinamica molecolare, iii) sulla descrizione di una nuova modellistica descrittiva di macromolecole flessibili attraverso tecniche di operatori proiettivi; tale metodologia permette di adattare la descrizione del sistemaal livello di dettaglio oppertuno, in funzione dell’osservabile spettroscopica d’interesse.